CN103801514B - 一种制丝线烟叶自动化精选装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制丝线烟叶自动化精选装置及方法，包括烟叶除团***、烟梗检测及剔除***、青烟和霉变烟叶的检测及剔除***、杂物剔除***及烟叶输送机；原料烟叶从烟叶除团***的入口进入，去除结团烟叶；非接团烟叶从烟梗检测及剔除***输出，由烟梗检测及剔除装置检测出的含有烟梗的带杂烟叶；由青烟和霉变烟检测及剔除***分离出的含有青烟及霉变烟的带杂烟叶，采用剔除机构将青烟和霉变烟剔除；完成青烟和霉变烟剔除后的烟叶进入杂物剔除***，杂物剔除***对烟叶进行加速，并将杂物剔除，完成杂物剔除后的烟叶由烟叶输送机输送至烟叶收集装置，完成烟叶的精选。该制丝线烟叶自动化精选装置及方法易于实施，烟叶精选效率高，自动化程度高。

Description

一种制丝线烟叶自动化精选装置及方法

技术领域

本发明属于烟草加工领域，特别涉及一种制丝线烟叶自动化精选装置及方法。

背景技术

保持烟叶原料的纯净度，贯穿了烟叶收购、打叶复烤、制丝工序，一直是烟草加工工艺重点关注的内容之一。由于采摘环节控制不力、烟叶调制不好或储存过程水分控制不佳等产生的青烟、霉烟等非等级烟叶，以及麻丝等非烟杂物，混入等级烟叶中，将严重影响卷烟产品的吸味品质。同时，由于打叶复烤环节打叶风分效率有限，导致部分含梗烟片进入卷烟原料，也会影响最终产品卷制的物理质量及感官质量。因此，青烟、霉烟、杂物、含梗烟片是提升烟叶纯净度需要控制的主要对象，而烟草制丝过程制叶片段是通过烟片精选保证后续卷烟原料纯净度的关键环节。

目前，烟草制丝线除杂***主要包括风选除杂、光电除杂（含激光除杂）等。风选方式主要借助风力将悬浮速度与烟片差异较大的轻质杂物去除，对密度与烟草原料相近的杂物去除效果不理想。光电除杂主要通过颜色识别剔除烟片中存在的色差较大的杂质。对于青烟和霉烟的识别，尚没有专门的设备。目前制丝线的光电除杂单元也能剔除一小部分青烟和霉烟，剔除比率低，不能满足要求。对于含梗烟叶，除了人工方式和风选方式之外，目前尚没有自动化的机械设备能够识别含梗烟叶并精准剔除。

专利CN101502338A公开了一种烟草制丝线片烟精选***及工艺。该发明提供了一种在制丝线上能够动态送料、收料和静态选叶，以剔除烟片中各种杂质的片烟精选***。然而，该发明中选叶方式仍然采用人工剔除烟片中的霉变烟叶、烟梗、叶脉及其它杂质。人工逐片筛选，费时费力，效率低下，且烟片纯净度的均质化控制得不到长期稳定和可靠的保证，难以满足制丝工艺精细化加工的需要。因此，从国内外的相关文献报道来看，尚没有一种自动化的设备具有能够统一解决青烟、霉烟、杂物和含梗烟叶的检测与剔除功能。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的不足，一种制丝线烟叶自动化精选装置及方法，该装置能统一解决烟片原料中青烟、霉烟、杂物和含梗烟叶的自动检测与精准剔除，***自动化程度高，可有效提升制丝线烟片的纯净度，提升卷烟品质。

一种制丝线烟叶自动化精选装置，包括依次连接的烟叶除团***、烟梗检测及剔除***、青烟和霉变烟叶的检测及剔除***、杂物剔除***及烟叶输送机；原料烟叶从烟叶除团***的入口进入，去除结团后的烟叶从烟梗检测及剔除***输出，由烟梗检测及剔除装置检测出的含有烟梗的带杂烟叶，利用烟梗检测及剔除***的剔除机构将烟梗剔除后的烟叶进入青烟和霉变烟叶的检测及剔除***；由青烟和霉变烟检测及剔除***分离出的含有青烟及霉变烟的带杂烟叶，采用青烟和霉变烟叶的检测及剔除***的剔除机构将青烟和霉变烟剔除；完成青烟和霉变烟剔除后的烟叶进入杂物剔除***，杂物剔除***对烟叶进行加速，在加速过程中利用杂物剔除***的剔除机构将杂物剔除，完成杂物剔除后的烟叶由烟叶输送机输送至烟叶收集装置，完成烟叶的精选。

所述烟叶除团***包括星辊1、振槽2、摊薄辊4、接团烟叶皮带3、差速摊薄皮带5；

所述星辊的接入端与物料斗出口相连，星辊为并排设置的多个，相邻辊轴间距为20-50mm，星辊1位于所述振槽2的上方；星辊的后端设有所述的接团烟叶皮带；所述振槽2后端接有摊薄辊4，所述差速摊薄皮带5设置于摊薄辊后方。

所述烟梗检测及剔除***包括X射线光源、CCD成像单元、第一图像处理单元及第一剔除单元；所述X射线光源位于差速摊薄皮带5的上方，CCD成像单元位于差速摊薄皮带5的下方，CCD成像单元将采集到的差速摊薄皮带5上的烟叶图像发送至第一图像处理单元，第一剔除单元设置于差速摊薄皮带5的尾端并受控于第一图像处理单元，第一图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将烟梗剔除；

所述X射线光源为XYG-160型X射线发生器；

所述第一图像处理单元包括线扫描X光探测器、图像采集卡及工控机，线扫描X光探测器接收穿过皮带和烟叶的X光，图像采集卡采集线扫描X光探测器输出的图像信号，输入工控机进行图像处理。

所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***，通过爬坡皮带9与所述烟梗检测及剔除***相连，包括第二图像处理单元、接烟通道、背景皮带10、第一光学玻璃、第一LED照明光源、第一相机和第二剔除单元；

所述第一光学玻璃设置在背景皮带上方，第一LED照明光源及第一相机位于背景皮带上方；第一LED照明光源输出的光照射在背景皮带上；第一相机将采集到的背景皮带上的烟叶图像发送给图像处理***；第二剔除单元及接烟通道均设置在背景皮带的尾端，第二剔除单元受控于图像处理***；第二剔除单元动作时，将背景皮带的尾端处的烟叶吹进接烟通道中，第二剔除单元未动作时，背景皮带的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中；

第一LED照明光源采用两条LED聚光光源，两条LED聚光光源间隔10cm距离分布在背景皮带上方；

所述第一相机为3CCD彩色数字相机，所述3CCD彩色数字相机距离背景皮带的高位为460mm-500mm；

所述第二图像处理单元包括时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro图像采集卡及工控机，时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro图像采集卡采集第一相机拍摄的图像并输入工控机进行图像处理。

所述杂物剔除***包括双皮带加速***、第三图像处理单元、第二LED照明光源、第二光学玻璃、第二相机及第三剔除单元；

所述第二LED照明光源包括四条LED光源，第二LED照明光源位于双皮带14的下方，其中，两条LED光源间隔20mm安装于烟叶运行通道上方，以75度角对烟叶上表面照明，另外两条LED光源间隔20mm安装于烟叶运行通道下方，以75度角对烟叶下表面进行照明；第二光学玻璃位于双皮带14的上方，第二相机将采集到的双皮带14上的烟叶图像发送至第三图像处理单元，第三剔除单元设置于双皮带14的尾端并受控于第三图像处理单元，第三图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将非烟剔除；

第三图像处理单元采用FPGA集成电路。

所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中的第一相机为N个，N为大于或等于1的整数；每一个相机的左右两侧各配置一个LED照明光源。

所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中第一LED照明光源采用LED棱镜聚光光源,相机采用三CCD线扫描相机，背景皮带选择蓝色或者品红色。

一种制丝线烟叶自动化精选方法，其特征在于，采用所述的制丝线烟叶自动化精选装置；

精选方法为：

使烟叶从喂料机进入烟叶除团***，烟叶随着星辊的滚动前进，成团的烟叶进入接团烟叶皮带并经接团通道排出，完成接团烟叶的去除；非成团的烟叶掉落在振槽上，且烟叶随振槽的抖动向后运动并进入差速摊薄皮带；

差速摊薄皮带将烟叶输送至烟梗检测及剔除***，X射线光源位于差速摊薄皮带5的下方，CCD成像单元位于差速摊薄皮带5的上方，CCD成像单元将采集到的差速摊薄皮带5上的烟叶图像发送至第一图像处理单元，第一剔除单元设置于差速摊薄皮带5的尾端并受控于第一图像处理单元，第一图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将烟梗剔除；

第一LED照明光源输出的光照射在背景皮带上；第一相机将采集到的背景皮带上的烟叶图像发送给图像处理***；第二剔除单元及接烟通道均设置在背景皮带的尾端，第二剔除单元受控于图像处理***；第二剔除单元动作时，将背景皮带的尾端处的烟叶吹进接烟通道中，第二剔除单元未动作时，背景皮带的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中；

进入正常烟叶通道中的烟叶随双层皮带进入杂物剔除***，烟叶随着高速运转的双层皮带抛落，第二LED照明光源输出的光照射在双层皮带上，第二相机将采集到的双皮带14上的烟叶图像发送至第三图像处理单元，第三剔除单元设置于双皮带14的尾端并受控于第三图像处理单元，第三图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将非烟剔除，正常的烟叶随烟叶输送机输入至烟叶收集装置。

所述第二图像处理单元根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量小于或等于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟；否则如果当前烟叶图像的H分量大于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟。

所述第二图像处理单元根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，如果当前烟叶图像的H分量不处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶为合格烟叶。

有益效果

本发明所述的制丝线烟叶自动化精选装置，包括烟叶除团***、烟梗检测及剔除***、青烟和霉变烟叶的检测及剔除***、杂物剔除***及烟叶输送机；针对现有设备不能统一解决烟片原料中青烟、霉烟、杂物和含梗烟叶的自动检测与精准剔除问题，提供了一种能完成烟叶精选过程，并且实现青烟、霉烟、杂物和含梗烟叶的自动检测，控制剔除机构进行非正常烟叶的剔除，该精选装置自动化程度高，可有效提升制丝线烟片的纯净度，提升卷烟品质。

本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

1）可统一解决制丝线烟片原料中结团烟叶、青烟、霉烟、杂物和含梗烟片的检测和剔除，提高了烟叶的精选效率；

2）实现了烟片的自动化精选，降低了人工选叶费用，提高了选叶效率，并有利于烟片纯净度的均质化控制，由机械操作代替人工操作，不仅避免了人工失误带来的损失，而且降低了事故发生率；

3）对青烟、霉烟、杂物和含梗烟片的有效识别率高，剔除精准，可显著提升卷烟原料纯净度，提高卷烟品质。

附图说明

图1为发明所述装置的结构示意图；

图2为烟梗检测及剔除***中的光源布置示意图；

图3为杂物剔除***中的光源布置示意图；

图4为应用本发明所述装置进行烟梗剔除的结果图；

图5为逐条放入青霉烟时，应用本发明所述装置进行青霉烟检测及剔除结果图；

图6为在500kg/h的烟叶流中放入青霉烟，应用本发明所述装置进行青霉烟检测及剔除结果图；

图7为在1000kg/h的烟叶流中放入青霉烟，应用本发明所述装置进行青霉烟检测及剔除结果图；

图8为应用本发明所述装置进行杂物剔除的结果图；

标号说明：1—星辊；2—振槽；3—接烟团皮带；4—摊薄辊；5—差速摊薄皮带；6—烟梗检测装置；7—烟梗剔除阀；8—剔除烟梗皮带；9—爬坡皮带；10—背景皮带；11—青烟和霉变烟叶的检测及剔除***；12—青、霉烟剔除阀；13—剔除青、霉皮带；14—双皮带；15—杂物检测装置；16—杂物剔除阀装置；17—剔除非烟杂物皮带；18—烟叶输送机。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种制丝线烟叶自动化精选装置，包括依次连接的烟叶除团***、烟梗检测及剔除***、青烟和霉变烟叶的检测及剔除***、杂物剔除***及烟叶输送机；原料烟叶从烟叶除团***的入口进入，去除结团后的烟叶从烟梗检测及剔除***输出，由烟梗检测及剔除装置检测出的含有烟梗的带杂烟叶，利用烟梗检测及剔除***的剔除机构将烟梗剔除后的烟叶进入青烟和霉变烟叶的检测及剔除***；由青烟和霉变烟检测及剔除***分离出的含有青烟及霉变烟的带杂烟叶，采用青烟和霉变烟叶的检测及剔除***的剔除机构将青烟和霉变烟剔除；完成青烟和霉变烟剔除后的烟叶进入杂物剔除***，杂物剔除***对烟叶进行加速，在加速过程中利用杂物剔除***的剔除机构将杂物剔除，完成杂物剔除后的烟叶由烟叶输送机输送至烟叶收集装置，完成烟叶的精选。

所述烟叶除团***包括星辊1、振槽2、摊薄辊4、接团烟叶皮带3、差速摊薄皮带5；

所述星辊的接入端与物料斗出口相连，星辊为并排设置的多个，相邻辊轴间距为20-50mm，星辊1位于所述振槽2的上方；星辊的后端设有所述的接团烟叶皮带；所述振槽2后端接有摊薄辊4，所述差速摊薄皮带5设置于摊薄辊后方。

所述烟梗检测及剔除***包括X射线光源、CCD成像单元、第一图像处理单元及第一剔除单元；所述X射线光源位于差速摊薄皮带5的上方，CCD成像单元位于差速摊薄皮带5的下方，CCD成像单元将采集到的差速摊薄皮带5上的烟叶图像发送至第一图像处理单元，第一剔除单元设置于差速摊薄皮带5的尾端并受控于第一图像处理单元，第一图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将烟梗剔除；

所述X射线光源为XYG-160型X射线发生器。

所述第一图像处理单元包括线扫描X光探测器、图像采集卡及工控机，线扫描X光探测器接收穿过皮带和烟叶的X光，图像采集卡采集线扫描X光探测器输出的图像信号，输入工控机进行图像处理。

所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***，通过爬坡皮带9与所述烟梗检测及剔除***相连，包括第二图像处理单元、接烟通道、背景皮带10、第一光学玻璃、第一LED照明光源、第一相机和第二剔除单元；

所述第一光学玻璃设置在背景皮带上方，第一LED照明光源及第一相机位于背景皮带上方；第一LED照明光源输出的光照射在背景皮带上；第一相机将采集到的背景皮带上的烟叶图像发送给图像处理***；第二剔除单元及接烟通道均设置在背景皮带的尾端，第二剔除单元受控于图像处理***；第二剔除单元动作时，将背景皮带的尾端处的烟叶吹进接烟通道中，第二剔除单元未动作时，背景皮带的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中；

第一LED照明光源采用两条LED聚光光源，两条LED聚光光源间隔10cm距离分布在背景皮带上方；

所述第一相机为3CCD彩色数字相机，所述3CCD彩色数字相机距离背景皮带的高位为460mm-500mm；

所述第二图像处理单元包括时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro图像采集卡及工控机，时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro图像采集卡采集第一相机拍摄的图像并输入工控机进行图像处理。

所述杂物剔除***包括双皮带加速***、第三图像处理单元、第二LED照明光源、第二光学玻璃、第二相机及第三剔除单元；

所述第二LED照明光源包括四条LED光源，第二LED照明光源位于双皮带14的下方，其中，两条LED光源间隔20mm安装于烟叶运行通道上方，以75度角对烟叶上表面照明，另外两条LED光源间隔20mm安装于烟叶运行通道下方，以75度角对烟叶下表面进行照明；第二光学玻璃位于双皮带14的上方，第二相机将采集到的双皮带14上的烟叶图像发送至第三图像处理单元，第三剔除单元设置于双皮带14的尾端并受控于第三图像处理单元，第三图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将非烟剔除；

第三图像处理单元采用FPGA集成电路。

所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中的第一相机为N个，N为大于或等于1的整数；每一个相机的左右两侧各配置一个LED照明光源。

所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中第一LED照明光源采用LED棱镜聚光光源,相机采用三CCD线扫描相机，背景皮带选择蓝色或者品红色。

一种制丝线烟叶自动化精选方法，采用所述的制丝线烟叶自动化精选装置；

所述精选方法为：

使烟叶从喂料机进入烟叶除团***，烟叶随着星辊的滚动前进，成团的烟叶进入接团烟叶皮带并经接团通道排出，完成接团烟叶的去除；非成团的烟叶掉落在振槽上，且烟叶随振槽的抖动向后运动并进入差速摊薄皮带；

差速摊薄皮带将烟叶输送至烟梗检测及剔除***，X射线光源位于差速摊薄皮带5的下方，CCD成像单元位于差速摊薄皮带5的上方，CCD成像单元将采集到的差速摊薄皮带5上的烟叶图像发送至第一图像处理单元，第一剔除单元设置于差速摊薄皮带5的尾端并受控于第一图像处理单元，第一图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将烟梗剔除；

第一LED照明光源输出的光照射在背景皮带上；第一相机将采集到的背景皮带上的烟叶图像发送给图像处理***；第二剔除单元及接烟通道均设置在背景皮带的尾端，第二剔除单元受控于图像处理***；第二剔除单元动作时，将背景皮带的尾端处的烟叶吹进接烟通道中，第二剔除单元未动作时，背景皮带的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中；

进入正常烟叶通道中的烟叶随双层皮带进入杂物剔除***，烟叶随着高速运转的双层皮带抛落，第二LED照明光源输出的光照射在双层皮带上，第二相机将采集到的双皮带14上的烟叶图像发送至第三图像处理单元，第三剔除单元设置于双皮带14的尾端并受控于第三图像处理单元，第三图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将非烟剔除，正常的烟叶随烟叶输送机输入至烟叶收集装置。

所述第二图像处理单元根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量小于或等于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟；否则如果当前烟叶图像的H分量大于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟。

所述第二图像处理单元根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，如果当前烟叶图像的H分量不处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶为合格烟叶。

实施例1：

应用本发明所述的装置进行烟叶精选，其过程如下：

1）.烟叶随烟叶流流到星辊1上，因为星辊有间距，所以不结团的烟叶就会掉落到下面的振槽2，结团的烟块就会留在星辊1上，然后流向结团烟叶皮带3；

2）.落下的烟叶被振槽2摊薄，继续流向摊薄辊4；

3）.烟叶在摊薄辊4处被继续摊薄，然后落向差速摊薄皮带5；

4）.因为差速皮带速度更快，所以烟叶之间的距离被进一步拉开。此处形成薄薄一层的、互不重叠的烟叶流，流向烟梗检测装置6；

5）.在烟梗检测装置6处，含有烟梗的烟叶拍照后，被烟梗剔除阀7剔除。剔除的含烟梗的烟叶流向剔除烟梗皮带，余下烟叶流向爬坡皮带9；

6）.烟叶由爬坡皮带9流向青烟和霉变烟叶的检测及剔除***11；

7）.在青烟和霉变烟叶的检测及剔除***8处，青烟、霉变烟叶拍照后，被青、霉烟剔除阀12剔除，青烟、霉烟流向剔除青、霉烟皮带13，余下烟叶流向杂物剔除阀装置16。

8）.在杂物剔除阀装置16处，非烟杂物拍照后，被非烟剔除阀剔除，非烟杂物流向剔除非烟杂物皮带17；余下的烟叶就是合格烟叶，继续流向烟叶输送机18。

考虑到不同粗梗和细梗对X射线透射衰减程度差异较大，在烟梗检测及剔除***中的X射线光源选择上要求射线穿透性具有一定可调节范围，即电压电流可在较宽范围内调节。考虑到这一点，选择了丹东奥龙公司XYG-160型X射线发生器作为***光源，该光源配置了双焦点的X射线管和高频高压发生器。其主要性能参数见表1所示：

表1X射线光源关键参数

灯丝电流	0.1mA/3mA	辐射角	40°
				拍片最大穿透	Fe28mm	拍片灵敏度	优于1.5%
焦点尺寸	EN12543	管电压	30KV-120kV

X光源按照40度辐射角，可以覆盖465mm探测器的全部范围。根据X光源的辐射角和探测器长度，可计算出光源距离皮带的安装理论高度为631mm。考虑到使X光源覆盖的探测器范围有一定裕量，实际安装高度为650mm，如图2所示。

烟梗检测及剔除***的图像采集处理模块，由线扫描X光探测器、图像采集卡、高速工控机组成。线扫描X光探测器接收穿过皮带和烟叶的X光，转化为电信号，电信号通过AD转换后，成为数字信号输出。图像采集卡采集探测器输出的图像信号，输入至工控机软件进行图像实时运算，由此完成图像采集处理流程。

扫描分辨率、感光电压范围和扫描频率是X光探测器的关键性能参数。在烟叶中对烟梗进行检测，细梗的直径为1.5mm，要求探测器具备较高灵敏度。同时，为满足工业大流量在线检测，，要求探测器在较快输送皮带速度条件下具备较高扫描频率。为此，选择了X-SCAN公司的XW8804探测器，其扫描分辨率0.4*0.6mm，扫描速度最高4K/S，感光电压范围25-100KeV。该检测器检测速度对应的皮带速度可以达到2.4米/秒。

在青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中光源***、CCD成像模块及图像处理模块的选择如下：

（1）光源***

光源采用两条高亮LED聚光光源，间隔10cm距离以80度度对皮带上的烟叶进行照明。通过调节安装位置和角度，使两条LED光源照明光线在烟叶上汇聚成一条宽度为20mm的亮直线，线扫描CCD相机对准汇聚直线采集成像，可有效提高图像亮度和稳定性，同时可以有效地去除图像阴影对于识别的干扰。

光源色温和亮度是影响成像质量的关键光源参数。通过分析太阳光、荧光灯光等不同光照条件下青烟和霉变烟叶识别效果，检测光源确定采用芯片色温5600K的高亮LED聚光光源。光源亮度上通过在大功率LED光源上增加汇聚透镜，使光源在烟叶表面的照射亮度达到30000LUX，保证了照明亮度能够有效满足青霉烟叶检测的要求。

（2）CCD成像模块

成像模块采用配置广角镜头的3CCD彩色数字相机。青霉烟叶，特别是青烟的识别依赖于颜色特征，因此选择3CCD相机可以将图像颜色信息失真减少到最小，真实反映烟叶颜色。选择丹麦JAI生产的CVL107相机，其扫描速度21Kline/S，像元大小14umx14um，分辨率2048。

青霉烟检测皮带有效宽度为900mm，每个相机检测宽度为450mm，按照光学成像公式计算出CCD理论安装高度（物距）为460mm。考虑到边缘部分图像效果不好，增加检测宽度覆盖，因此实际安装高度设计为500mm。

（3）图像采集处理模块

采用时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro高速图像采集卡，使获取的烟叶图像实时稳定地传输到工控机内存。图像处理的软件是运行在高速工控机上，为了满足图像采集和处理的速度要求，工控机采用多核CPU配合软件多线程的采集处理模式。该模式下图像的采集和处理可以并行，在处理一帧图像时可以同时采集下一帧图像，从而可以满足青霉烟叶采集处理的实时性要求。

在杂物剔除***中光源***及图像处理***的选择如下：

（1）光源***

光源是机器视觉的检测核心关键点，在光源方面设计了新型的大功率LED聚光光源结构，如图3所示；

4条大功率LED光源采用横流源控制，使每个LED芯片衰减都是在一致的。两条光源间隔20mm安装于烟叶运行通道上方，以75度角对烟叶上表面照明。通过调节安装位置和角度，使两条光源的照明光线通过汇聚透镜，在烟叶上表面刚好汇聚成一条宽度为20mm的亮直线。上部分的线扫描CCD相机对准这条汇聚直线采集图像，可以使相机采集到的图像亮度可以有效区分正常烟叶和杂物；另外两条光源安装与烟叶运行通道下方，用于对烟叶下表面进行照明，其安装位置和角度与上部两条光源类似。

所设计的大功率LED聚光光源相对于高频荧光灯、卤素灯、散射LED光源，具备如下优点：①光源稳定，衰减速度慢，使得设备检测单元工作性能稳定；②采用棱镜聚光以后，显著提高了光源均匀度，烟叶图像的效果更好；③由于亮度很高，可以大为降低使用电流，光源有效寿命可有效延长。

（2）图像采集处理模块

在杂物检测的图像采集处理模块设计中，采用了全封装的、模块化的设计模式。图像采集、处理、剔除位置映射和CCD相机参数控制等功能全部封装在一个图像采集处理盒中。从CCD相机获取到图像后，图像采集处理盒通过内置FPGA专用集成电路对图像进行杂物识别处理；对图像进行处理后，FPGA内置的算法自动进行剔除位置映射，并生成剔除信号输出至剔除机构。

图像采集处理盒将图像的采集处理功能封装与一个硬件结构中，可以有效地避免计算机软件软处理所带来的实时性问题，杂物的算法识别处理不受计算机多任务执行的影响，***的稳定性也大大提高。

本装置的剔除效果：

（1）含梗烟靶物剔除结果

为了验证上述烟梗检测剔除技术的可靠性，进行三组靶物验证试验：①取200个光梗作为靶物过料，统计除梗设备剔除的个数；②取200个含梗烟片作为靶物过料，统计除梗设备剔除的个数；③在50kg不含烟梗的芙蓉王Y1等级合格烟叶中放入200个含梗烟片，在1000kg/h流量下过料，统计除梗设备剔除的个数。

以上每组试验均重复测定三次，根据试验剔除的靶物个数，计算出的靶物剔除率结果见图4所示。

从图4可以看出，含梗烟检测剔除***对单个光梗和带叶梗的剔除率都在95%以上，当将梗掺入烟叶以后，烟梗的剔除率有所下降，平均水平也在92.5%左右。在第一组和第二组靶物实验中，同时分析了含梗烟检测单元对靶物的识别率。***对烟梗的图像识别概率相当高，光梗的识别率在98.8%以上，但由于在剔除过程中会存在少量漏剔现象，导致光梗剔除率降到95.2%，带叶梗的剔除率降到96.2%。

（2）青霉烟靶物剔除结果

为了验证青霉烟检测剔除技术的可靠性，同样进行三组靶物验证试验：①分别取50个青片和霉片作为靶物过料，统计设备剔除青烟和霉烟个数；②在50kg不含青霉杂的芙蓉王Y1合格烟叶中，分别掺入20个青片和20个霉片，在500kg/h流量下过料，统计设备剔除青烟和霉烟个数；③在50kg不含青霉杂的芙蓉王Y1合格烟叶中，分别掺入20g青片和20g霉片，在1000kg/h流量下过料，统计设备剔除的个数。

以上每组试验均重复测定三次，根据试验剔除的靶物个数，计算出的靶物剔除率结果见图5到图7所示。

可以看出，对单独的青片和霉片靶物，青霉烟检测剔除***每次试验的剔除率都在94%以上，青烟和霉烟平均剔除率分别为95.4%、96%。合格烟片和靶物混合过料，靶物剔除率有所降低，但***对青烟的平均剔除率也在93%以上、对霉烟平均剔除率在80%以上。

（3）杂物靶物剔除结果

为验证杂物检测剔除技术的可靠性，采用不同典型杂物作为靶物进行剔除试验。将包括纸片、铝箔纸、麻丝、透明薄膜、塑料纤维等69个杂物样本掺入2.5kg芙蓉王Y1合格烟叶中过料，统计设备剔除杂物的个数。

以上试验重复测定4次，根据试验剔除的靶物个数，计算出的靶物剔除率结果见图8所示。

从图8可以看出，4次重复试验对杂物的剔除率分别为93.8%，平均剔除率达到了93.8%，而且波动范围不是很大，设备运行稳定。这一结果表明杂物检测剔除***具有较高可靠性。

Claims (8)

1.一种制丝线烟叶自动化精选装置，其特征在于，包括依次连接的烟叶除团***、烟梗检测及剔除***、青烟和霉变烟叶的检测及剔除***、杂物剔除***及烟叶输送机；原料烟叶从烟叶除团***的入口进入，去除结团后的烟叶从烟梗检测及剔除***输出，由烟梗检测及剔除装置检测出的含有烟梗的带杂烟叶，利用烟梗检测及剔除***的剔除机构将烟梗剔除后的烟叶进入青烟和霉变烟叶的检测及剔除***；由青烟和霉变烟检测及剔除***分离出的含有青烟及霉变烟的带杂烟叶，采用青烟和霉变烟叶的检测及剔除***的剔除机构将青烟和霉变烟剔除；完成青烟和霉变烟剔除后的烟叶进入杂物剔除***，杂物剔除***对烟叶进行加速，在加速过程中利用杂物剔除***的剔除机构将杂物剔除，完成杂物剔除后的烟叶由烟叶输送机输送至烟叶收集装置，完成烟叶的精选；

所述烟叶除团***包括星辊(1)、振槽(2)、摊薄辊(4)、接团烟叶皮带(3)、差速摊薄皮带(5)；

所述星辊的接入端与物料斗出口相连，星辊为并排设置的多个，相邻辊轴间距为20-50mm，星辊(1)位于所述振槽(2)的上方；星辊的后端设有所述的接团烟叶皮带；所述振槽(2)后端接有摊薄辊(4)，所述差速摊薄皮带(5)设置于摊薄辊后方；

所述烟梗检测及剔除***包括X射线光源、CCD成像单元、第一图像处理单元及第一剔除单元；所述X射线光源位于差速摊薄皮带(5)的上方，CCD成像单元位于差速摊薄皮带(5)的下方，CCD成像单元将采集到的差速摊薄皮带(5)上的烟叶图像发送至第一图像处理单元，第一剔除单元设置于差速摊薄皮带(5)的尾端并受控于第一图像处理单元，第一图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将烟梗剔除；

所述X射线光源为XYG-160型X射线发生器；

所述第一图像处理单元包括线扫描X光探测器、图像采集卡及工控机，线扫描X光探测器接收穿过皮带和烟叶的X光，图像采集卡采集线扫描X光探测器输出的图像信号，输入工控机进行图像处理。

2.根据权利要求1所述的制丝线烟叶自动化精选装置，其特征在于，所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***，通过爬坡皮带(9)与所述烟梗检测及剔除***相连，包括第二图像处理单元、接烟通道、背景皮带(10)、第一光学玻璃、第一LED照明光源、第一相机和第二剔除单元；

所述第一光学玻璃设置在背景皮带上方，第一LED照明光源及第一相机位于背景皮带上方；第一LED照明光源输出的光照射在背景皮带上；第一相机将采集到的背景皮带上的烟叶图像发送给图像处理***；第二剔除单元及接烟通道均设置在背景皮带的尾端，第二剔除单元受控于图像处理***；第二剔除单元动作时，将背景皮带的尾端处的烟叶吹进接烟通道中，第二剔除单元未动作时，背景皮带的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中；

第一LED照明光源采用两条LED聚光光源，两条LED聚光光源间隔10cm距离分布在背景皮带上方；

所述第一相机为3CCD彩色数字相机，所述3CCD彩色数字相机距离背景皮带的高位为460mm-500mm；

所述第二图像处理单元包括时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro图像采集卡及工控机，时钟频率为85MHZ的DALSAX-64CLiPro图像采集卡采集第一相机拍摄的图像并输入工控机进行图像处理。

3.根据权利要求2所述的制丝线烟叶自动化精选装置，其特征在于，所述杂物剔除***包括双皮带加速***、第三图像处理单元、第二LED照明光源、第二光学玻璃、第二相机及第三剔除单元；

所述第二LED照明光源包括四条LED光源，第二LED照明光源位于双皮带(14)的下方，其中，两条LED光源间隔20mm安装于烟叶运行通道上方，以75度角对烟叶上表面照明，另外两条LED光源间隔20mm安装于烟叶运行通道下方，以75度角对烟叶下表面进行照明；第二光学玻璃位于双皮带(14)的上方，第二相机将采集到的双皮带(14)上的烟叶图像发送至第三图像处理单元，第三剔除单元设置于双皮带(14)的尾端并受控于第三图像处理单元，第三图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将非烟剔除；

第三图像处理单元采用FPGA集成电路。

4.根据权利要求2所述的制丝线烟叶自动化精选装置，其特征在于，所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中的第一相机为N个，N为大于或等于1的整数；每一个相机的左右两侧各配置一个LED照明光源。

5.根据权利要求3所述的制丝线烟叶自动化精选装置，其特征在于，所述青烟和霉变烟叶的检测及剔除***中第一LED照明光源采用LED棱镜聚光光源,相机采用三CCD线扫描相机，背景皮带选择蓝色或者品红色。

6.一种制丝线烟叶自动化精选方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的制丝线烟叶自动化精选装置；

精选方法为：

使烟叶从喂料机进入烟叶除团***，烟叶随着星辊的滚动前进，成团的烟叶进入接团烟叶皮带并经接团通道排出，完成接团烟叶的去除；非成团的烟叶掉落在振槽上，且烟叶随振槽的抖动向后运动并进入差速摊薄皮带；

差速摊薄皮带将烟叶输送至烟梗检测及剔除***，X射线光源位于差速摊薄皮带(5)的下方，CCD成像单元位于差速摊薄皮带(5)的上方，CCD成像单元将采集到的差速摊薄皮带(5)上的烟叶图像发送至第一图像处理单元，第一剔除单元设置于差速摊薄皮带(5)的尾端并受控于第一图像处理单元，第一图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将烟梗剔除；

第一LED照明光源输出的光照射在背景皮带上；第一相机将采集到的背景皮带上的烟叶图像发送给图像处理***；第二剔除单元及接烟通道均设置在背景皮带的尾端，第二剔除单元受控于图像处理***；第二剔除单元动作时，将背景皮带的尾端处的烟叶吹进接烟通道中，第二剔除单元未动作时，背景皮带的尾端处的烟叶下落至正常烟叶通道中；

进入正常烟叶通道中的烟叶随双层皮带进入杂物剔除***，烟叶随着高速运转的双层皮带抛落，第二LED照明光源输出的光照射在双层皮带上，第二相机将采集到的双皮带(14)上的烟叶图像发送至第三图像处理单元，第三剔除单元设置于双皮带(14)的尾端并受控于第三图像处理单元，第三图像处理单元输出剔除信号控制剔除气阀开关，当剔除气阀打开时，高压气体喷出将非烟剔除，正常的烟叶随烟叶输送机输入至烟叶收集装置。

7.根据权利要求6制丝线烟叶自动化精选方法，其特征在于，所述第二图像处理单元根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量小于或等于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中不存在青烟和霉变烟；否则如果当前烟叶图像的H分量大于60，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟。

8.根据权利要求7制丝线烟叶自动化精选方法，其特征在于，所述第二图像处理单元根据烟叶图像的表示图像色调的H分量识别青烟和霉变烟；如果当前烟叶图像的H分量处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶中存在青烟和霉变烟，如果当前烟叶图像的H分量不处于60-240之间，则判定当前烟叶图像对应的烟叶为合格烟叶。