劉洪標(biāo),趙廣仁,黃晶 ,黃華

(湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠,湖南 郴州 423000)

煙草碎片異物復(fù)合分揀技術(shù)研究與應(yīng)用

劉洪標(biāo),趙廣仁,黃晶 ,黃華

(湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠,湖南 郴州 423000)

煙草異物剔除是煙草生產(chǎn)過(guò)程中的重要內(nèi)容.打葉復(fù)烤作為煙葉生產(chǎn)的第一道環(huán)節(jié),對(duì)煙草異物的控制起到至關(guān)重要的作用.湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠從打葉復(fù)烤企業(yè)出發(fā),為減少煙草雜物,提高復(fù)烤片煙純凈度,就煙草碎片異物的識(shí)別與剔除給出了一種全新的思路和方法,該方法使打葉復(fù)烤過(guò)程中,在煙草碎片異物的挑選質(zhì)量和剔除效率上都有明顯的提升.

打葉復(fù)烤;煙草碎片異物;復(fù)合分揀

當(dāng)前,煙草行業(yè)對(duì)非煙雜物的控制也越來(lái)越重視.加強(qiáng)對(duì)非煙雜物的控制,已成為行業(yè)對(duì)原料加工的重點(diǎn)控制指標(biāo).打葉復(fù)烤作為卷煙生產(chǎn)的第一道環(huán)節(jié),是剔除煙草雜物的首要關(guān)口,把好這道關(guān)是確保quot;原料保障上水平quot;的重要保障,它將直接關(guān)系到卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定.

1 復(fù)烤煙草碎片除雜的現(xiàn)狀

目前,國(guó)內(nèi)外復(fù)烤企業(yè)針對(duì)煙草異物的控制研究開(kāi)發(fā)了很多相應(yīng)的技術(shù),如風(fēng)選除雜技術(shù)、光譜除雜技術(shù)、激光除雜技術(shù)、氣流式煙葉輸送技術(shù)、金屬探測(cè)儀等.在上述煙草異物控制技術(shù)中,每種技術(shù)都是單獨(dú)使用在某個(gè)工藝環(huán)節(jié)中,其優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)也非常明顯.例如,風(fēng)選除雜工藝,能夠?qū)熑~進(jìn)行大流量的分揀,但是其分揀的精度不足;而光電除雜工藝,能夠精確地剔除雜物,但是要求煙葉攤薄的效果要很好;激光除雜技術(shù)對(duì)煙葉流量要求更高,一般不能超過(guò)6000Kg/h.但在目前,這些除雜技術(shù)都是單獨(dú)在使用.本文以湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠為例,開(kāi)展煙草碎片異物復(fù)合分揀技術(shù)的研究,將風(fēng)選除雜工藝與光電除雜工藝相結(jié)合,彌補(bǔ)彼此的弱點(diǎn),從而提高打葉復(fù)烤生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)煙草碎片異物的挑選效率和質(zhì)量.

2 煙草碎片除雜的技術(shù)分析

煙草碎片異物分揀技術(shù)主要包含異物分選和異物除雜兩個(gè)關(guān)鍵階段.因此在工藝流程設(shè)計(jì)上,應(yīng)該首先考慮如何有效進(jìn)行煙葉碎片分離,再通過(guò)煙葉流的逐級(jí)加速攤薄去檢測(cè)雜物,最后再設(shè)計(jì)有效的除雜機(jī)構(gòu),對(duì)非煙物質(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)剔除.

2.1 分選工藝的技術(shù)研究

利用懸浮原理,改進(jìn)現(xiàn)有的異物風(fēng)分工藝,實(shí)現(xiàn)更加有效地物料與碎葉、輕質(zhì)雜物的分離.具體方式是取消傳統(tǒng)風(fēng)分倉(cāng)內(nèi)的網(wǎng)板輸送方式,組合新的無(wú)網(wǎng)板式風(fēng)分器,并在風(fēng)分倉(cāng)進(jìn)料口加裝高速齒型拋料輥,將傳統(tǒng)的單側(cè)吸風(fēng)式落料器變成兩側(cè)吸風(fēng)式落料器.在這種情況下,齒型落料器直接將物料拋擲到風(fēng)分倉(cāng),利用下進(jìn)風(fēng)和上吸風(fēng)循環(huán)風(fēng)選,將一潤(rùn)、二潤(rùn)、篩砂筒等匯集的碎葉物料中摻雜的一些輕量雜物,通過(guò)兩側(cè)吸風(fēng)式落料器分揀出來(lái).風(fēng)選除雜裝置見(jiàn)圖1.

圖1 風(fēng)選除雜裝置總體布局簡(jiǎn)圖

2.2 煙草碎片異物識(shí)別檢測(cè)技術(shù)研究

為了識(shí)別雜物,采用RGB三維笛卡爾坐標(biāo)空間來(lái)進(jìn)行色度空間的分布規(guī)律分析.RGB顏色空間通過(guò)對(duì)紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)3個(gè)顏色通道的變化,以及它們相互之間的疊加來(lái)得到各種顏色.煙葉顏色集中分布在RGB顏色空間的特定區(qū)域,雜物的分布區(qū)域與煙葉不同,就可以區(qū)分開(kāi)煙葉和雜物,見(jiàn)圖2.

圖2 部分雜物和正常煙在RGB空間的分布情況

上述結(jié)論證明,合格煙片在RGB顏色空間中分布區(qū)域與不同雜物存在顯著差異.因此,采用機(jī)器視覺(jué)方法提取煙葉RGB顏色信息來(lái)區(qū)分雜物.基于這一方法,對(duì)雜物在線檢測(cè)和識(shí)別的基本過(guò)程原理見(jiàn)圖3.

圖3 雜物檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)原理示意圖

雜物檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要包括雙皮帶夾層輸送帶、CCD成像單元、圖像采集和處理機(jī)構(gòu).煙葉進(jìn)入雙皮帶后,雙皮帶以4.7m/s的速度向前運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)煙葉和空氣都往前運(yùn)動(dòng),從而消除掉煙葉高速運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的翻滾和后退,使得煙葉能夠以4.5m左右的速度向前拋出.煙葉拋出皮帶后,以近乎下斜直線的狀態(tài),穿過(guò)檢測(cè)口和剔除口.檢測(cè)柜有高亮度、高顯色系統(tǒng)照明系統(tǒng),線陣CCD相機(jī)采集煙葉的實(shí)時(shí)圖像,送入圖像采集處理盒,識(shí)別出雜物并計(jì)算出雜物坐標(biāo).這種設(shè)計(jì)方式,檢測(cè)機(jī)構(gòu)上下雙層皮帶同向同速運(yùn)動(dòng),煙葉在雙皮帶中間形成的腔體中被輸送,完全消除了煙葉堆積的情況,夾雜在煙葉中的雜物可以被相機(jī)充分拍攝,能夠有效提高識(shí)別檢測(cè)率.

2.3 非煙物質(zhì)剔除技術(shù)研究

對(duì)于非煙物質(zhì)的剔除機(jī)構(gòu),研究采用陣列電磁閥噴吹壓縮空氣的方式,對(duì)識(shí)別出的目標(biāo)物進(jìn)行氣動(dòng)剔除.由于剔除點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)不在同一位點(diǎn),即為異步剔除,煙葉在檢測(cè)成像后,需要找到圖像中目標(biāo)物位置對(duì)應(yīng)的氣閥,即需要建立起圖像像素和實(shí)際位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系.以非煙物質(zhì)為例,如果圖4中第19以及20號(hào)電磁閥對(duì)應(yīng)的圖像上出現(xiàn)非煙物質(zhì)的信息,經(jīng)過(guò)計(jì)算,圖5中剔除點(diǎn)對(duì)應(yīng)的19號(hào)和20號(hào)電磁閥就會(huì)發(fā)出剔除信號(hào),將非煙物質(zhì)用高壓氣打入剔除通道,實(shí)現(xiàn)霉變煙的剔除過(guò)程.

圖4 氣閥和圖像的位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖5 計(jì)算結(jié)果和電磁閥的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.4 工藝流程研究和優(yōu)化

煙草碎片異物分揀技術(shù)包含異物分選和異物除雜2個(gè)關(guān)鍵階段,因此在工藝流程上依次為碎片篩選、雜物檢測(cè)剔除,見(jiàn)圖6.

圖6 煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)工藝流程圖

為了更好的分揀和剔除煙葉碎片異物,需要在一些工藝流程上做出研究和優(yōu)化.

(1)輸送攤薄系統(tǒng)研究.上述工藝流程中,各檢測(cè)剔除段均需通過(guò)輸送攤薄系統(tǒng)將煙葉充分薄層化,以配合檢測(cè)單元獲取最佳的煙葉圖像特征,并提升剔除單元目標(biāo)的準(zhǔn)確性.對(duì)輸送攤薄系統(tǒng)的研究?jī)?yōu)化,主要是通過(guò)星輥組隔離煙葉團(tuán)、振槽松散及擴(kuò)寬、拉薄輥配合高速皮帶機(jī)加速,對(duì)各段進(jìn)行逐級(jí)攤薄處理,使煙葉特征不被遮擋,雜質(zhì)從煙葉中充分暴露,達(dá)到檢測(cè)剔除的效果.

(2)關(guān)鍵工藝參數(shù)研究.在整套系統(tǒng)和流程建立后,需要優(yōu)化確定雜物檢測(cè)段和剔除段的部分關(guān)鍵工藝參數(shù),通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)優(yōu),由一系列基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析得到了一套最佳的設(shè)備運(yùn)行參數(shù),如檢測(cè)皮帶速度、剔除閥氣壓大小、保持時(shí)間、延時(shí)時(shí)間等各項(xiàng)參數(shù).同時(shí),通過(guò)剔除擋板等局部結(jié)構(gòu)改進(jìn),保證了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性.

3 煙草碎片異物復(fù)合除雜技術(shù)的應(yīng)用效果

針對(duì)研究應(yīng)用的煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng),與原有人工選葉進(jìn)行了對(duì)比和效果測(cè)試,并對(duì)效益進(jìn)行分析.

3.1 除雜效果對(duì)比驗(yàn)證

分別選取上中下3個(gè)部位的不同煙葉,在同等重量(500件)、同等流量(10000kg/h)的測(cè)試條件下,對(duì)煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)實(shí)施前后進(jìn)行測(cè)試對(duì)比.通過(guò)對(duì)不同片煙原料的挑選質(zhì)量、挑選效率等對(duì)比分析,驗(yàn)證研制開(kāi)發(fā)的煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用效果,結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 對(duì)比測(cè)試結(jié)果表

測(cè)試結(jié)果表明,在煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)實(shí)施后,碎片異物剔除量有明顯增加,但時(shí)間明顯減少.這些結(jié)果表明,煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)比較人工選葉,無(wú)論在挑選質(zhì)量和挑選效率上都有明顯的提升.為了進(jìn)一步證明煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)實(shí)施后對(duì)成品片煙雜物合格率的影響,我們對(duì)2015烤季和2016烤季(4個(gè)月)的成品片煙雜物合格率進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 成品片煙合格率統(tǒng)計(jì)表

結(jié)果表明,在煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)實(shí)施后,成品片煙雜物合格率有穩(wěn)定地提升.

3.2 效益分析

傳統(tǒng)的風(fēng)選除雜需要人工挑選配合,按每天3班(每單班20個(gè)工位)計(jì)算,需要60人.按照當(dāng)前勞務(wù)工平均工資2000元/月,每個(gè)生產(chǎn)季7個(gè)月計(jì)算,需要人工費(fèi)用84萬(wàn)元/年;復(fù)合分揀技術(shù)中投入的3000kg/h的光電除雜機(jī)設(shè)備與20個(gè)工位挑選臺(tái)相比,投資額增加268元左右,3個(gè)多生產(chǎn)季即可收回成本.因此采用煙草碎片復(fù)合分揀技術(shù),可替代人工挑選臺(tái).從收回光電除雜設(shè)備成本后計(jì)算,每年可減少人工費(fèi)用支出75.6萬(wàn)元/年.

圖7 人工選葉與光電除雜系統(tǒng)

4 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)展煙草碎片異物復(fù)合分揀技術(shù)研究,是湖南煙葉復(fù)烤有限公司郴州復(fù)烤廠針對(duì)目前打葉復(fù)烤工藝,創(chuàng)新地將風(fēng)分除雜工藝與光電除雜工藝相結(jié)合,對(duì)異物風(fēng)分和異物剔除流程進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化.先通過(guò)風(fēng)選除雜裝置,加大風(fēng)選效率,使得雜物盡可能地被分揀出來(lái),然后再通過(guò)煙草異物光電除雜設(shè)備,精確地再將雜物二次分揀出來(lái),能夠有效地提升煙草雜物剔除效率及質(zhì)量.研究和應(yīng)用結(jié)果表明,煙草碎片異物復(fù)合分揀系統(tǒng)性能突出,無(wú)論在挑選質(zhì)量和剔除效率上都有明顯的提升,可以節(jié)省大量勞務(wù)用工,在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下,節(jié)約了大量經(jīng)營(yíng)成本,提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,具有很強(qiáng)的推廣意義.

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