一种基于激发光的烟草杂质识别、剔除系统及方法与流程

本发明涉及一种烟草杂质处理技术，具体的说是一种基于激发光的烟草杂质识别、剔除系统及方法。

背景技术：

烟草(烟片或烟梗等香烟原料半成品)在进入烟草制丝工序之前都需要对烟草中混杂的烟草杂质(非烟草物质)进行识别和剔除处理，以保证烟草的质量。现有技术中对烟草杂质进行剔除时，通常采用人工分选或图像识别处理的方式进行识别和剔除操作。

人工分选方式是通过大量有烟草杂质识别能力的工人对烟草进行主动识别和剔除操作。这种烟草杂质剔除方法需要配置大量的有烟草杂质识别能力的工人，人工成本较高，并且效率低下。

采用图像识别处理方式对烟草杂质进行识别时，首先对烟草进行拍照，然后将获得的烟草照片送入计算机进行处理，以获取烟草照片中的烟草杂质特征，实现对烟草杂质的识别。但是对烟草杂质进行拍照时，由于烟草形状的不规则、烟草颜色的跨度较大、烟草照片拍摄角度和拍摄光线不确定等原因会导致计算机很难准确抓取烟草照片中的烟草杂质特征，从而导致利用图像识别处理的方式进行烟草杂质识别的准确度较低。

因此，亟需一种对烟草杂质识别准确度较高的装置以及烟草杂质剔除效率较高、且人工成本较低的烟草杂质剔除装置。

技术实现要素：

针对现有技术存在烟草杂质识别准确度低以及烟草杂质剔除效率低等缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种可提高烟草杂质识别准确度及烟草杂质剔除效率、降低人工成本的一种基于激发光的烟草杂质识别、剔除系统。

本发明采用的技术方案是：

本发明基于激发光的烟草杂质识别、剔除方法，包括以下步骤：

系统启动，进料装置将待识别烟草送入振动装置；

在振动装置的作用下使烟草成为松散状态后进入导料槽；

松散的烟草由导料槽下部出口输出形成自由下落的烟草瀑布进入检测区域；

对称布置于检测区域两侧的烟草杂质识别装置对烟草瀑布进行快速识别；

当识别出异物时，控制装置启动烟草杂质剔除装置，将异物送入杂质槽。

烟草杂质识别装置对烟草瀑布进行快速识别包括以下步骤：

由烟草杂质识别装置输出450nm的激光束不断扫描到烟草瀑布上，如果产生的激发光峰值在510～520nm之间，则为合格烟草，直接落入合格槽；

如果产生的激发光峰值在340～360nm之间，则为发霉烟草，将该信息送至控制装置，由控制装置向烟草杂质剔除装置发送启动信号，烟草杂质剔除装置动作，将发霉烟草送入杂质槽；

如果产生的激发光无峰值，则当前被检测物质为非烟草物质，将该信息送至控制装置，由控制装置向烟草杂质剔除装置发送启动信号，烟草杂质剔除装置动作，将非烟草物质送入杂质槽。

烟草杂质识别装置内具有扫描模块，其为一旋转多面镜，转速为5000～20000转/分。

在烟草瀑布对应烟草杂质识别装置输出激光束的另一侧设有背景辊，其辊表层为与烟草瀑布相同的烟草材料。

本发明基于激发光的烟草杂质识别、剔除系统，包括固定架、烟草杂质识别装置、烟草杂质剔除装置、导料槽、杂质槽以及合格槽，其中烟草杂质识别装置、烟草杂质剔除装置、导料槽、杂质槽以及合格槽均安装于固定架上，导料槽入口与进料装置连接，导料槽出口下方为检测区域，合格槽设于检测区域下方；烟草杂质识别装置对称安装于检测区域两侧，其发射的激光线对准检测区域内的待识别样品；杂质槽入口设于检测区域一侧，对应烟草杂质剔除装置的执行机构；烟草杂质识别装置和烟草杂质剔除装置与控制装置电连接。

在烟草瀑布对应烟草杂质识别装置输出激光束的另一侧设有背景辊，其辊表层为与烟草瀑布相同的烟草材料，背景辊经规定波长的激光照射后产生的激发光峰值在规定范围之间。

所述背景辊为可旋转结构，由驱动装置拖动，其转动的线速度相当于烟草瀑布的下落速度；背景辊直径不小于自由下落的烟片形成的缝隙。

还具有振动装置，设于导料槽与进料装置之间，振动装置的出口对应导料槽入口。

烟草杂质剔除装置采用喷气装置，烟草杂质识别装置的扫描线距喷气装置的喷嘴的中心位置为10～40cm。

固定架包括主体支架、烟草杂质识别装置支架以及导料槽支架，其中导料槽支架固定于主体支架上部中间部位，烟草杂质识别装置支架为两个，分设于主体支架上部、导料槽支架两侧；导料槽支架一侧固定烟草杂质剔除装置，杂质槽和合格槽安装于主体支架上。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明烟草杂质识别装置的识别方式不受识别样品颜色、形状、被照射角度等的多样性及变化的影响，以物质内部结构来判断检测非烟物质和发霉烟草，大大提高了烟草杂质识别装置对烟草杂质以及不合格烟草识别的准确度。

2.本发明烟草杂质剔除装置可准确启动烟草杂质剔除装置，将烟草杂质吹离自由下落路线，使其进入杂质槽，而待分选烟草中的烟草则进入合格槽，从而实现了自动剔除待分选烟草的烟草杂质的目的，提高了烟草杂质剔除效率，并且降低了人工成本。

3.本发明烟草杂质剔除装置，由于在待分选烟草经过导料槽通过检测区之前先经过振动装置的振动处理，使待分选烟草充分松散分离，使得检测装置对大部分待分选烟草实现检测操作，避免出现检测装置无法对结团的待分选烟草的内部烟草的检测，从而提高了对待分选烟草中烟草杂质的识别准确度。

4.本发明提供的烟草杂质剔除装置，由于待分选烟草在经过导料槽前先经过振动处理，从而避免了结团的待分选烟草堵塞导料槽或合格槽或杂质槽，避免烟草杂质剔除装置无法持续工作的情况出现。

附图说明

图1为基于激发光的烟草杂质识别、剔除系统结构示意图；

图2为本发明烟草杂质识别装置的结构示意图；

图3为本发明激光发生模块的结构示意图；

图4为本发明准直模块的结构示意图；

图5为本发明转换模块的结构示意图；

图6为本发明烟草杂质识别系统的结构示意图。

其中，100为激光发生模块，200为扫描模块，300为准直模块，400为转换模块，1为振动装置，2为导料槽，3为烟草杂质识别装置，4为背景辊，5为喷气装置，6为杂质槽，7为合格槽，8为固定架，9为传送带，10为废料收集装置，11为450nm激光器，12为第一全反射镜，14为第一滤光片，15为第一光电转换器，16为第三全反射镜，17为第二全反射镜，18为透镜，19为光阑，20为挡光板，21为封装外壳，22为透明封装块，23为控制装置，24为第二滤光片，25为第二光电转换器，26为半透半反镜，a10为待识别样品。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

如图1所示，本发明一种基于激发光的烟草杂质识别、剔除系统，包括固定架8、烟草杂质识别装置3、烟草杂质剔除装置、导料槽2、杂质槽6以及合格槽7，其中烟草杂质识别装置3、烟草杂质剔除装置、导料槽2、杂质槽6以及合格槽7均安装于固定架8上，导料槽2入口与进料装置连接，导料槽2出口下方为检测区域，合格槽7设于检测区域下方；烟草杂质识别装置3对称安装于检测区域两侧，其发射的激光线对准检测区域内的待识别样品a10；杂质槽入口设于检测区域一侧，对应烟草杂质剔除装置的执行机构；烟草杂质识别装置和烟草杂质剔除装置与控制装置23电连接。

固定架8包括主体支架、烟草杂质识别装置支架以及导料槽支架，其中导料槽支架固定于主体支架上部中间部位，烟草杂质识别装置支架为两个，分设于主体支架上部、导料槽支架两侧；导料槽支架一侧固定烟草杂质剔除装置，杂质槽6和合格槽7安装于主体支架上。

本发明系统还具有振动装置，设于导料槽2与进料装置之间，振动装置的出口对应导料槽2入口。振动装置的设置是使待分选样品经过振动装置振散分离后进入导料槽2。

本实施例中，烟草杂质识别装置3如图2所示，包括激光发生模块100、扫描模块200、准直模块300以及转换模块400，其中：

激光发生模块100用于向扫描模块200发送450nm的扫描激光；

扫描模块200为旋转多面镜(可为4～20面，本实施例采用10面)，用于扫描激光扫描待识别样品；扫描激光扫描待识别样品后受到激发，产生反映烟草信息的激发光(如扫描到烟草，则产生的激发光峰值在510～520nm之间，如扫描到非烟草物质，则在510～520nm波段不产生峰值，如扫描到发霉烟草，则激发光峰值在340～360nm之间)，该激发光经扫描模块反射后进入准直模块300；扫描模块200的旋转多面镜具有高转速、扫描频率高，满足精确检测要求。

准直模块300对激发光进行准直处理；转换模块400用于将准直处理后的激发光转换为电信号送至控制装置23；送至控制装置23用于对电信号进行处理获得待识别样品相应信息，并根据所得信息判断待识别样品是否为烟草杂质。

如图3所示，激光发生模块100包括450nm激光器11和第一全反射镜12；450nm激光器11发出的激光经第一全反射镜12反射后向扫描模块200传播。

如图4所示，准直模块300包括第二全反射镜17、透镜18、光阑19以及第三全反射镜16，其中第二全反射镜17具有透射孔，全反射激发光，其透射孔用于扫描激光的通过；

透镜18对激发光进行准直处理；光阑19滤除准直处理后的激发光中的杂散光；

第三全反射镜16全反射经过准直处理后的激发光，以使经过准直处理的激发光向转换模块400传播。

如图5所示，转换模块400为光电转换单元，用于接收510～520nm激发光，并将其转换为相应的电信号；光电转换单元包括第一滤光片14和第一光电转换器件15，光电转换器件15为光电倍增管、光电二极管或雪崩管；第一滤光片14设置于相应第一光电转换器件15的受光口位置。扫描激光光速通过经第二全反射镜17、透镜18以及光阑19入射到第三全反射镜16。为了分别接收不同反射波长的激发光，本发明设有半透半反26、第二滤光片24以及第二光电转换器25，其中半透半反26透过510nm以上波长，反射510nm以下波长；第二滤光片24只允许340-360nm波长光透过，通过第二光电转换器件25进行光电信号的转换，并将转换后的电信号输出至控制装置23；第一滤光片14只允许510-520nm波长透过，通过第一光电转换器15进行光电信号的转换，并将转换后的电信号输出至控制装置23。

如图6所示，烟草杂质识别装置3还包括设置于激光发生模块100与准直模块300之间的挡光板20(从图6上看，是设于激光发生模块100的第一全反射镜12和准直模块300的第二全反射镜17之间)，用于遮挡激光发生模块100的多余的散射光进入准直光路；挡光板20具有通孔，供扫描激光光速通过，用于防止激光发生模块100对转换模块400产生干扰。

烟草杂质识别装置还包括封装外壳21，该封装外壳21将激光发生模块100、扫描模块200、准直模块300以及转换模块400封装在一起；封装外壳21具有扫描窗口，供扫描激光以及激发光通过。

本实施例中，扫描窗口中可以嵌有透明封装块22，以供扫描激光以及激发光通过的基础上进一步增强烟草杂质识别装置3的密封性，从而避免外界杂质进入烟草杂质识别装置3内部。

烟草杂质识别装置还包括分别设置于导料槽出口下方两侧的背景辊。背景辊4同时也位于待识别样品a10远离扫描窗口一侧。

背景辊4为圆柱形、棱柱形状或板状，其经规定波长(本实施例为450nm)的激光照射后产生的激发光峰值在规定范围(510～520nm)之间。本实施例中，背景辊4表层为与烟草瀑布相同的烟草材料制作，并通过驱动电机拖动产生转动，其转动线速度与烟草瀑布下落速度相当，达到动态效果，并可清除落在背景辊4表面的异物。背景辊4直径不小于自由下落的烟片形成的缝隙。背景辊4的设置是考虑烟草瀑布在自由下落时会产生缝隙容易造成误判而导致烟草杂质剔除装置误动作。

如图1所示，本发明系统还具有振动装置1，设于导料槽2与进料装置(图中未示出)之间，振动装置1的出口对应导料2槽入口。

本发明系统中的烟草杂质剔除装置采用喷气装置，其安装在固定架上、检测区竖直下方一侧。烟草杂质识别装置的扫描线距喷气装置的喷嘴的中心位置为10～40cm。

本发明一种基于激发光的烟草杂质识别、剔除方法，包括以下步骤：

系统启动，进料装置将待识别烟草(即待识别样品a10)送入振动装置1；

在振动装置1的作用下使烟草成为松散状态后进入导料槽2；

松散的待识别烟草由导料槽2下部出口输出形成自由下落的烟草瀑布进入检测区域；

对称布置于检测区域两侧的烟草杂质识别装置3对烟草瀑布进行快速识别；

当识别出异物时，控制装置23启动烟草杂质剔除装置，将异物送入杂质槽6。

烟草杂质识别装置3对烟草瀑布进行快速识别包括以下步骤：

由烟草杂质识别装置输出波长为450nm的激光束以规定频率不断扫描到烟草瀑布上；

如果在产生的激发光峰值在510～520nm之间，则为合格烟草，直接落入合格槽6；

如果产生的激发光峰值在340～360nm之间，则为发霉烟草，将该信息送至控制装置23，由控制装置23向烟草杂质剔除装置发送启动信号，烟草杂质剔除装置动作，将发霉烟草送入杂质槽6；

如果产生的激发光在510～520nm和340～360nm范围内均无峰值，则当前被检测物质为非烟草物质，将该信息送至控制装置23，由控制装置23向烟草杂质剔除装置发送启动信号，烟草杂质剔除装置动作，将非烟草物质送入杂质槽6。

激光束以规定频率扫描烟草，通过烟草杂质识别装置内的扫描模块实现，其为一旋转多面镜，转速为5000～20000转/分，因此通过控制旋转多面镜转速确定扫描频率。

本发明在原有系统中加装振动装置，是为了将待识别烟草振散分离后再进入导料槽2；导料槽2竖直下方为检测区，烟草杂质识别装置3判断经过检测区的待分选烟草是否为烟草杂质或发霉烟草，如果是烟草杂质或发霉烟草，则启动位于检测区竖直下方一侧的烟草杂质剔除装置即喷气装置5，以将烟草杂质吹离自由下落路线，使其进入杂质槽6。

本发明中，待识别样品即待识别烟草指香烟原料半成品，包括烟片、烟梗和烟丝中的一种或多种。烟草杂质是指烟草中混入的非烟草物质。

本发明烟草杂质识别装置是基于待识别样品中的烟叶受450nm激光激发后产生特征波长的激发光这一特点对待识别样品进行判别；如扫描到烟叶则产生的激发光峰值在510～520nm之间，如果产生的激发光峰值在340～360nm之间，则为发霉烟草。而扫描到非烟物质时，所产生的激发光在510～520nm或340～360nm范围内无峰值，可以据此判断出烟草和烟草杂质(烟草杂质即指非烟草物质)。

在烟草杂质剔除装置工作时，振动装置1不断振动，以对待识别烟草进行振动处理，实现待分选烟草的振散分离的目的。待分选烟草经振动装置1振散分离后从振动装置1的出料口进入导料槽2，通过导料槽2的出料口自由下落；自由下落的待分选烟草经过检测区时被检测装置3检测，当烟草杂质识别装置3判断经过检测区的待分选烟草中含有杂质时启动喷气装置5，以将烟草杂质吹离自由下落路线，使其进入杂质槽6，而待分选烟草中的合格烟草则进入合格槽7，从而实现了自动剔除待分选烟草的烟草杂质的目的，提高了烟草杂质剔除效率，并且降低了人工成本。

由于在待分选烟草经过导料槽2通过检测区之前先经过振动装置1的振动处理，以使待分选烟草松散分离，避免结团的待分选烟草堵塞导料槽2或合格槽7或杂质槽6，导致烟草杂质剔除装置无法持续工作的情况出现。并且由于振动装置1的振动处理，待分选烟草充分分离，以利于烟草杂质识别装置3对大部分待分选烟草的检测操作，避免出现烟草杂质识别装置3无法对结团的待分选烟草的内部烟草的检测，从而提高了对待分选烟草中烟草杂质的识别准确度。

本发明提出了一种启动位于检测区竖直下方一侧的喷气装置5的具体方法，包括：当烟草杂质识别装置3判断经过检测区的待分选烟草中含有烟草杂质时记为计时零点；在距离计时零点延迟规定时间后，启动喷气装置5，使喷气装置5在喷吹时间内持续喷气。

延迟时间根据喷吹装置喷吹位置距离检测区之间的距离计算得来，由于烟草杂质剔除装置的使用环境不同，待分选烟草受到的空气浮力也不同，因此延迟时间需要根据不同的使用环境而定。喷吹时间可以根据待分选烟草中烟草杂质的平均尺寸来定，平均尺寸可以由历史经验确定，也可以在待分选烟草中采样取平均值确定，还可以通过烟草杂质识别装置3实时判断；本发明对配吹时间和延迟时间的具体确定方法并不做限定，具体视实际情况而定。

喷气装置5与检测区之间的距离为25cm～50cm，包括端点值。喷气装置5与检测区之间的距离是指喷气装置5喷嘴中心与检测区中心点之间的直线距离。而喷气装置5与检测区之间的距离越大，待分选烟草中烟草杂质的运动轨迹就越难以预测，那么喷气装置5有可能无法吹走待分选烟草中的烟草杂质。本实施例采用的距离优选为30cm。

喷气装置5具有多个受电磁阀控制的压缩气体喷嘴，多个压缩气体喷嘴水平方向排列，排列宽度为预设宽度。预设宽度根据导料槽2的出料口的宽度而定。一般而言压缩气体喷嘴喷出的气体为空气即可满足要求，但在本实施例中，压缩其他喷嘴喷出的气体还可以为经过干燥的空气或氦气或氖气等惰性气体，尽可能避免对待分选烟草的影响。

在本实施例中，在检测区两侧分别设置烟草杂质识别装置的目的是从两侧分别检测待分选烟叶，提高对待分选烟叶中的烟草杂质的识别准确度。导料槽2的入料口尺寸大于其出料口尺寸，用于对经过振动装置1的待分选烟草进行拢流；导料槽2将进入其中的待分选烟草进行拢流，既通过自身的约束作用使通过导料槽2的待分选烟草形成一股宽度及厚度一定的料流。烟草杂质剔除装置还包括位于合格槽7的出料口竖直下方的传送带9，用于传送合格烟草；传送带9用于传送合格烟草，使合格烟草进入下一道工序。传送带9还可以被其他收集装置替代，例如收集桶等。

同样，在杂质槽6的出料口的竖直下方也可以设置一个废料收集装置10，用于收集待分选烟草中的烟草杂质。