一种智能化快速检测烟用叶丝长度及其分布的装置的制作方法

本实用新型属于检测技术领域，具体涉及一种自动化程度高、检测速度快、检测结果真实可靠的智能化快速检测烟用叶丝长度及其分布的装置。

背景技术：

近年来烟草加工工艺得到了较快发展，加工技术水平不断提高，但基础研究仍较为薄弱。打叶复烤(烟叶→叶片)、制丝(叶片→烟丝)和卷制(烟丝→卷烟)贯穿了从烟叶原料到卷烟产品的整个过程，因而是烟草工艺研究的核心和基础。现行的《卷烟工艺规范》要求有针对叶丝宽度的检测项目，由于检测手段的限制，长期以来并无专门针对叶丝长度的检测项目，而是以叶丝结构(主要指整丝率和碎丝率)这个检测项目来代替(参见烟草行业标准YC/T178-2003)。在切丝宽度确定后，所谓叶丝结构主要是指不同长度叶丝的占比。目前叶丝结构检测是利用纯机械式的烟丝振动分选筛，通过筛分样品叶丝使不同长度的叶丝分离，结果以各层或某几层筛网上的累积重量占样品总重量的比例来表示：检测样品重量为(1000±100)g，烟丝振动分选筛设置有三层筛网，网孔形状均为正方形，边长大小分别为3.35mm、2.5mm、1.0mm，筛选后3.35mm筛网上分选出的叶丝为长丝，2.5mm筛网上分选出的叶丝为中丝，1.0mm筛网上分选出的叶丝为短丝，1.0mm筛网下分选出的叶丝为碎丝。样品叶丝通过烟丝振动分选筛后将叶丝分选成四类并分别称重计算各自占比，一般分别使用长丝率、中丝率、短丝率、碎丝率表示，其中长丝率和中丝率统称整丝率，各种长度的叶丝占总重量的比率情况即为其长度区间分布。《卷烟工艺规范》对各指标有明确要求：整丝率≥80％，碎丝率≤3％。

在卷烟加工过程中，叶丝结构是一项重要指标，与原料消耗和卷烟质量密切相关。叶丝结构反映的是叶丝长度特征及不同长度叶丝的比例，叶丝结构是影响卷烟质量的重要因素之一。

烟丝振动分选筛筛分叶丝的原理是基于不同叶丝间物理尺寸上的差异，通过不同规格尺寸筛网孔完成分离过程。存在的不足主要有三点，首先，这种筛分原理决定了其结果不能反映所有抽检叶丝样品的真实长度及其分布，叶丝均呈弯曲甚至卷曲状，因此筛分过程可以理解为仅仅是按叶丝形状之外截矩形长度的不同将叶丝划分为四类并计算每类的占比；其次，由于叶丝的形状以及运动过程中相互交织、结团、重叠等原因，筛网孔容易挂料和堵塞，并且存在过筛和漏筛现象，不该筛下来的叶丝被筛下来，而该筛下来叶丝却没被筛下来，影响筛分准确性，叶丝没有达到预想的筛分要求；另外，从统计结果来看，抛开分类的准确性，由于在实际生产过程中，叶丝的分布极不均匀，最长能到100mm以上，而烟丝振动分选筛只将叶丝结构简单划分为四类，即四种长度分布，而且具体到每一根叶丝，其长度也是未知的。这将导致相关人员无法深入地研究叶丝结构与切丝设备间的联系，无法从切丝工序的上、下游工序入手进一步深入研究叶片结构与叶丝结构以及叶丝结构与卷烟质量的关系。

由于叶丝的质量直接影响到成品烟支的质量(烟支的重量、密度、空头率等重要指标)。因此，如何快速、真实、可靠的测量叶丝长度，是对切叶丝机运行状态和切丝质量进行评价，以及为研究叶丝长度与制丝质量、叶丝长度与卷接质量、叶丝长度与内在质量等课题提供基础的关键技术之一。

随着计算机技术和图像处理技术的发展，部分诸如采用平铺检测台采集图像并处理以计算叶丝形态的方法，不仅平铺受人为影响因素大，而且前期离散工作量大，且仅能适应于少量样品的检测，因此其检测速度慢、检测结 果的重复性差、工作量大。所以，目前迫切需要采用新的研究思路和方法，建立一种能够真实、可靠的测定叶丝结构的方法和装置，并以此为基础，为今后烟草加工新工艺、新技术的研究开发提供理论依据，从而引导现有烟草加工工艺技术的进一步发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动化程度高、检测速度快、结果真实可靠的智能化快速检测烟用叶丝长度及其分布的装置。

本实用新型的目的是这样实现的：包括进料机构、叶丝离散机构、快速输送机构、检测机构，所述叶丝离散机构之进料口设置于进料机构之出料端的下方，所述快速输送机构之进料端设置于叶丝离散机构之出料口的下方，所述叶丝离散机构用于分散进料后烟用叶丝，所述进料机构进料速度小于快速输送机构的送料速度，所述检测机构包括图像获取单元、背景光源、照明光源、图像处理单元、出料口，所述快速输送机构之出料端延伸至检测机构之出料口上方，所述背景光源设置于快速输送机构之出料端延长线的下方，所述图像获取单元设置于与背景光源相对的上方，所述照明光源设置于快速输送机构之出料端延长线的上方且位于图像获取单元的一侧或两侧，所述图像处理单元与图像获取单元信号连接以检测烟用叶丝长度及其分布。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1)、叶丝通过进料机构自动送料并经叶丝离散机构离散后送至检测机构，叶丝离散过程自动完成，不仅工作量小，而且离散过程人工干预少，检测可连续进行，因此检测速度快且重复性和再现性更高，检测值更加真实可靠。

2)、通过图像自动获取和计算机图像处理技术，以图像处理单元快速、 准确获得检测叶丝在不同长度区段的长度分布，与传统振动分选筛检测相比不仅检测效率更高，而且更加准确和可靠。

3)、通过本实用新型不仅可以快速准确的获得叶丝任意长度区间分布数据进而改善切丝质量和设备加工能力，更重要的是可以为研究叶丝长度与制丝质量、叶丝长度与卷接质量、叶丝长度与内在质量等课题提供可靠和大量的实验数据，也为将叶丝结构作为判定叶丝内在品质的标准提供数据支撑。

因此，本实用新型具有自动化程度高、检测速度快、结果真实可靠的特点。

附图说明

图1为本实用新型的典型结构原理示意图；

图2为本实用新型的二值化图像示例图；

图中：1-进料机构，2-叶丝离散机构，21-风分室，22-松散针辊，23-高压静电发生器，24-静电感应棒，25-静电输送带，26-毛刷，27-风机，28-风门，3-快速输送机构，4-检测机构，41-图像获取单元，42-背景光源，43-照明光源，44-图像处理单元，45-出料口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均属于本实用新型的保护范围。

如图1和2所示，本实用新型包括进料机构1、叶丝离散机构2、快速输送机构3、检测机构4，所述叶丝离散机构2之进料口设置于进料机构1之出料端的下方，所述快速输送机构3之进料端设置于叶丝离散机构2之出料 口的下方，所述叶丝离散机构2用于分散进料后烟用叶丝，所述进料机构1进料速度小于快速输送机构3的送料速度，所述检测机构4包括图像获取单元41、背景光源42、照明光源43、图像处理单元44、出料口45，所述快速输送机构3之出料端延伸至检测机构4之出料口45上方，所述背景光源42设置于快速输送机构3之出料端延长线的下方，所述图像获取单元41设置于与背景光源42相对的上方，所述照明光源43设置于快速输送机构3之出料端延长线的上方且位于图像获取单元41的一侧或两侧，所述图像处理单元44与图像获取单元41信号连接以检测烟用叶丝长度及其分布。

所述进料机构1为低速皮带机且输送速度为0.005～0.1m/s。

所述低速皮带机为变频调速皮带机。

所述叶丝离散机构2为静电风分器，所述静电风分器包括风分室21、松散针辊22、高压静电发生器23、静电感应棒24、静电输送带25、毛刷26、风机27和风门28，所述风分室21呈“y”形结构，所述进料机构1之出料端延伸进入风分室21内一侧的上部，所述风分室21内的进料机构1之出料端上部设置有松散针辊22，所述风分室21内另一侧固定设置有高压静电发生器23及其与之连接的静电感应棒24以及静电输送带25，所述静电感应棒24与静电输送带25的非承载面接触，所述静电输送带25的出料端设置有与之接触的毛刷26，所述风分室21下部设置有风门28以及与之固定连接的风机27。

所述静电输送带25向上倾斜设置于风分室21内另一侧的上部且其出料端延伸出风分室21，所述毛刷26设置于风分室21外部并与静电输送带25之延伸出风分室21的出料端接触。

所述静电输送带25为PVC或橡胶输送带，所述毛刷26为碳纤维或金属纤维静电毛刷，所述风门28为重力式风门。

所述快速输送机构3为输送速度2～5m/s的高速皮带机。

所述照明光源43之光路与图像获取单元41之成像方向呈30～45°倾角并聚光在快速输送机构3物料面的扫描线上。

所述快速输送机构3之转动轴设置有编码器，所述图像处理单元44与快速输送机构3之编码器信号连接。

所述快速输送机构3为变频调速，所述图像处理单元44与快速输送机构3之变频器信号连接。

所述图像获取单元41为大阵列线阵CCD。

所述背景光源42和/或照明光源43为LED阵列光源。

所述图像处理单元44采用二值化图像处理后统计每根叶丝的投影面积，利用烟丝的投影面积除以烟丝的固定宽度得到叶丝的长度，然后统计二值化处理后所有检测叶丝的面积之和作为总投影面积A₀，将统计二值化处理后不同长度区间的叶丝投影总面积A_n，下标n理论取值范围[1，∞)，最后不同长度区间的叶丝质量百分比P_n为P_n＝A_n/A₀。

所述二值化处理后将二值化图像中像素数小于特定数量的图像区域视为杂质进行去除，然后采用“破裂法”去除因叶丝结构不规则造成图像产生的毛刺和寄生部分，才统计每根叶丝的投影面积。

所述“破裂法”去除图形毛刺中破裂点是一个三阶矩阵，矩阵中心点(2，2)不为零，9个元素中不为零的个数为4。将破裂点去除后，比较3段像素的长度，去除最短的一段，然后将去除的破裂点恢复到图像中，最后留下一条与叶丝走向一致的连续单像素无毛刺图像。

本实用新型工作原理：

本实用新型通过进料机构和叶丝离散机构的配合使叶丝自动化、可连续性的离散，既减少了传统叶丝离散的工作量，而且离散过程人工干预少，检测可连续进行，因此检测速度快且重复性和再现性更高，检测值更加真实可靠。此外，本实用新型采用快速输送机构使离散后的待检测叶丝尽可能相互 分离，通过照明光源和背景光源配合图像获取单元自动获取快速输送机构输送的叶丝图像，获取的图像信号经图像处理单元处理，本实用新型假设叶丝面密度均匀，叶丝宽度固定，获得各叶丝的长度和统计出不同长度区间的叶丝质量百分比，从而为改善切丝质量和设备加工能力，以及为研究叶丝长度与制丝质量、叶丝长度与卷接质量、叶丝长度与内在质量等课题提供可靠和大量的实验数据，也为将叶丝结构作为判定叶丝内在品质的标准提供数据支撑。进一步将进料机构设为低速皮带机且输送速度为0.005～0.1m/s，而快速输送机构的输送速度设为2～5m/s，从而既能在充分保证待测叶丝的离散和检测前尽量相互分离而提高检测的准确性的情况下，又能提高检测的效率。更进一步采用“y”形结构风分室和静电输送带的叶丝离散机构，在简化传统叶丝风分机构结构的同时，配合静电输送带结构以提高叶丝离散的效果，为后续叶丝检测的准确性打下良好基础。进一步将照明光源之光路与图像获取单元之成像方向呈30～45°倾角并聚光在物料面的扫描线上，能够充分提高立体叶丝图像的获取清晰度。综上所述，本实用新型通过叶丝离散后用图像处理技术，以真实、准确的获取叶丝长度和分布，具有自动化程度高、检测速度快、结果真实可靠的特点

工作方法如下：

1、将1000±100g叶丝样品平铺于低速皮带机的皮带上，启动低速皮带机以0.005～0.1的输送速度将叶丝送入风分室21，叶丝样品通过低速皮带机和松散针辊22的共同作用以均匀松散的姿态下落至风分室21，借助风机27产生的气流呈向上悬浮状态，通过高压静电发生器23和静电感应棒24使静电输送带25感应上静电，悬浮的叶丝不断靠近静电输送带25，由于静电感应现象被吸附在静电输送带25上逐渐离开风分室21，叶丝随着静电输送带25上行至尾部，在毛刷26的作用下自由飘落至输送速度设为2～5m/s的快速输送机构3的输送带上，最终使叶丝在带面上呈现完全离散化状态输送至 检测机构4；

2、进入检测机构4的叶丝经快速输送机构3的输送带输送通过图像获取单元41下方时，通过背景光源42以及与图像获取单元41之成像方向呈30～45°倾角并聚光在物料面的扫描线上的照明光源43辅助，图像获取单元41获取叶丝的投影原始图像并传输给图像处理单元44；

3、图像处理单元44获取投影原始图像后，按以下分步骤处理：

3.1、将采集的叶丝原始图像进行二值化处理得到二值化图像；

3.2、对二值化图像后的每一帧图像上的叶丝进行1至N编号；

3.3、统计每一根标记后的叶丝的投影面积，假设叶丝宽度固定，利用烟丝的投影面积除以烟丝的固定宽度得到叶丝的长度；

3.4、统计二值化处理后所有检测叶丝的面积之和作为总投影面积A₀；

3.5、统计二值化处理后不同长度区间的叶丝投影总面积A_n，下标n取值范围[1，∞)；

3.6、本实用新型假设叶丝面密度均匀，用面积百分比代替质量百分比，因此不同长度区间的叶丝质量百分比Pn为P_n＝A_n/A₀。