光谱除杂系统

光谱除杂系统

一、光谱除杂系统的设计、制作

及工艺方案

导读：

1、光谱除杂系统的设计。介绍了光谱除杂系统的工作原理及设备组成。对进料

输送机、视频柜、气流回收柜、电控柜、冷却系统的概况进行了介绍。2、光谱除杂系统的制作和工艺方案。介绍北京长征高科技公司对该设备的机械

和电气制作、生产工艺组织、工艺加工精度保证等方面的具体措施。

1、光谱除杂系统的设计

北京长征高科技公司是国有科技型企业，隶属于中国运载火箭研究院，依托强大的技术科研实力，是国内率先开展光谱除杂系统研究的单位之一。经过多年潜心研究，突破了数项关键技术，于2004年推出了第四代光谱除杂系统，通过长期运行测试，各项性能指标达到或超过进口产品，获得了烟厂的良好评价。在10余家烟草企业安装了18台各种型号的光谱除杂系统。

北京长征高科技公司获得国家烟草专卖局的批文，能够生产销售光谱除杂系统。

2006年7月，北京长征高科技公司、龙岩卷烟厂共同立项：新型烟梗异物剔除设备，并且通过了专家组的严格评审，列入了国家烟草专卖局2006年烟草机械科学研究与技术开发项目的计划，样机已制作完成准备在贵州省试用。

光谱除杂系统原理

光谱除杂系统采用机器视觉原理，通过4台高速线阵彩色CCD摄像机（呈2上2下分布）抓捕烟叶动态图像，形成烟叶数字图像流，内置于FPGA图像处理卡的算法，根据先验条件，对烟叶数字图像流进行分析，从颜色、形状和纹理三方面进行判断，识别烟叶中的杂物，并标定杂物在电磁阀剔除阵列中的坐标位置，控制高速先导电磁阀在线剔除杂物。从而完成整个检测剔除流程。

设备工作流程详细介绍如下：

烟叶流通过振槽、摊薄机等辅联设备，在宽度方向上，加宽至1800毫米，并把烟叶运行速度提高到3米/秒，从而形成烟叶薄层，将杂物从烟叶中显露出来，使异物不上下夹杂

在烟叶中间，以利于图像设备检测。

输送机将烟叶薄层进一步加速到5米/秒的速度。烟叶薄层通过视频柜时，线阵高速彩

色CCD 相机摄取烟叶图像，送入数字图像处理单元。数字图像处理单元采用FPGA 技术，

内置的22个CPU 内核，构成流水线处理方式，能实时处理海量图像数据，经过北京长征高

科技公司研制的专有图像算法，从颜色、形状、纹理三方面入手，识别出异物，并计算出异

物的相对坐标。控制相应坐标高速气动电磁阀，将异物剔除。合格烟叶则进入下一工序。

该装置可识别的颜色种类为=⨯⨯88822216,777,216（解析成三原色）。最小尺寸分辨

率为1820毫米/4096=0.44毫米。

系统原理图：

① ② ③ ④

传送带偏移位置 ⑤

数字图像处理单元 数字图像采集卡、FPGA 分布式硬件处理中心 人机图形界面（HMI ）

传送带

照明装置 烟叶 杂物

气动电磁阀 192只 CCD 相机2台 CCD 相机2台

①、烟叶颜色；②、烟叶形状及尺寸；③、机器参数；④、实时烟叶图像；⑤、高速气动电磁阀动作命令

图1 系统原理图

采用的CCD为数字式线阵彩色CCD，数量为4台，呈2上2下分布。区别于通常用的面阵CCD。数字式线阵CCD的图像扫描输出是2048个像素的一条线，当物体在CCD下不停地移动时，这些线就组合为一个面，而是延绵不断的一个面。采用线阵CCD的好处是，它的扫描频率很高，达11KHz（即每秒钟11000条扫描线），可以满足系统高速反应的要求；并且，像素分辨率高，单面2台CCD的分辨率为4096像素。2台数字式线阵CCD安装在烟叶的上方，2台数字式线阵CCD安装在烟叶的下方。通常用的面阵CCD的输出是符合PAL/NTSC制式的模拟电视信号，扫描频率为25/30Hz，扫描线多为760线左右。

192个电磁阀分布在1820mm的宽度上，电磁阀紧密无缝排列，电磁阀气孔的中心距为9.6mm。电磁阀的响应时间为5ms左右（气流量达到额定流量的90%，每只电磁阀的时间还要进行总匹配）。

通过提取异物特征，计算异物与烟叶的匹配度，从而识别、剔除异物。在计算机软件界面上，调整匹配度阈值，就可加大或减小识别精度。用户可根据烟叶品种、等级、产地等诸多因素，自主确定相应的识别精度。

设备结构

北京长征高科技公司的FT475/6光谱除杂系统由4个主要部件组成，进料输送机、视频柜、空气回收箱、电控柜，外配水冷系统。这4个组件协调工作，对烟叶中的异物进行识别、分拣、剔除。接触烟叶部分用不锈钢制造，满足食品行业的标准要求。该装置易于清洁、保养。

进料输送机全部由不锈钢制造。特制的高速皮带配合自动调校轨道系统，保证皮带在5米/秒的速度下平稳运行。进料输送机用于烟叶整理，将烟叶平铺在1820毫米宽度的高速皮带（5米/秒）上，并采用同步上压气流保证烟叶薄层稳定。同步气流（速度5米/秒）和高速皮带同速运行，将烟叶夹在其中，使得烟叶不会翻卷。高速运行的皮带可以使烟叶在输送途中尽量散开，令烟叶处于最佳的待检测状态，异物不会夹杂在上下烟叶之间，烟叶平稳运行。

本机由不锈钢制造。特制的高速皮带配合自动调校轨道系统，保证皮带在5米/秒的速度

下平稳运行，自动进行纠偏。高速运行的皮带可以使烟叶在输送途中尽量均匀散开，令烟叶

处于最佳的待检测状态，异物不会夹杂在上下烟叶之间。

主机输送机皮带: 荷兰DERCO 公司，MODEL:2RMA3-1PU 。是食品级别的高速皮带，

广泛用于烟厂、食品厂。

传动电机及减速机：采用德国SEW 公司的DM112M4 MUG:B6 TB:2。

轴承和轴承座采用SKF 产品。

皮带辊：北京长征高科技公司军品车间生产。

图2 现场实物图 视频柜 安装了4台彩色线阵CCD 摄像机（1677万余种颜色分辨）、LED 照明系统（免

维护、寿命长达三年，同时质保三年）、全彩可编程LED 背景色、分布式FPGA 图像处理

中心、192个MAC 高速气动电磁阀、水/气热交换冷却系统、气压控制系统、电磁阀自动检

测系统。

进料输送机

视频柜

气流回收柜