基于激光分拣技术的烟草异物剔除系统
烟草碎片异物复合分拣技术研究与应用
烟草碎片异物复合分拣技术研究与应用摘要：目前，国内外复烤企业针对烟草异物的控制研究开发了很多相应的技术，如风选除杂技术、光谱除杂技术、激光除杂技术、气流式烟叶输送技术、金属探测仪等。
打叶复烤作为烟叶生产的第一道环节，对烟草异物的控制起到至关重要的作用。
湖南烟叶复烤有限公司郴州复烤厂从打叶复烤企业出发，为减少烟草杂物，提高复烤片烟纯净度，就烟草碎片异物的识别与剔除给出了一种全新的思路和方法，该方法使打叶复烤过程中，在烟草碎片异物的挑选质量和剔除效率上都有明显的提升。
关键词：打叶复烤；烟草碎片异物；复合分拣当前，烟草行业对非烟杂物的控制也越来越重视。
加强对非烟杂物的控制，已成为行业对原料加工的重点控制指标。
打叶复烤作为卷烟生产的第一道环节，是剔除烟草杂物的首要关口，把好这道关是确保“原料保障上水平”的重要保障，它将直接关系到卷烟产品质量的稳定。
在上述烟草异物控制技术中，每种技术都是单独使用在某个工艺环节中，其优势和弱点也非常明显。
例如，风选除杂工艺，能够对烟叶进行大流量的分拣，但是其分拣的精度不足；而光电除杂工艺，能够精确地剔除杂物，但是要求烟叶摊薄的效果要很好；激光除杂技术对烟叶流量要求更高，一般不能超过6000Kg/h。
但在目前，这些除杂技术都是单独在使用。
烟草异物剔除是烟草生产过程中的重要内容。
1 复烤烟草碎片除杂的现状本文以开展烟草碎片异物复合分拣技术的研究，将风选除杂工艺与光电除杂工艺相结合，弥补彼此的弱点，从而提高打叶复烤生产过程中对烟草碎片异物的挑选效率和质量。
2 烟草碎片除杂的技术分析烟草碎片异物分拣技术主要包含异物分选和异物除杂两个关键阶段。
因此在工艺流程设计上，应该首先考虑如何有效进行烟叶碎片分离，再通过烟叶流的逐级加速摊薄去检测杂物，最后再设计有效的除杂机构，对非烟物质进行精准剔除。
分选工艺的技术研究利用悬浮原理，改进现有的异物风分工艺，实现更加有效地物料与碎叶、轻质杂物的分离。
基于自动除尘系统的烟草异物智能剔除系统的研究
信息化工业科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald6烟叶复烤企业是卷烟整个生产工艺流程的基础所在，复烤企业专门生产烟叶原材料，然后给卷烟企业进行深加工成为卷烟。
随着对卷烟食品级生产工艺的要求，对复烤企业要求也很严格。
烟草异物智能剔除系统是专门提升烟叶生产线工艺水准的系统，该系统可在线实时监测烟草中的杂物，并进行剔除。
同时为了能更好的提升监测效果，烟草异物智能剔除系统本身也有自动除尘系统，从而能更好的提升复烤企业的工艺生产水准。
1 烟草异物智能剔除系统与自动除尘系统简介1.1 烟草异物智能剔除系统烟草异物智能剔除系统是专门用于复烤企业进行烟草生产中在线实时检测烟草中杂物的系统，该系统包含机械辅助设备、电控系统、图像检测系统、剔除执行机构、自动除尘系统等系统构成，系统通过实时检测在线烟草，通过实时图像软件分析，判断杂物种类和位置，通过剔除系统将杂物剔除。
烟草经过振槽系统、摊薄系统、高速皮带系统高速均匀通过烟草图像采集区，烟草实时图像通过总线上传给电脑软件处理，软件经过图像颜色分析对比后，辨识相应的杂物区域，通过总线开启相应的气阀将杂物剔除，而正常的烟草顺利汇总生产线。
图1是烟草异物智能剔除系统效果图。
1.2 自动除尘系统烟草异物智能系统是专门用于检测烟草中杂物的系统，该系统本身也有检测精度要求，这就要求其本身有专门的除尘系统。
为了提升检测效果，系统中有检测玻璃自动除尘系统、相机镜头自动除尘系统、除尘网罩自动除尘系统。
通过这些自动除尘系统，能在系统运行中自动清理灰尘，提升检测效果，提升烟草生产的工艺水平。
如图2自动除尘系统实物图所示。
①作者简介：许成(1974,8—)，男，贵州贵阳人，本科，工程师，目前从事打叶复烤工艺及设备研究和管理工作。
DOI：10.16660/ k i.1674-098X.2016.09.006基于自动除尘系统的烟草异物智能剔除系统的研究①许成1 付航1 李果1 朱云霞2 袁兴2 闻平2(1.贵州烟叶复烤有限责任公司 贵州贵阳 550005；2.南京大树智能科技股份有限公司 江苏南京 211122）摘 要：烟叶复烤企业是烟草整个生产工艺中的基础，它是卷烟制造工艺的原材料关键所在。
基于机器视觉技术的智能烟草异物剔除系统
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应 用
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测 试 得 到 各 电 磁 阀 的 反 应 时 间 ，再 为 各 电 磁 阀对 应 的延 时
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用 技 术
基于机器视觉技术的智能烟草异物剔除系统
唐向 阳 ’ ，张 鹤 松 ，张 勇 ‘ ，杨 春 ， 丁 锐。 ，杨 松
基于机器视觉的烟叶异物剔除系统设计
应用 技 术
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基 于机器视觉 的烟 叶异 物剔除 系统设计
宋 艳丽 ｚ
（ ． 州轻 工业 学院食 品食 品与 生物工 程 学院 河南 郑 州 １郑 ４ ０ ０ ： ２ 红塔 烟草 （ ５ ０ ２ ． 集团） 限责 任公 司 云南 玉溪 有 ６３ ０ ） ５ １ ０
［ 摘 要 ］ 文源于 卷烟 制造 企业 制丝 生产 线 的系统 改造 项 目中 的一个 子项 目， 本 开展 机器 视觉 技术 在烟 草制 丝设 备控 制 系统 中的设 计和 应用 研究 。经 过近 两 年 的生 产运行 表 明， 异物 剔除 系统稳 定 、可靠 。发挥 了机 器视 觉技术 的优 势， 高 了制 丝 生产 的质量， 到 了预先 设定 的 目的。本 文工作 对其 他 同类 制 丝设 该 提 达
～
传统 的烟叶异 物剔 除完全 由人 眼检 测， 而长 时 间工作 会使 人眼产 生视 觉疲 劳， 难 以避免产 品错检 、漏 检情况 的 出现 基 于机 器视觉 开 发的检 测系统 使得 在 产品质 量的检测过 程中用 机器代 替人眼 来做测 量和判 断， 降低 了人为 因素对产 品质 量 的 影响 ， 在提 高 卷 烟 内在 质 量 的技 改 方面 满 足 了 企业 的 需求 “】 。 ２烟用 异物 驯除 系统 的设 计方 案 ２ １ 系统 的总体 开发方 案 ． 系统 采用 线性 光源 以产 生照 明能 量集 中 、光强 分布均 匀 的一条 光 带 ： 采 用多个 相机对通 过输 送带 的需要 检测 的烟 叶进 行拍照 ， 以保 证检测 的全 面性 ： 采用 外触发模 式使 各个 面 的图像分 通道进入 图像采 集单元 过处理 单元对 各 经 通道 的 图像进 行复 杂的表面 检测运算 ， 如果 发现任何 一个通道 的 图像存在色 差 质量 缺 陷， 则对下位 机给 出控 制信 号， 使执 行单元 在异物 通过 时将其剔 除 ： 系统 显 示器 实时显 示各通 道 图像及 其检 测 结果， 并给 出缺 陷的 分析结 果 。 在烟草 杂物 剔 除系统 中， 采用 的 处理方 式是 基于 Ｐ ｃ机 的检测 处理 系 统 。 开发 时需要 综合 考虑 系统 与相机 、采集 卡 、外 部 Ｐ Ｃ 以及 Ｐ 本 身外设 的连 Ｌ、 ｃ 接 与通信控 制， 提供 友好 的人机 界面 和可 靠历史 记录 存储 数据库 ： 测到烟 叶 检 中的异物 时， 需要及 时对执 行单 元给 出剔 除信号 ， 同时执行 单元 要具 备快速 响
一种烟丝杂物自动识别与剔除装置的制作方法
一种烟丝杂物自动识别与剔除装置的制作方法一种烟丝杂物自动识别与剔除装置的制作方法介绍在烟草行业中，烟丝杂物的混入是一个常见的问题。
为了提高烟草生产的质量和效率，设计一种烟丝杂物自动识别与剔除装置非常重要。
本文将详细介绍一种制作这种装置的方法。
杂物识别方法•光学识别法：通过光学传感器识别杂物的颜色、形状和尺寸等特征，从而实现杂物的自动剔除。
–利用线阵CCD传感器对烟丝图像进行扫描，然后通过图像处理算法识别杂物。
–使用激光散射传感器检测烟丝表面的反射光强，判断是否存在杂物。
•X射线检测法：利用X射线传感器检测烟丝内部的密度差异，从而识别杂物。
–通过X射线源照射烟丝，接收反射的X射线并进行图像重建，然后使用图像处理算法识别杂物。
•电磁感应法：利用电磁感应传感器监测烟丝中的电导率和磁导率等特征，用于识别杂物。
–在烟丝运输通道中设置电磁感应传感器，通过测量传感器的电磁信号变化判断是否存在杂物。
杂物剔除方法•气流剔除法：利用气流在烟丝中的作用，将杂物吹离烟丝。
–在烟丝流动通道中设置气流喷射装置，通过调节气流和喷射位置将杂物从烟丝中剔除。
•机械剔除法：利用机械装置将杂物从烟丝中分离出来。
–设计一个具有旋转刷子或振动网格的装置，通过机械摩擦将杂物从烟丝中剔除。
•真空吸附剔除法：利用真空吸附力将杂物吸附起来后再剔除。
–在烟丝流动通道中设置真空吸附装置，通过调节吸附力将杂物吸附起来，然后将其剔除。
制作方法1.按照上述杂物识别方法和杂物剔除方法选择适合的传感器和剔除装置。
2.设计并制作烟丝流动通道，可以使用金属或塑料材料制作，确保通道内光滑且无死角。
3.安装选定的传感器和剔除装置在烟丝流动通道内合适的位置。
4.连接传感器和剔除装置到主控制系统，确保它们能够正常工作。
5.设置合适的参数或算法，以便传感器能够准确识别烟丝杂物。
6.对整个装置进行测试和调试，根据实际情况进行优化和改进。
7.确保装置的安全性和稳定性，可以加装防护装置和报警系统等措施。
基于机器视觉的烟叶异物剔除系统设计
基于机器视觉的烟叶异物剔除系统设计发布时间：2021-08-13T11:39:34.947Z 来源：《科学与技术》2021年11期作者：李继阳杨文慧王翼[导读] 所谓烟草异物的识别系统属于自动化设备，能够将烟草当中存在的异物剔除，应用该李继阳杨文慧王翼河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心河南郑州 450000摘要：所谓烟草异物的识别系统属于自动化设备，能够将烟草当中存在的异物剔除，应用该系统能够有效将生产过程自动化程度提升，提高烟草品质。
从机器视觉角度出发，完成异物识别系统的设计，对于优化系统性能优化具有重要影响。
下文对于机器视觉系统简要分析，并结合烟草异物剔除系统应用需求，对于其设计思路进行分析，以期改善系统性能。
关键词：机器视觉；烟叶；异物排除；系统设计引言：烟草企业为了保证产品品质，通常会利用异物剔除系统，将烟叶原料当中的各类杂物剔除，防止异物对于烟草生产和加工造成影响。
为了适应烟草生产设备自动化运行需求，可以利用机械视觉系统完成异物的筛选和剔除相关工作，以提高烟草企业的市场竞争力。
一、机器视觉系统概述机器视觉系统是外界环境为系统学习所提供训练数据或者信息，机器可以利用对应算法展开学习，在此期间还可能从环境当中获得更多训练数据，在学习之后能够根据规则库、神经网络和表达式等算法表示出来，系统还拥有执行部分，根据识别数据的处理结果展开对应操作，还能向学习部分反馈结果，以便后续系统性能的优化[1]。
二、基于机器视觉的烟叶异物剔除系统设计（一）异物剔除系统组成烟草的异物剔除系统组成部分共有4个：第一，输送系统，负责烟叶的输送，烟叶处于输送状态时，应该尽可能散开运送。
这样，异物就难以在上下烟叶之间存留，让烟叶始终保持良好的状态，以便检测。
利用机械振动，使用摊薄机将烟叶摊平，这样异物可以从其中露出，在传送带的应用之下，将烟叶传送到检测位置，传送速度控制在5~7m/s之间即可，将烟叶摊薄有助于后续检测的进行，能够达到系统对于异物剔除精度要求。
基于微波检测的烟支异物在线剔除系统设计
Hale Waihona Puke 、系 统 组 成
基于微波检测 的烟支异物在线剔除系统 由微波探
测头、信号处理及控 制电路、实 时速度检测装置、 同 步剔 除装 置 、数据采 集和 处理计 算机 等几 个部分 组 成 。微波探测头对 所有烟支进行检测 ，并将检测结果
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现有卷烟机微波检测探头基础上，进行 软、硬件 的升 级，在保证微 波检测探头原有烟支密度 和水分含量检
测 功 能 不 变 的情 况 下 ，可 以增 加 烟 支 内异 物 在 线 检测 功 能 。该 系 统 已 成 功 用 于 我 公 司 生产 制 造 的 Ｚ １ Ａ Ｊ ９ 卷
物在线剔除系统流程 图如 图１ 所示 ：
丝中的非铁 磁性异物可利用红外线 、 或 Ｙ射线 以及
视觉 检测的方法检测剔 除。但红外线检测方法受烟草 物 理特 性 （ 如纤维 的长度 、颜色 ）的影响 ；产生 或
ｙ 线的放射源会影 响操作人员 的健康 ；而视觉检测 射
只能检测在 烟丝表 面的杂物 ，对混入在烟丝 内部或烟 支 内的杂物 则无法检测 。微波检测方法不仅克服 了以 上缺 点 ，而且对 各种 金属 异物或 非金 属异 物 （ 如金 属丝 、木 材 、塑料 、橡胶 、玻璃 及石 块等 ）都有 较
异物 。
不含异物和含有异物 的正常烟条通过微波检测传
烟草异物智能剔除系统概述
烟草异物智能剔除系统概述昆明卷烟厂生产一部二车间杨开永烟叶原料在生产、搜集、包装进程中，由于人员，包装材料等原因，不可避免会混入金属、纸屑、布片、塑料及麻丝等杂物。
在大流量生产线上虽然普遍采用精选台的方式进行挑选，但劳动强度大、人工本钱髙、剔除率低。
国家标准规定烟草杂物不得超过％,可是随着行业的不断进展和打造中式特色烤烟的提出,作为影响烟草质量的烟叶纯净度的重要性也就愈来愈突出，也就对烟草加工企业对杂物控制提出来更髙的要求，这就要求生产企业利用髙效靠得住的自动化设备来去除烟草中可能混杂的影响卷烟质量的各类异物，如麻绳、农用塑料薄膜、金属物、纸片、霉变烟叶等。
针对轻质杂物的物理特性，安装风选除杂设备并编制风选除杂工艺，通过风力浮选的原理将轻质细微的杂物及部份轻质杂物从总线中分离出来再集中进行处置,能明显提高了对轻质细微杂物的剔除率。
而对于烟叶中的金属杂物，则可通过安装金属探测器，并在落料仓，出机口等处安装磁性材料作为辅助的方式，对金属杂物加以剔除。
可是，对于霉变烟，潮红烟及其他密度与烟叶类似的非金属非轻质异物，在传统生产中只能采用人工方式在生产线入口处进行分拣, 如此去除效果受人为因素影响就专门大，也就很难保证烟草中异物的全数去除。
为此，将实用机械视觉技术的烟草异物剔除系统引入打叶复烤生产线中，将进一步提高企业打叶复烤车队除杂能力与除杂效率。
烟草异物智能剔除系统是为了去除烟草中的非金属异物而开发的专用的光机电气一体化设备，它采用了先进的运算机技术、实时数字图像处置技术、---------物科输辭模式识别技术、人---------工智能技术和先进靠得住的机械软件结构技术。
在国外发达国家的烟草企业里，烟草异物剔除系统已经成为其制丝和打叶复烤生产线上一种不可缺少的重要设备。
在国内，也已有少数卷烟厂引进了这种异物剔除设备。
它对提高产品质量，利用效果十分明显。
以江苏大树科技的烟草异物智能剔除系统为例。
该系统安装于打叶风分以后，复烤进机前。
烟丝异物识别剔除装置的研制
烟丝异物识别剔除装置的研制作者：朱建新韩明赵淑华韩慧丹来源：《卷宗》2020年第16期摘要：针对成品烟丝中含有杂物的问题，设计了一种烟丝异物识别剔除装置，有效提高卷烟产品质量并解决了金属杂物损坏卷接包设备问题。
关键词：烟丝异物识别剔除装置;卷烟产品质量成品烟丝中含有异物若无法及时剔除，一方面，将对成品卷烟的吸味等产品质量产生重大影响，另一方面，若为金属异物，将直接对卷接包设备造成损伤，目前行业内所使用的剔除设备还存在一定弊端，尚不能达到精准剔除杂物的要求。
1 存在问题目前，制丝车间烟丝异物剔除多采用激光除杂和CCD摄像烟草异物剔除系统[1-2]，其中激光除杂光路复杂且易被干扰，而CCD摄像烟草异物剔除系统只能对烟丝层表面异物进行剔除，内部异物被错失造成烟丝异物剔除不彻底。
所以，急需寻找一种高效、杂物剔除效果良好且无损烟丝质量的检测剔除方法。
2 改进措施2.1 烟丝异物识别剔除装置总体结构烟丝异物识别剔除装置主要由烟丝输送带、X射线成像及异物剔除部分组成[3]。
其中烟丝输送带的功能是将烟丝柜的烟丝输送至X射线成像位置;X射线成像利用X射线照射烟丝，将接受到的信号进行处理，转化为0～255之间的灰度数据，绘制灰度图进行图像处理识别杂物;异物剔除部分是当异物到达当前位置时，喷吹系统将杂物吹至杂物盒内。
2.2 烟丝异物识别装置烟丝异物识别装置结构如图1所示，主要由支架、零点推杆、水循环系统、调平结构、X 光源、X光机、通讯盒、探测器点阵组成。
支架即起支撑作用，支撑整个装置，保证装置的稳定性;零点推杆用于系统归一标定;调平结构调节X射线发射方向使X射线能被探测器点阵准确接收;X光源即装置的信号源，发射X射线;X光机控制X光源的发射;通讯盒即将采集的信号数据传输到PC机;探測器点阵实现A/D转换等信号处理功能。
当烟丝异物识别装置开始工作时，首先零点推杆进行归一标定，其中推杆出端推动铝板挡住X射线，推杆回端归位铝板使X射线射出。
基于红外线探测技术的透明烟草生产线异物去除系统设计
灰度值ꎮ 基于多特征融合的特征检测方法ꎬ建立透明烟草生
重组和空间的信息分析ꎻη 表示透明烟草生产线异物特征
产线异物红外特征采样ꎬ得到每个块的梯度直方图为
∧
ｍ ＝ ｎ ｐｑ ＋Ｗ ｉꎬｊ
分布集ꎮ
其次ꎬ结合红外检测技术进行含有异物的生产线序列
红外图像分析 [６] ꎬ透明烟草生产线异物的红外图像特征
集合描述为
烟条的全部时间为约束时间ꎬ采集进入匀速输送带采用点
阵 ＣＣＤ 摄像机摄取烟叶的实时图像ꎬ即采集透明烟草生
第一作者简介:孔令虎(１９７７—) ꎬ男ꎬ湖北枝江人ꎬ助理工程师ꎬ本科ꎬ研究方向为卷烟生产ꎮ
１５４
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信息技术
孔令虎ꎬ等基于红外线探测技术的透明烟草生产线异物去除系统设计
草生产线异物去除系统设计方法的研究受到人们的极大
重视 [２] ꎮ 对透明烟草生产线异物去除设计是通过图像特
征分析实现的ꎬ传统方法对透明烟草生产线异物去除主要
有激光分拣技术、ＥＣＯ 跟踪算法等 [３] ꎬ但采用传统方法进
方面的优越性能ꎮ
１ 透明烟草生产线异物红外图像采
集及预处理
１.１ 透明烟草生产线异物红外图像采集
+7%
建立异物去除的多维像素特征解析参数分析ꎬ利用颜色矩
特征检测结果 [１０] ꎬ得到透明烟草生产线异物红外图像降
噪预处理输出为
∧
Ｅ ｉｎｔ( ｖｉ) ＝ ｆ ( ｘꎬｙ) ＋ρ( ｔ)
产线异物分布的空间谱特征
量ꎻＥ ｉｎｔ( ｖｉ) 表示透明烟草生产线异物的多尺度变换参数ꎮ
根据上述分析ꎬ构建透明烟草生产线异物特征辨识ꎬ提高
垂直风送片烟多光谱异物剔除系统的设计
垂直风送片烟多光谱异物剔除系统的设计马亚;杨白凡;杭建军【期刊名称】《烟草科技》【年(卷),期】2015(000)008【摘要】为解决传统带式烟草异物剔除装置无法有效剔除重质杂物等问题，基于风选和光谱分选原理，设计了一种垂直风送片烟异物剔除系统。
该系统主要由进料振槽、重物风分室、垂直风送管道、光谱检测剔除单元、料气分离装置等部分组成，采用可见光及近红外多光谱图像处理对非烟类杂物和青杂烟进行识别；设计的气流平衡开放式检测通道，提高了片烟成像清晰度；对片烟光谱特征进行分类建模，基于令牌桶的剔除保护算法，实现重质和轻质杂物分类剔除。
以“黄果树(软02)”配方片烟为测试对象，均匀掺入轻质和重质杂物标靶共计150个，用于验证系统的分选性能和杂物剔除率。
结果表明：①系统风力输送对片烟含水率、大中片率、碎片率和碎末率基本无影响。
②系统对重质杂物的剔除率大于96%，轻质杂物的剔除率大于85%，总剔除率达到89%。
③开放式检测通道设计降低了系统清洁维护使用要求。
系统实现了风选和光谱除杂二合一的工艺功能，提高了非烟类杂物的剔除率。
【总页数】6页(P76-81)【作者】马亚;杨白凡;杭建军【作者单位】贵州中烟工业有限责任公司贵定卷烟厂，贵州省贵定县庆云路1号551300;恒森烟草机械有限公司，江苏省徐州市杨山路99号 221000;南京图治自动化科技有限公司，南京市秦淮区仓巷137号 210004【正文语种】中文【中图分类】TS432【相关文献】1.烟草异物剔除系统中典型异物处理方法 [J], 张绍堂;董德春;任友俊;戴普明;孔德剑2.烟草在线异物剔除系统设计与实验研究 [J], 陈文涛;钟先信;李志敏;刘军;陈杰3.基于微波检测的烟支异物在线剔除系统设计 [J], 叶松涛4.烟草异物剔除系统的方案设计 [J], 刘慈阳;郑黔;汤欣5.烟草异物剔除系统的光源特性及其对剔除性能的影响 [J], 马亚;杭建军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于网络通信和图像处理的烟草异物剔除技术研究
承诺书
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引 用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权 的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印 件， 允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保 存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书 )
作者签名： 日 期：
基于网络通信和图像处理的烟草异物智能剔除技术研究
图表清单
图 ２．１ 烟草异物智能剔除系统设计简图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ６ 图 ３．１ 系统硬件组成框图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ９ 图 ３．２ 异物剔除过程简图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １０ 图 ３．３ 轧辊机示意图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １１ 图 ３．４ 柯拉照明原理图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １３ 图 ３．５ 线阵和面阵 ＣＣＤ 传感器工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １ ５ 图 ３．６ ＣＣＤ 安装方案图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １７ 图 ３．７ 大视场的实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １８ 图 ３．８ 数据处理与控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． １９ 图 ３．９ 剔除系统工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２０ 图 ４．１ ＣＣＤ 工作时序图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２２ 图 ４．２ 采集卡结构图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２３ 图 ４．３ 多灰度直方图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ２８ 图 ４．４ 四种不同二值图像之变换关系．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３０ 图 ４．５ 半门限化新旧图像变换关系．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３１ 图 ４．６ 图像的二值化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３３ 图 ４．７ 异物分布图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３４ 图 ４．８ 异物识别剔除流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３６ 图 ５．１ 网络的拓扑结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ３９ 图 ５．２ ＯＳＩ 与 ＴＣＰ／ＩＰ 体系结构的对比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４１ 图 ５．３ 主机 Ａ、Ｂ 与主机 Ｃ 建立的三个连接．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４２ 图 ５．４ 面向连接套接字的调用时序图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４５ 图 ５．５ 类的构造方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４６ 图 ５．６ 服务器端通信过程简图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４７ 图 ５．７ 客户端通信过程简图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ４８
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基于激光分拣技术的烟草异物剔除系统
摘要:分析比较了目前国内卷烟企业剔除烟草异物所运用的技术，详细阐述
了基于激光分拣技术异物剔除系统的原理和优点。
从实际应用效果来看，其能够
在较低误剔率的情况下对烟草物料中所含异物进行高效可靠地剔除，很好地满足
卷烟企业有效净化烟草物料的使用需求。
关键词:烟草;激光分拣技术;异物剔除系统
0引言
随着生活水平的提高，消费者对食品的安全和质量问题越来越关心，特别是
卷烟产品，作为一种直接燃吸的消费品，某些异物直接燃烧后产生的异味和有害
成分不仅影响卷烟品质，甚至会对消费者身体造成严重危害。
因此，卷烟企业对
异物剔除系统的效率和可靠性提出了更高的要求。
烟草中的异物主要有金属、麻绳、纸片、塑料薄膜、橡胶、羽毛、木头、霉变烟叶等。
2000年之前，国内绝大
多数烟草企业剔除烟草异物除了采用人工挑选的方式外，也配置机械式除杂设备，如除麻机、金探器、风选机等，但这些方式均是针对某一特定异物进行剔除，无
法做到涵盖烟草中的所有异物［1］。
随着科技进步，国内部分烟草企业从欧美
国家引进了摄像除杂机，从使用效果来看，摄像除杂技术存在当异物的颜色与烟
草相同或相似时无法识别出异物等缺点，而基于激光分拣技术的激光除杂系统则
可剔除与烟草颜色相同或相似的异物［2］。
1国内卷烟企业异物剔除主要方式
目前，应用于烟草企业异物剔除的方式主要有摄像除杂技术和激光分拣技术等。
这两种方式在检测原理上有所不同，剔除效果也各异，具有各自的优缺点，
如表1所示。
2激光除杂系统组成
激光除杂系统的组成示意图如图1所示。
该系统主要由5个部分组成
［4］:1)物料单层化处理装置;2)激光发生及扫描装置;3)物料信息采集系统;4)
实时图像处理系统;5)异物剔除系统［3］。
图1激光除杂系统的组成示意图
3激光除杂系统技术实现
当激光束照射在物质上时会发生不同的物理现象，比如选择性吸收、反散射、荧光效应等，利用这些现象可以用来对产品进行颜色分拣、结构分拣以及荧光分拣，达到识别和剔除异物的目的。
3．1颜色分拣
不同物质对不同波长单色光的反射和吸收强度是有差异的，而物质能够呈现
不同的颜色，则是其对不同波长的单色光有选择地进行吸收而产生的。
一束白光
通过某种有色物质时，特定波长的单色光被物质吸收，而其他波长的光透过或反射，这时物质呈现的颜色取决于透过或反射的混合光的颜色，如复烤后的烟叶被
白光照射时强烈吸收绿光，绿色和红色波长的光被吸收，而黄色波长的光被反射，这就是为什么烟叶对人们来说是黄色的原因［2］。
颜色分拣过程中，探测器探
测的主要是红、绿、蓝激光照射物质后物质反射或透出的光，根据接收到的光信
号强弱来识别颜色差异较大的合格产品和异物。
红色的激光照射在红色物质上后，大部分的红光被物质反射至探测器，则系统探测到一个高电平的信号;而当红色
激光照射到绿色物质上后，大部分的红光被物质吸收，探测器只能探测到较弱的
低电平信号。
绿色的激光照射在红色物质上后，大部分的绿光被物质吸收，探测
器则探测到一个较弱的低电平信号;而当绿色激光照射到绿色物质上后，大部分
的绿光被物质反射至探测器，则系统探测到一个高电平的信号。
蓝色的激光照射
在黄色物质上后，大部分的蓝光被物质吸收，探测器则探测到一个较弱的低电平
信号;而当蓝色激光照射到蓝色物质上后，大部分的蓝光被物质反射至探测器，
则系统探测到一个高电平的信号(因本刊为黑白印刷，如有疑问请咨询作者)。
通
过探测到的信号强弱，并辅以一些算法，最终剔除颜色与合格产品有差异的异物。
3．2结构分拣
结构分拣是基于被检测物料内部结构的疏密程度进行的分拣。
当红外激光照
射到物质上时，由于物质在结构上的差异会产生不同强度的散射光斑，探测器根
据探测到的散射光强度的不同从而识别出异物。
结构分拣就是利用这种原理来达
到剔除结构与合格产品有差异的异物的目的。
该技术的实现，需要在探测器前设
置滤光元件，比如透光孔、透光环等，使得合格产品和异物表面散射强度的差异
更加明显。
红外激光照射在结构疏松的物质上时，会在入射点光斑外围产生散射光晕，
这些反射光透过滤光板中间的环后到达探测器，会探测到较多的光，得到高电平
信号;而当入射光照射在结构紧密的物质上时，不易产生散射光晕，此时透过滤
光板中间的环到达探测器的光较少，得到低电平信号。
红外激光照射在结构疏松
的物质上时，入射点光斑外围的散射光晕极少能通过滤光板中间的小孔到达探测器，探测器仅探测到光斑处的小部分反射光，从而得到低电平信号;而当入射光
照射在结构紧密的物质上时，不易产生散射光晕，此时光斑处的反射光绝大部分
透过滤光板中间的小孔到达探测器，得到高电平信号。
3．3荧光分拣
常温物质被某种波长的入射光照射后，吸收光子能量进入激发态并立即被触发，辐射出比入射光波长更长的出射光(通常出射光的波长在可见光波段);而且
入射光一旦停止照射，发光现象也会立即消失，这种出射光就被称为荧光［6］。
对于绿色植物来说，部分被叶绿素吸收的光是作为荧光重发射的，这是因为吸收的光通常用于开启光合作用，而未被用于光合作用的光则会消退。
使用激光照射激发物质时，叶绿素含量不同时能够得到不同的荧光光谱。
激光照射到烟叶与异物(塑料、橡胶、羽毛等不含叶绿素物质)时，探测器能探测到烟叶发出的较强荧光而得到较强的电平信号，而异物不能发出荧光(因不含叶绿素)，所以探测器不能探测到荧光。
荧光分拣正是利用这个原理来实现对绿色植物中不含叶绿素异物的剔除。
4应用效果
为测试激光除杂系统实际应用效果，根据菲利普莫里斯国际、英美烟草、帝国烟草集团、日本烟草集团和VonEicken在烟草行业指引中所定的评估烟草光学分选机效率的方法［7］对某卷烟企业的摄像除杂系统及激光除杂系统的除杂率
和误剔率进行对比测试。
两个系统的误剔率基本相同，但是激光除杂系统96．33%的剔除率远高于摄像除杂系统85．67%的剔除率。
后者剔除率偏低是由于其对褐
色茧状物、黄色绝缘泡沫及黄褐色纸板等与烟叶颜色相同或相似异物的剔除率较低造成的。
4结语
从实际应用效果来看，基于激光分拣技术的烟草异物除杂系统利用选择性吸收、反散射和荧光效应等激光与物质相互作用产生的物理现象，具有除颜色分拣之外的结构分拣和荧光分拣功能，在较低误剔率情况下剔除率达到96%以上，有
着其他异物剔除技术无法比拟的优势。
但该系统一次性投资成本较大，有待国内异物剔除设备研发制造企业在消化吸收国外技术的基础上开发出具有自主知识产权的产品，降低采购及使用成本。
参考文献:
［1］陈文涛，钟先信，李志敏，等．烟草在线异物剔除系统中的关键技术［J］．测控技术，2003，22(5):29-32．
［2］叶莉华，王文轩，吕聪生，等．激光分拣系统的设计和改进［J］．红外与激光工程，2014，43(9):2878-2882．
［3］刘军．烟草在线异物实时识别与自动剔除系统研究［D］．重庆:重庆大学，2003．
［4］LEITHD，LICHTW．TobaccoScanES6000operator＇smanual(Software)［Ｒ］．［S．I．］:EL－BICONInstitute，1995．
［5］王文轩．基于激光扫描的异物分拣装置设计和搭建［D］．南京:东南大学，2013．。