本實用新型屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自動化程度高、檢測速度快、檢測結(jié)果真實可靠的智能化快速檢測煙用葉絲長度及其分布的裝置。

背景技術(shù)：

近年來煙草加工工藝得到了較快發(fā)展，加工技術(shù)水平不斷提高，但基礎(chǔ)研究仍較為薄弱。打葉復(fù)烤(煙葉→葉片)、制絲(葉片→煙絲)和卷制(煙絲→卷煙)貫穿了從煙葉原料到卷煙產(chǎn)品的整個過程，因而是煙草工藝研究的核心和基礎(chǔ)?，F(xiàn)行的《卷煙工藝規(guī)范》要求有針對葉絲寬度的檢測項目，由于檢測手段的限制，長期以來并無專門針對葉絲長度的檢測項目，而是以葉絲結(jié)構(gòu)(主要指整絲率和碎絲率)這個檢測項目來代替(參見煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T178-2003)。在切絲寬度確定后，所謂葉絲結(jié)構(gòu)主要是指不同長度葉絲的占比。目前葉絲結(jié)構(gòu)檢測是利用純機械式的煙絲振動分選篩，通過篩分樣品葉絲使不同長度的葉絲分離，結(jié)果以各層或某幾層篩網(wǎng)上的累積重量占樣品總重量的比例來表示：檢測樣品重量為(1000±100)g，煙絲振動分選篩設(shè)置有三層篩網(wǎng)，網(wǎng)孔形狀均為正方形，邊長大小分別為3.35mm、2.5mm、1.0mm，篩選后3.35mm篩網(wǎng)上分選出的葉絲為長絲，2.5mm篩網(wǎng)上分選出的葉絲為中絲，1.0mm篩網(wǎng)上分選出的葉絲為短絲，1.0mm篩網(wǎng)下分選出的葉絲為碎絲。樣品葉絲通過煙絲振動分選篩后將葉絲分選成四類并分別稱重計算各自占比，一般分別使用長絲率、中絲率、短絲率、碎絲率表示，其中長絲率和中絲率統(tǒng)稱整絲率，各種長度的葉絲占總重量的比率情況即為其長度區(qū)間分布?！毒頍煿に囈?guī)范》對各指標(biāo)有明確要求：整絲率≥80％，碎絲率≤3％。

在卷煙加工過程中，葉絲結(jié)構(gòu)是一項重要指標(biāo)，與原料消耗和卷煙質(zhì)量密切相關(guān)。葉絲結(jié)構(gòu)反映的是葉絲長度特征及不同長度葉絲的比例，葉絲結(jié)構(gòu)是影響卷煙質(zhì)量的重要因素之一。

煙絲振動分選篩篩分葉絲的原理是基于不同葉絲間物理尺寸上的差異，通過不同規(guī)格尺寸篩網(wǎng)孔完成分離過程。存在的不足主要有三點，首先，這種篩分原理決定了其結(jié)果不能反映所有抽檢葉絲樣品的真實長度及其分布，葉絲均呈彎曲甚至卷曲狀，因此篩分過程可以理解為僅僅是按葉絲形狀之外截矩形長度的不同將葉絲劃分為四類并計算每類的占比；其次，由于葉絲的形狀以及運動過程中相互交織、結(jié)團、重疊等原因，篩網(wǎng)孔容易掛料和堵塞，并且存在過篩和漏篩現(xiàn)象，不該篩下來的葉絲被篩下來，而該篩下來葉絲卻沒被篩下來，影響篩分準(zhǔn)確性，葉絲沒有達(dá)到預(yù)想的篩分要求；另外，從統(tǒng)計結(jié)果來看，拋開分類的準(zhǔn)確性，由于在實際生產(chǎn)過程中，葉絲的分布極不均勻，最長能到100mm以上，而煙絲振動分選篩只將葉絲結(jié)構(gòu)簡單劃分為四類，即四種長度分布，而且具體到每一根葉絲，其長度也是未知的。這將導(dǎo)致相關(guān)人員無法深入地研究葉絲結(jié)構(gòu)與切絲設(shè)備間的聯(lián)系，無法從切絲工序的上、下游工序入手進(jìn)一步深入研究葉片結(jié)構(gòu)與葉絲結(jié)構(gòu)以及葉絲結(jié)構(gòu)與卷煙質(zhì)量的關(guān)系。

由于葉絲的質(zhì)量直接影響到成品煙支的質(zhì)量(煙支的重量、密度、空頭率等重要指標(biāo))。因此，如何快速、真實、可靠的測量葉絲長度，是對切葉絲機運行狀態(tài)和切絲質(zhì)量進(jìn)行評價，以及為研究葉絲長度與制絲質(zhì)量、葉絲長度與卷接質(zhì)量、葉絲長度與內(nèi)在質(zhì)量等課題提供基礎(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

隨著計算機技術(shù)和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，部分諸如采用平鋪檢測臺采集圖像并處理以計算葉絲形態(tài)的方法，不僅平鋪受人為影響因素大，而且前期離散工作量大，且僅能適應(yīng)于少量樣品的檢測，因此其檢測速度慢、檢測結(jié) 果的重復(fù)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，建立一種能夠真實、可靠的測定葉絲結(jié)構(gòu)的方法和裝置，并以此為基礎(chǔ)，為今后煙草加工新工藝、新技術(shù)的研究開發(fā)提供理論依據(jù)，從而引導(dǎo)現(xiàn)有煙草加工工藝技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種自動化程度高、檢測速度快、結(jié)果真實可靠的智能化快速檢測煙用葉絲長度及其分布的裝置。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：包括進(jìn)料機構(gòu)、葉絲離散機構(gòu)、快速輸送機構(gòu)、檢測機構(gòu)，所述葉絲離散機構(gòu)之進(jìn)料口設(shè)置于進(jìn)料機構(gòu)之出料端的下方，所述快速輸送機構(gòu)之進(jìn)料端設(shè)置于葉絲離散機構(gòu)之出料口的下方，所述葉絲離散機構(gòu)用于分散進(jìn)料后煙用葉絲，所述進(jìn)料機構(gòu)進(jìn)料速度小于快速輸送機構(gòu)的送料速度，所述檢測機構(gòu)包括圖像獲取單元、背景光源、照明光源、圖像處理單元、出料口，所述快速輸送機構(gòu)之出料端延伸至檢測機構(gòu)之出料口上方，所述背景光源設(shè)置于快速輸送機構(gòu)之出料端延長線的下方，所述圖像獲取單元設(shè)置于與背景光源相對的上方，所述照明光源設(shè)置于快速輸送機構(gòu)之出料端延長線的上方且位于圖像獲取單元的一側(cè)或兩側(cè)，所述圖像處理單元與圖像獲取單元信號連接以檢測煙用葉絲長度及其分布。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

1)、葉絲通過進(jìn)料機構(gòu)自動送料并經(jīng)葉絲離散機構(gòu)離散后送至檢測機構(gòu)，葉絲離散過程自動完成，不僅工作量小，而且離散過程人工干預(yù)少，檢測可連續(xù)進(jìn)行，因此檢測速度快且重復(fù)性和再現(xiàn)性更高，檢測值更加真實可靠。

2)、通過圖像自動獲取和計算機圖像處理技術(shù)，以圖像處理單元快速、 準(zhǔn)確獲得檢測葉絲在不同長度區(qū)段的長度分布，與傳統(tǒng)振動分選篩檢測相比不僅檢測效率更高，而且更加準(zhǔn)確和可靠。

3)、通過本實用新型不僅可以快速準(zhǔn)確的獲得葉絲任意長度區(qū)間分布數(shù)據(jù)進(jìn)而改善切絲質(zhì)量和設(shè)備加工能力，更重要的是可以為研究葉絲長度與制絲質(zhì)量、葉絲長度與卷接質(zhì)量、葉絲長度與內(nèi)在質(zhì)量等課題提供可靠和大量的實驗數(shù)據(jù)，也為將葉絲結(jié)構(gòu)作為判定葉絲內(nèi)在品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐。

因此，本實用新型具有自動化程度高、檢測速度快、結(jié)果真實可靠的特點。

附圖說明

圖1為本實用新型的典型結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本實用新型的二值化圖像示例圖；

圖中：1-進(jìn)料機構(gòu)，2-葉絲離散機構(gòu)，21-風(fēng)分室，22-松散針輥，23-高壓靜電發(fā)生器，24-靜電感應(yīng)棒，25-靜電輸送帶，26-毛刷，27-風(fēng)機，28-風(fēng)門，3-快速輸送機構(gòu)，4-檢測機構(gòu)，41-圖像獲取單元，42-背景光源，43-照明光源，44-圖像處理單元，45-出料口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對本實用新型加以限制，基于本實用新型教導(dǎo)所作的任何變更或改進(jìn)，均屬于本實用新型的保護范圍。

如圖1和2所示，本實用新型包括進(jìn)料機構(gòu)1、葉絲離散機構(gòu)2、快速輸送機構(gòu)3、檢測機構(gòu)4，所述葉絲離散機構(gòu)2之進(jìn)料口設(shè)置于進(jìn)料機構(gòu)1之出料端的下方，所述快速輸送機構(gòu)3之進(jìn)料端設(shè)置于葉絲離散機構(gòu)2之出料 口的下方，所述葉絲離散機構(gòu)2用于分散進(jìn)料后煙用葉絲，所述進(jìn)料機構(gòu)1進(jìn)料速度小于快速輸送機構(gòu)3的送料速度，所述檢測機構(gòu)4包括圖像獲取單元41、背景光源42、照明光源43、圖像處理單元44、出料口45，所述快速輸送機構(gòu)3之出料端延伸至檢測機構(gòu)4之出料口45上方，所述背景光源42設(shè)置于快速輸送機構(gòu)3之出料端延長線的下方，所述圖像獲取單元41設(shè)置于與背景光源42相對的上方，所述照明光源43設(shè)置于快速輸送機構(gòu)3之出料端延長線的上方且位于圖像獲取單元41的一側(cè)或兩側(cè)，所述圖像處理單元44與圖像獲取單元41信號連接以檢測煙用葉絲長度及其分布。

所述進(jìn)料機構(gòu)1為低速皮帶機且輸送速度為0.005～0.1m/s。

所述低速皮帶機為變頻調(diào)速皮帶機。

所述葉絲離散機構(gòu)2為靜電風(fēng)分器，所述靜電風(fēng)分器包括風(fēng)分室21、松散針輥22、高壓靜電發(fā)生器23、靜電感應(yīng)棒24、靜電輸送帶25、毛刷26、風(fēng)機27和風(fēng)門28，所述風(fēng)分室21呈“y”形結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)料機構(gòu)1之出料端延伸進(jìn)入風(fēng)分室21內(nèi)一側(cè)的上部，所述風(fēng)分室21內(nèi)的進(jìn)料機構(gòu)1之出料端上部設(shè)置有松散針輥22，所述風(fēng)分室21內(nèi)另一側(cè)固定設(shè)置有高壓靜電發(fā)生器23及其與之連接的靜電感應(yīng)棒24以及靜電輸送帶25，所述靜電感應(yīng)棒24與靜電輸送帶25的非承載面接觸，所述靜電輸送帶25的出料端設(shè)置有與之接觸的毛刷26，所述風(fēng)分室21下部設(shè)置有風(fēng)門28以及與之固定連接的風(fēng)機27。

所述靜電輸送帶25向上傾斜設(shè)置于風(fēng)分室21內(nèi)另一側(cè)的上部且其出料端延伸出風(fēng)分室21，所述毛刷26設(shè)置于風(fēng)分室21外部并與靜電輸送帶25之延伸出風(fēng)分室21的出料端接觸。

所述靜電輸送帶25為PVC或橡膠輸送帶，所述毛刷26為碳纖維或金屬纖維靜電毛刷，所述風(fēng)門28為重力式風(fēng)門。

所述快速輸送機構(gòu)3為輸送速度2～5m/s的高速皮帶機。

所述照明光源43之光路與圖像獲取單元41之成像方向呈30～45°傾角并聚光在快速輸送機構(gòu)3物料面的掃描線上。

所述快速輸送機構(gòu)3之轉(zhuǎn)動軸設(shè)置有編碼器，所述圖像處理單元44與快速輸送機構(gòu)3之編碼器信號連接。

所述快速輸送機構(gòu)3為變頻調(diào)速，所述圖像處理單元44與快速輸送機構(gòu)3之變頻器信號連接。

所述圖像獲取單元41為大陣列線陣CCD。

所述背景光源42和/或照明光源43為LED陣列光源。

所述圖像處理單元44采用二值化圖像處理后統(tǒng)計每根葉絲的投影面積，利用煙絲的投影面積除以煙絲的固定寬度得到葉絲的長度，然后統(tǒng)計二值化處理后所有檢測葉絲的面積之和作為總投影面積A₀，將統(tǒng)計二值化處理后不同長度區(qū)間的葉絲投影總面積A_n，下標(biāo)n理論取值范圍[1，∞)，最后不同長度區(qū)間的葉絲質(zhì)量百分比P_n為P_n＝A_n/A₀。

所述二值化處理后將二值化圖像中像素數(shù)小于特定數(shù)量的圖像區(qū)域視為雜質(zhì)進(jìn)行去除，然后采用“破裂法”去除因葉絲結(jié)構(gòu)不規(guī)則造成圖像產(chǎn)生的毛刺和寄生部分，才統(tǒng)計每根葉絲的投影面積。

所述“破裂法”去除圖形毛刺中破裂點是一個三階矩陣，矩陣中心點(2，2)不為零，9個元素中不為零的個數(shù)為4。將破裂點去除后，比較3段像素的長度，去除最短的一段，然后將去除的破裂點恢復(fù)到圖像中，最后留下一條與葉絲走向一致的連續(xù)單像素?zé)o毛刺圖像。

本實用新型工作原理：

本實用新型通過進(jìn)料機構(gòu)和葉絲離散機構(gòu)的配合使葉絲自動化、可連續(xù)性的離散，既減少了傳統(tǒng)葉絲離散的工作量，而且離散過程人工干預(yù)少，檢測可連續(xù)進(jìn)行，因此檢測速度快且重復(fù)性和再現(xiàn)性更高，檢測值更加真實可靠。此外，本實用新型采用快速輸送機構(gòu)使離散后的待檢測葉絲盡可能相互 分離，通過照明光源和背景光源配合圖像獲取單元自動獲取快速輸送機構(gòu)輸送的葉絲圖像，獲取的圖像信號經(jīng)圖像處理單元處理，本實用新型假設(shè)葉絲面密度均勻，葉絲寬度固定，獲得各葉絲的長度和統(tǒng)計出不同長度區(qū)間的葉絲質(zhì)量百分比，從而為改善切絲質(zhì)量和設(shè)備加工能力，以及為研究葉絲長度與制絲質(zhì)量、葉絲長度與卷接質(zhì)量、葉絲長度與內(nèi)在質(zhì)量等課題提供可靠和大量的實驗數(shù)據(jù)，也為將葉絲結(jié)構(gòu)作為判定葉絲內(nèi)在品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐。進(jìn)一步將進(jìn)料機構(gòu)設(shè)為低速皮帶機且輸送速度為0.005～0.1m/s，而快速輸送機構(gòu)的輸送速度設(shè)為2～5m/s，從而既能在充分保證待測葉絲的離散和檢測前盡量相互分離而提高檢測的準(zhǔn)確性的情況下，又能提高檢測的效率。更進(jìn)一步采用“y”形結(jié)構(gòu)風(fēng)分室和靜電輸送帶的葉絲離散機構(gòu)，在簡化傳統(tǒng)葉絲風(fēng)分機構(gòu)結(jié)構(gòu)的同時，配合靜電輸送帶結(jié)構(gòu)以提高葉絲離散的效果，為后續(xù)葉絲檢測的準(zhǔn)確性打下良好基礎(chǔ)。進(jìn)一步將照明光源之光路與圖像獲取單元之成像方向呈30～45°傾角并聚光在物料面的掃描線上，能夠充分提高立體葉絲圖像的獲取清晰度。綜上所述，本實用新型通過葉絲離散后用圖像處理技術(shù)，以真實、準(zhǔn)確的獲取葉絲長度和分布，具有自動化程度高、檢測速度快、結(jié)果真實可靠的特點

工作方法如下：

1、將1000±100g葉絲樣品平鋪于低速皮帶機的皮帶上，啟動低速皮帶機以0.005～0.1的輸送速度將葉絲送入風(fēng)分室21，葉絲樣品通過低速皮帶機和松散針輥22的共同作用以均勻松散的姿態(tài)下落至風(fēng)分室21，借助風(fēng)機27產(chǎn)生的氣流呈向上懸浮狀態(tài)，通過高壓靜電發(fā)生器23和靜電感應(yīng)棒24使靜電輸送帶25感應(yīng)上靜電，懸浮的葉絲不斷靠近靜電輸送帶25，由于靜電感應(yīng)現(xiàn)象被吸附在靜電輸送帶25上逐漸離開風(fēng)分室21，葉絲隨著靜電輸送帶25上行至尾部，在毛刷26的作用下自由飄落至輸送速度設(shè)為2～5m/s的快速輸送機構(gòu)3的輸送帶上，最終使葉絲在帶面上呈現(xiàn)完全離散化狀態(tài)輸送至 檢測機構(gòu)4；

2、進(jìn)入檢測機構(gòu)4的葉絲經(jīng)快速輸送機構(gòu)3的輸送帶輸送通過圖像獲取單元41下方時，通過背景光源42以及與圖像獲取單元41之成像方向呈30～45°傾角并聚光在物料面的掃描線上的照明光源43輔助，圖像獲取單元41獲取葉絲的投影原始圖像并傳輸給圖像處理單元44；

3、圖像處理單元44獲取投影原始圖像后，按以下分步驟處理：

3.1、將采集的葉絲原始圖像進(jìn)行二值化處理得到二值化圖像；

3.2、對二值化圖像后的每一幀圖像上的葉絲進(jìn)行1至N編號；

3.3、統(tǒng)計每一根標(biāo)記后的葉絲的投影面積，假設(shè)葉絲寬度固定，利用煙絲的投影面積除以煙絲的固定寬度得到葉絲的長度；

3.4、統(tǒng)計二值化處理后所有檢測葉絲的面積之和作為總投影面積A₀；

3.5、統(tǒng)計二值化處理后不同長度區(qū)間的葉絲投影總面積A_n，下標(biāo)n取值范圍[1，∞)；

3.6、本實用新型假設(shè)葉絲面密度均勻，用面積百分比代替質(zhì)量百分比，因此不同長度區(qū)間的葉絲質(zhì)量百分比Pn為P_n＝A_n/A₀。