浅析电气自动化技术在烟草在线异物剔除工艺中的应用

蒋健

（四川中烟长城雪茄烟厂，四川 什邡 618400）

在以往传统的生产工艺中，烟草异物剔除主要通过手工方式来完成，效率较为低下且可靠性难以保障。为了满足现代化发展的需求，越来越多的烟草生产厂家开始引用在线异物剔除技术，使其在烟草生产中得到广泛应用。有效的节省了操作流程和时间，提升了工作效率和质量，使企业竞争力增强。

1 烟草异物的识别方式

由于烟草与异物在形状等方面存在较大的不同，因此系统主要通过色度的方式将二者进行区分。通常采用的方式为：根据拍摄图像中各个像素点的色度差异，如R（红）、G（绿）、B（蓝）分量差异，对该像素点处烟草或者异物进行判断，特别是异物，类型多种多样，并且在色度方面不可避免的会与烟草之间产生重叠，这将对二者的分别带来较大的难度。对此，针对二者间的区别提出了一种新型的识别方式，并且较为简单有效。其基本原理为通过反射光谱测定仪对烟草的反射光谱特征进行测定，绘制光谱曲线，从该曲线图中能够看出，当烟草处于可见光波段时，其反射峰值与黄色光的波段较为贴近，而麻绳、纸片、橡胶等异物则不具备此种特征。在此种情况下拍摄到的图片，烟草的颜色相比来看较暗，使其与烟草之间的差别变得更加明显。

在增强烟草与大部分异物之间色差的同时，也会产生一定的副作用，当烟草颜色或者颜色与烟草相类似的异物的颜色都接近于黄色时，不但难以根据像素点对其进行区分，而且再加入蓝滤镜之后，使得红、绿两种色度信息丢失，使二者的确切识别变得更加困难。针对上述问题，可以采用此种方式解决，即系统设计中利用2098×3像素的CCD摄像机，在三条CDD前分别添加红、绿、蓝滤色片，以此来形成彩色图像。首先利用蓝滤镜对烟草异物的色度差进行区别，然后，针对与黄色较为接近的烟草或者异物，通过R、G、B三种数据图像进行识别。

2 烟草异物在线检测与剔除的系统设计

2.1 激光扫描法

激光扫描方式主要是按照每种物质特有光学特性来设计的，通常情况下，烟草与异物在漫反射中产生的光线具有不同的光谱特征。在此基础上，能够对二者的属性进行判断，在此种思想上，德国HAUNI公司设计了TOBACCOSCAN系统，该系统主要包括激光扫描单元、机架装置、电控单元以及辅助设备。其中，机架设备属于该系统的机械框架，由不锈钢结构组合而成，使产品能够按照规定方式通过检测区域。传送带装置能够将生产线中低速烟叶物料进行加速，并且平稳剔除，使检测物料的平稳性提升。在该系统中属于双层传送带系统，能够保障烟叶在加速的状态下平稳移动，采用高压空气喷射的方式将异物剔除。在接收方面，主要包括烟叶舱和异物舱，能够将检测出来的异物通过不同的渠道送往后续的生产环节当中。

整个系统的核心部分为激光扫描单元，担任系统“眼睛”的角色。扫描光源使用的是红、绿、蓝三种颜色的光束，并且将其汇集到多棱镜中，多棱镜共具备10个面，并且以1200rpm的速度旋转，使激光被扩展成一个“光帘”，扫描频率为2000Hz。对于不同物质来说，都具备自身的光学特性，烟叶与异物所反射出的光线也具有一定的差别，产生的电信号强度也不尽相同。当光线发生漫反射时，部分光线通过多棱镜将光路射回，并且反射到光接收器当中，最终转变为电信号传输到电控单元进行判断，进而对烟叶与异物进行分辨。

2.2 CCD摄像法

此种方式主要采用CDD摄像机，对烟叶以及异物的颜色进行获取，并且对图像进行的加工和处理，实现对烟叶和异物的识别，进而将异物剔除。在此基础上，美国SRC VISION公司研制出一款系统，该系统的工作过程有以下几个方面。第一，图像拍摄。将烟叶通过生产线输送到输出端中，在风压装置的影响下，以高速抛射，当烟叶属于悬空状态时，利用CDD摄像机进行连续的拍摄，获取烟叶与异物相混合的图像。第二，图像采集，通过采集卡将图像以数字的形式存储到内存当中。第三，图像识别，这属于系统中较为核心的部分，处理器将根据二者之间在参数方面区别，对其进行识别。由于在拍摄过程中存在烟草与异物重叠的现象，因此，在颜色识别的基础上，还应对二者的其他特性进行进一步的识别。第四，信号传输。当对二者进行彻底的识别和判断之后，将异物位置信号传输到气动喷嘴中。第五，异物剔除。当喷嘴在接收到信号之后，将开启相应的电磁阀，进而喷射出高压空气将异物剔除，如此反复直至异物被全部分离出来。

3 系统实时性的实现

3.1 内存的直接操作技术

对于烟草在线异物剔除系统中进行的图像采集以及软件处理，是在windows 2000系统下实现的，利用以往磁盘交换的方式已经难以实现对当前海量数据的采集和处理，传统的方式为：首先通过采集卡将数据进行中转，将其作为临时文件保存到系统硬盘当中，然后，以文件的形式将其读入内存并进行处理。由于内存读取的速度远远高于CPU的读取速度，使得磁盘交换的过程中浪费了大量时间，因此，需要采用内存直接操作技术，即将收集到的数据投入到系统内存当中后，不将其存在硬盘当中，而是在内存处进行直接的处理。在用户模式下，程序员的编程工作只能使用虚拟地址空间，而采集数据向PC机系统转存利用的是物理地址，要想实现虚拟地址向物理地址的转变，需要通过CPU分段分页来实现。

对此，首先应将虚拟地址进行分段，为其提交实际物理内存，获得当前与虚拟地址相对的线性地址，然后通过转化分页部件的方式，得到真正的物理地址。在windows 2000系统下，采用上述方式难以实现对物理内存的直接访问。对此，可以在采集卡开发库的基础上，提出一种能够实现直接访问的方式。首先，利用函数bufAllocate实现对物理内存的分配，然后利用MbufIn2quire得到分配后的物理内存，对其进行分页分段处理之后，获得线性或者虚拟地址。同时，由此获得的线性或者虚拟地址具有相对固定性，能够直接投入使用，进而能够实现对物理内存的直接访问操作。

3.2 双缓存技术

由于该系统中不具备磁盘交换环节，难以在相同内存中实现连续的数据采集与处理，为实际工作带来了诸多不便。对此，可以使用双缓存技术的方式来克服这一弊端。主要实施方式为：首先，在系统中建立两个具有相同属性的内存区A和B，当A在接受采集数据的过程中，B可以通过异步方式实施图像处理与识别，只要处理的速度能够得到保障，则处理的时间将始终小于采集的时间，即TP＜Tg，其中，TP为信息处理的时间，Tg为采集的时间。因此，通过软件便可以同时实现处理与采集的切换工作。另外，在CCD光路处的烟叶可能会与异物相重叠，导致异物漏检问题发生，为了有效解决此类问题，可以采用双面检测的方式。对烟草流的上下两个角度进行摄像，然后对摄像结果进行综合分析和判断，以此来有效减少判断的失误。

4 结语

电气自动化技术在烟草异物剔除方面的应用，将对整个烟草工业的国产化起到极大的促进作用。另外，自动化技术的应用，使得烟叶与异物的识别方式发生了很大的转变，工作效率和质量得到显著提升。在日后的发展中，要继续加强对此项技术的研究，使其不单纯的是生产线中的一个环节，而要积极提升其功能和优势，使其获得更加广阔的发展空间。

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