光譜除雜系統(tǒng)

1、光譜除雜系統(tǒng)、光譜除雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作及工藝方案導(dǎo)讀：1、光譜除雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。介紹了光譜除雜系統(tǒng)的工作原理及設(shè)備組成。對(duì)進(jìn)料輸送機(jī)、視頻柜、氣流回收柜、電控柜、冷卻系統(tǒng)的概況進(jìn)行了介紹。2、光譜除雜系統(tǒng)的制作和工藝方案。介紹北京長(zhǎng)征高科技公司對(duì)該設(shè)備的機(jī)械和電氣制作、生產(chǎn)工藝組織、工藝加工精度保證等方面的具體措施。1、光譜除雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)北京長(zhǎng)征高科技公司是國(guó)有科技型企業(yè)，隸屬于中國(guó)運(yùn)載火箭研究院，依托強(qiáng)大的技術(shù)科研實(shí)力，是國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展光譜除雜系統(tǒng)研究的單位之一。經(jīng)過(guò)多年潛心研究，突破了數(shù)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，于2004年推出了第四代光譜除雜系統(tǒng)，通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)進(jìn)口產(chǎn)品，獲得了煙

2、廠的良好評(píng)價(jià)。在10余家煙草企業(yè)安裝了18臺(tái)各種型號(hào)的光譜除雜系統(tǒng)。北京長(zhǎng)征高科技公司獲得國(guó)家煙草專賣局的批文，能夠生產(chǎn)銷售光譜除雜系統(tǒng)。2006年7月，北京長(zhǎng)征高科技公司、龍巖卷煙廠共同立項(xiàng)：新型煙梗異物剔除設(shè)備，并且通過(guò)了專家組的嚴(yán)格評(píng)審，列入了國(guó)家煙草專賣局2006年煙草機(jī)械科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的計(jì)劃，樣機(jī)已制作完成準(zhǔn)備在貴州省試用。光譜除雜系統(tǒng)原理光譜除雜系統(tǒng)采用機(jī)器視覺(jué)原理，通過(guò)4臺(tái)高速線陣彩色CCD攝像機(jī)（呈2上2下分布）抓捕煙葉動(dòng)態(tài)圖像，形成煙葉數(shù)字圖像流，內(nèi)置于FPGA圖像處理卡的算法，根據(jù)先驗(yàn)條件，對(duì)煙葉數(shù)字圖像流進(jìn)行分析，從顏色、形狀和紋理三方面進(jìn)行判斷，識(shí)別煙葉中的雜物

3、，并標(biāo)定雜物在電磁閥剔除陣列中的坐標(biāo)位置，控制高速先導(dǎo)電磁閥在線剔除雜物。從而完成整個(gè)檢測(cè)剔除流程。設(shè)備工作流程詳細(xì)介紹如下：煙葉流通過(guò)振槽、攤薄機(jī)等輔聯(lián)設(shè)備，在寬度方向上，加寬至1800毫米，并把煙葉運(yùn)行速度提高到3米/秒，從而形成煙葉薄層，將雜物從煙葉中顯露出來(lái)，使異物不上下夾雜在煙葉中間，以利于圖像設(shè)備檢測(cè)。輸送機(jī)將煙葉薄層進(jìn)一步加速到5米/秒的速度。煙葉薄層通過(guò)視頻柜時(shí)，線陣高速彩色CCD相機(jī)攝取煙葉圖像，送入數(shù)字圖像處理單元。數(shù)字圖像處理單元采用FPGA技術(shù)，內(nèi)置的22個(gè)CPU內(nèi)核，構(gòu)成流水線處理方式，能實(shí)時(shí)處理海量圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)北京長(zhǎng)征高科技公司研制的專有圖像算法，從顏色、形狀、紋

4、理三方面入手，識(shí)別出異物，并計(jì)算出異物的相對(duì)坐標(biāo)。控制相應(yīng)坐標(biāo)高速氣動(dòng)電磁閥，將異物剔除。合格煙葉則進(jìn)入下一工序。該裝置可識(shí)別的顏色種類為28x28x28=16,777,216（解析成三原色）。最小尺寸分辨率為1820毫米/4096=0.44毫米。系統(tǒng)原理圖：、煙葉顏色；、煙葉形狀及尺寸；、機(jī)器參數(shù)；、實(shí)時(shí)煙葉圖像；、高速氣動(dòng)電磁閥動(dòng)作命令圖1系統(tǒng)原理圖采用的CCD為數(shù)字式線陣彩色CCD,數(shù)量為4臺(tái)，呈2上2下分布。區(qū)別于通常用的面陣CCD。數(shù)字式線陣CCD的圖像掃描輸出是2048個(gè)像素的一條線，當(dāng)物體在CCD下不停地移動(dòng)時(shí)，這些線就組合為一個(gè)面，而是延綿不斷的一個(gè)面。采用線陣CCD的好處是，

5、它的掃描頻率很高，達(dá)llKHz（即每秒鐘11000條掃描線），可以滿足系統(tǒng)高速反應(yīng)的要求；并且，像素分辨率高，單面2臺(tái)CCD的分辨率為4096像素。2臺(tái)數(shù)字式線陣CCD安裝在煙葉的上方，2臺(tái)數(shù)字式線陣CCD安裝在煙葉的下方。通常用的面陣CCD的輸出是符合PAL/NTSC制式的模擬電視信號(hào)，掃描頻率為25/30HZ，掃描線多為760線左右。192個(gè)電磁閥分布在1820mm的寬度上，電磁閥緊密無(wú)縫排列，電磁閥氣孔的中心距為9.6mm。電磁閥的響應(yīng)時(shí)間為5ms左右（氣流量達(dá)到額定流量的90%，每只電磁閥的時(shí)間還要進(jìn)行總匹配）。通過(guò)提取異物特征，計(jì)算異物與煙葉的匹配度，從而識(shí)別、剔除異物。在計(jì)算機(jī)軟件

6、界面上，調(diào)整匹配度閾值，就可加大或減小識(shí)別精度。用戶可根據(jù)煙葉品種、等級(jí)、產(chǎn)地等諸多因素，自主確定相應(yīng)的識(shí)別精度。設(shè)備結(jié)構(gòu)北京長(zhǎng)征高科技公司的FT475/6光譜除雜系統(tǒng)由4個(gè)主要部件組成，進(jìn)料輸送機(jī)、視頻柜、空氣回收箱、電控柜，外配水冷系統(tǒng)。這4個(gè)組件協(xié)調(diào)工作，對(duì)煙葉中的異物進(jìn)行識(shí)別、分揀、剔除。接觸煙葉部分用不銹鋼制造，滿足食品行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。該裝置易于清潔、保養(yǎng)。進(jìn)料輸送機(jī)全部由不銹鋼制造。特制的高速皮帶配合自動(dòng)調(diào)校軌道系統(tǒng)，保證皮帶在5米/秒的速度下平穩(wěn)運(yùn)行。進(jìn)料輸送機(jī)用于煙葉整理，將煙葉平鋪在1820毫米寬度的高速皮帶（5米/秒）上，并采用同步上壓氣流保證煙葉薄層穩(wěn)定。同步氣流（速度5

7、米/秒）和高速皮帶同速運(yùn)行，將煙葉夾在其中，使得煙葉不會(huì)翻卷。高速運(yùn)行的皮帶可以使煙葉在輸送途中盡量散開(kāi)，令煙葉處于最佳的待檢測(cè)狀態(tài)，異物不會(huì)夾雜在上下煙葉之間，煙葉平穩(wěn)運(yùn)行。本機(jī)由不銹鋼制造。特制的高速皮帶配合自動(dòng)調(diào)校軌道系統(tǒng)，保證皮帶在5米/秒的速度下平穩(wěn)運(yùn)行，自動(dòng)進(jìn)行糾偏。高速運(yùn)行的皮帶可以使煙葉在輸送途中盡量均勻散開(kāi)，令煙葉處于最佳的待檢測(cè)狀態(tài)，異物不會(huì)夾雜在上下煙葉之間。主機(jī)輸送機(jī)皮帶：荷蘭DERCO公司，MODEL:2RMA3-1PU。是食品級(jí)別的高速皮帶，廣泛用于煙廠、食品廠。傳動(dòng)電機(jī)及減速機(jī)：采用德國(guó)SEW公司的DM112M4MUG:B6TB:2。軸承和軸承座采用SKF產(chǎn)品。皮

8、帶輥：北京長(zhǎng)征高科技公司軍品車間生產(chǎn)。氣流回收柜視頻柜進(jìn)料輸送機(jī)圖2現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖視頻柜安裝了4臺(tái)彩色線陣CCD攝像機(jī)（1677萬(wàn)余種顏色分辨）、LED照明系統(tǒng)（免維護(hù)、壽命長(zhǎng)達(dá)三年，同時(shí)質(zhì)保三年）、全彩可編程LED背景色、分布式FPGA圖像處理中心、192個(gè)MAC高速氣動(dòng)電磁閥、水/氣熱交換冷卻系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)、電磁閥自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。又使整體降溫，做到了視頻柜保持低溫均衡。整個(gè)視頻柜在密封條件下運(yùn)行，灰塵無(wú)法進(jìn)入。不銹鋼側(cè)門上裝有有機(jī)玻璃透視窗，便于操作工人觀察機(jī)器運(yùn)行情況。為了散熱，采用水冷機(jī)組。水冷機(jī)組分為兩路。一路水冷系統(tǒng)直接對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行冷卻（照明系統(tǒng)的發(fā)熱量占視頻柜發(fā)熱量的60%以上）

9、，另一路水冷系統(tǒng)，通過(guò)風(fēng)機(jī)和散熱片，變?yōu)槔淇諝?，?duì)整個(gè)視頻柜進(jìn)行降溫。這樣點(diǎn)面結(jié)合，既對(duì)重點(diǎn)發(fā)熱源進(jìn)行冷卻，圖3立體視圖線陣CCD高速攝像機(jī)（每秒掃描11000次）攝取煙葉的實(shí)時(shí)圖像，送入電控柜的數(shù)字圖像處理單元。當(dāng)煙葉流到視頻檢測(cè)區(qū)域，上下兩面位置各安裝有2支高照度、高顯色系數(shù)、光強(qiáng)均勻性好、長(zhǎng)壽命的白光LED條形燈（質(zhì)保三年），以便線陣CCD高速攝像機(jī)（每秒掃描11000次）攝取煙葉的實(shí)時(shí)圖像，送入電控柜的分布式FPGA圖像識(shí)別中心，能有效地鑒別異物。背景顏色采用全彩色LED背景燈，根據(jù)煙葉顏色調(diào)整LED背景燈發(fā)光色，以便突出雜物，配合線陣CCD高速攝像機(jī)。根據(jù)數(shù)字圖像處理單元提供的異物相

10、對(duì)坐標(biāo)數(shù)值，大流量、高速、精確的氣動(dòng)電磁剔除閥將異物擊落，設(shè)于視頻檢測(cè)區(qū)域后15厘米，每個(gè)氣閥的氣孔中心距9.6毫米，以保證能將系統(tǒng)識(shí)別的異物剔除。異物剔除的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由192只大流量、高速、精確的氣動(dòng)電磁剔除閥組成的陣列組成。它們?cè)O(shè)置在視頻檢測(cè)區(qū)域后的15厘米處，氣閥噴出的高速氣流能保證將系統(tǒng)識(shí)別出的異物準(zhǔn)確剔除。CCD攝像機(jī)：日本JAI公司高端工業(yè)線陣彩色攝像機(jī)LED照明系統(tǒng)：長(zhǎng)高自制，免維護(hù)，壽命長(zhǎng)達(dá)三年，同時(shí)質(zhì)保三年全彩可編程LED背景色：長(zhǎng)高自制，可在線編程，質(zhì)保兩年高速電磁閥：美國(guó)MAC公司，MOD-3836氣壓控制系統(tǒng)：日本SMC公司，三聯(lián)件、穩(wěn)壓閥、氣壓表等冷卻系統(tǒng)：德國(guó)RITT

11、AL公司的ModelNo.SK3334.600電控柜獨(dú)立于異物剔除主機(jī)，通過(guò)接線安裝在便于操作的地方。電控柜柜身是德國(guó)Rittal產(chǎn)品，整體布局采用模塊化結(jié)構(gòu)。柜體密封良好。為了保證散熱，特設(shè)獨(dú)立電控柜空調(diào)。計(jì)算機(jī)采用PentiumIV3.0G，F(xiàn)PGA硬件圖像處理中心保證海量圖像數(shù)據(jù)處理。可識(shí)別不同牌號(hào)和顯示不同界面。顯示采用西門子MP377-15一體機(jī)，使得實(shí)時(shí)煙葉圖像逼真再現(xiàn)。色譜（LUT）設(shè)定可方便實(shí)現(xiàn)。CPU模塊采用西門子S7-315-2DP,配可固化的存儲(chǔ)卡。滿足系統(tǒng)要求。采用德國(guó)RITTAL電控柜，品質(zhì)優(yōu)良，做工精細(xì)。電氣控制采用奧地圖4電控柜實(shí)物圖利蘭、德國(guó)西門子（SIEMEN

12、S）、穆勒（MOELLER）、德國(guó)菲尼克斯（PHOENIX）、美國(guó)洛克韋爾（ROCKWELL）等世界知名廠家的產(chǎn)品。人機(jī)界面采用德國(guó)西門子MP377-15的15英寸液晶TFTLCD觸摸顯示器。獨(dú)立于異物剔除主機(jī)，通過(guò)接線安裝在便于操作的地方。電控柜柜身是德國(guó)Rittal產(chǎn)品，整體布局采用模塊化結(jié)構(gòu)。柜體密封良好。為了保證散熱，特設(shè)獨(dú)立電控柜空調(diào)。使用觸摸液晶顯示屏作為用戶操作界面，分辨率達(dá)1600X1200像素，使得實(shí)時(shí)煙葉圖像逼真再現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)置軟件，可輕易識(shí)別不同牌號(hào)，并據(jù)此顯示不同界面。機(jī)柜內(nèi)部的圖像識(shí)別硬件平臺(tái)由分布式FPGA圖像硬件處理中心構(gòu)成，以保證海量圖像數(shù)據(jù)處理。氣流回收箱

13、是整個(gè)裝置的最末端部分，主體采用不銹鋼制造，在側(cè)門上裝有有機(jī)玻璃透視窗，便于操作工人觀察機(jī)器運(yùn)行情況。電控柜靶向水冷機(jī)組進(jìn)料輸送機(jī)圖5梅州卷煙廠光譜除雜系統(tǒng)實(shí)物圖氣流回收箱的主要作用使得煙葉順利流倒下一工序。同時(shí)，提供一個(gè)較大的空間，采用了氣流平衡原理設(shè)計(jì)，具有柔性無(wú)損接受煙葉、平衡氣流功能，保證煙葉順利進(jìn)入下一級(jí)系統(tǒng)，讓同步氣流通過(guò)密封皮帶通道得以舒緩，并經(jīng)過(guò)頂部的出口排到工廠的除塵裝置。同時(shí)可以解決該裝置內(nèi)因皮帶帶動(dòng)的空氣揚(yáng)塵。排氣罩也可防止不明的逆風(fēng)，以保證檢測(cè)流程氣流回收箱也是視頻柜的檢修通道，其柜體的一面可以整體打開(kāi)，并部分放下形成維修人員站立平面，便于維修人員打開(kāi)視頻柜體，進(jìn)行檢修CCD攝像機(jī)、電磁閥等關(guān)鍵器件的檢修就是此通道。冷卻系統(tǒng)（選配）：設(shè)備的制冷系統(tǒng)右兩種形式，水冷和空調(diào)冷卻，可根據(jù)用戶要求制作。我們建議用戶采用水冷方式?？照{(diào)冷卻機(jī)組2臺(tái)：采用德國(guó)RITTAL的產(chǎn)品，制冷功率大，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。德國(guó)RITTAL公司的ModelNo.SK333