一種煙葉含梗率測定裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種煙葉含梗率測定裝置及方法，包括煙葉輸送帶，與煙葉輸送帶輸入端相接的煙葉攤薄機構，其特征在于在煙葉輸送帶上、下方互設X射線源和X射線探測器，且X射線探測器通過電纜與圖像采集及處理機構相連。通過煙葉含梗率測定裝置，獲得某一段待測煙葉流的質量信號以及圖像信號，根據所獲面積與質量關系，體積與質量關系，或者待測煙葉流中煙梗厚度與X射線穿透性的關系，計算得到待測煙葉流中的含梗率，能夠快速無損地檢測出同一批次的煙葉流中煙梗的質量以及含梗率，減少煙葉浪費，既可在線測定，也可離線測定煙葉流中含梗率，本發明提供的煙葉含梗率測定裝置，結構簡單，性能優越，測定準確，工作可靠性高。
【專利說明】一種煙葉含梗率測定裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢測裝置及檢測方法，特別涉及煙葉中含梗率的測定裝置和方法，屬于煙草加工過程中的檢測設備設計與制造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在煙葉打葉復烤過程中，需要采用風分方式對打葉后的煙片和煙梗進行分離，以進行后期煙葉的準確配方，提高卷煙品質。由于打葉后的混合煙葉中，含梗煙片與游離純凈葉片的懸浮速度差異不大，在風分過程中會使含梗煙片被當作純凈葉片而難于分離出來，從而使煙葉配方中增加了含梗煙片，直接影響卷煙質量。現行的打葉復烤國家標準(YC/T
146—2001和YC/T 147—2001)分別限制了烤前和烤后的煙葉中，含梗率應小于或等于
2.5%，新標準(還未運行)又修改為應小于或等于2.0%。
[0003]根據以上國家標準，各個打葉復烤企業都要對煙梗含量進行檢測，多數復烤企業每隔半小時，就要檢測一次煙葉含梗率，采用的測量方式是:用打葉機將待測煙葉全部打碎，然后再測量其中的含梗率，這種測量方式會造成煙葉的破壞，測量之后的煙葉將不能繼續使用，一天下來每條打葉線都將浪費很多煙葉。中國專利CN202525064U和201310019127.3提出了一種基于機器視覺的煙梗檢測設備，但是這些設備不能測量出煙梗的具體質量，尤其不能測出葉中的含梗率。因此有必要對現有技術加以改進，以解決目前現有檢測存在的上述不足。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種既方便檢測，又不會損傷煙葉，且能準確檢測煙葉尤其是葉片中的含梗率的裝置。
[0005]本發明的另一目的在于提供一種用所述裝置檢測煙葉中含梗率的方法，以實時、方便、無損測量煙梗質量，以及煙葉中的含梗率、粗梗率以及長梗率。
[0006]本發明是按照以下技術方案實現的:一種煙葉含梗率測定裝置，包括煙葉輸送帶，與煙葉輸送帶輸入端相接的煙葉攤薄機構，其特征在于在煙葉輸送帶上、下方互設X射線源和X射線探測器，且X射線探測器通過電纜與圖像采集及處理機構相連，以便煙葉進入攤薄機構完成攤薄后，進入其上、下方互設X射線源和X射線探測器的輸送帶上，通過X透射對煙葉流進行成像，煙葉流成像后進入稱重機構計量出煙葉流的質量，并將質量數據送入計算機中，獲得煙葉流的質量信號，同時由X射線探測器接收到煙葉流信號后，經透射成像機構將圖像信號送入計算機中，獲得圖像信號，進而可計算出煙葉中的含梗率。
[0007]所述攤薄機構為常規的振動槽，或者為帶轉動齒輥的輸送槽，或者為帶撥動齒耙的輸送槽。
[0008]所述圖像采集及處理機構為圖像采集卡與計算機或計算芯片的組合，或者為計算機，或者為計算芯片。
[0009]所述煙葉輸送帶的輸入端或者輸出端連接有稱重機構，稱重機構為常規電子秤，或者為稱重皮帶。
[0010]所述稱重機構與輸送帶輸出端之間設置落料槽。
[0011]本發明的另一個目的通過下列技術方案完成:一種煙葉含梗率的測量方法，包括由稱重機構獲得的某一段待測煙葉流的質量信號，以及由圖像采集及處理機構獲得的該段待測煙葉流圖像信號，其特征在于通過下列之一的方法:
A、根據面積與質量關系，按下列步驟得到待測煙葉流中的含梗率Ql:
Al、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，用閾值分割，區域分割，邊緣分割中的一種或幾種進行分割，用中值濾波方式對分割后的X射線成像噪聲進行濾除，之后統計出像素點個數作為待測煙葉流圖像面積；
A2、對已知質量q的煙梗進行成像，獲得已知煙梗的面積S，從而得到單位面積上已知煙梗的質量:I = q/s,
A3、以步驟Al獲得的待測煙葉流圖像面積作為待測煙梗的面積SI，將該面積SI與步驟A2的已知煙梗質量I相乘,得到待測煙梗的質量m = SlXI ；
A4、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M， 通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Ql為:Q1 = m/M ；
或者，
B、根據體積與質量關系，按下列步驟得到待測煙葉流中的含梗率Q2:
B1、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，用閾值分割，區域分割，邊緣分割中的一種或幾種進行分割，用中值濾波方式對分割后的X射線成像噪聲進行濾除，之后統計出像素點個數作為待測煙葉流圖像面積，模擬計算出該面積對應的待測煙葉流體積V:
V= J舍JiS da ,式中a為煙梗的變化半徑，s為煙梗的面積；
B2、對已知質量q的煙梗進行成像，以獲得已知煙梗的體積V，進而得到單位體積中已知煙梗的質量= q/v ;
B3、以步驟BI獲得的待測煙葉流體積作為待測煙梗的體積VI，將該體積Vl與步驟B2的已知煙梗質量I相乘，得到待測煙梗的質量m = VlXI ；
B4、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M，通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Q2為:Q2 = m/M ；
或者，
C、根據待測煙葉流中煙梗厚度與X射線穿透性的關系，按下列步驟得到待測煙葉流中的含梗率Q3:
Cl、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，按灰度不同分為N個梯度，每個梯度對應的單位面積質量分別為pl，p2，p3，…，對應的面積分別為SI，S2，S3…，從而得到煙梗的質量為 m=pl X Sl+p2 X S2+p3 X S3+—；
C2、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M，通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Q3為:Q3 = m/M ο
[0012]所述待測煙葉流中煙梗厚度與X射線穿透性的關系，根據X射線的下列衰減公式:/ = /0xeXp(-^^);式中別為衰減前后X射線強度，A為原子的摩爾質量，σ為
原子的截面面積，N為Avogadro常數，P為物質密度，χ為物質厚度；在X射線透射檢測方式中，射線衰減程度與被測煙葉的密度、厚度乘積P X密切相關，即與目標物——待測煙葉的面密度，即與單位面積質量密切相關；根據單位面積上煙梗質量的不同，X射線最終成像的灰度值也不同，因此將圖像上的灰度分為幾個梯度，不同的梯度分別對應不同的單位面積質量。
[0013]本發明還提供這樣一種煙葉含梗率的測量方法，包括由煙葉輸送線獲得的某一段待測煙葉流的流量信號kg/h，以及由透射成像機構獲得的該段待測煙葉流圖像信號，其特征在于通過下列方法:
根據煙葉輸送線上獲得的流量kg/h，即可計算出在時間t秒之內的煙葉流質量M，則可根據該質量數據，用步驟A或者B或者C中的任意一種方法，得出t秒內煙葉流中的煙梗質量m，最后得煙葉含梗率Q = m/M。
[0014]本發明具有下列優點及效果:采用上述方案，可通過煙葉含梗率測定裝置，獲得某一段待測煙葉流的質量信號以及圖像信號，根據所獲面積與質量關系，體積與質量關系，或者待測煙葉流中煙梗厚度與X射線穿透性的關系，計算得到待測煙葉流中的含梗率，能夠快速無損地檢測出同一批次的煙葉流中煙梗的質量以及含梗率，減少目前打葉風分過程中，由于抽樣檢測造成的煙葉浪費；再與現有的打葉風分機組配合使用，通過煙葉含梗率的變化智能，來控制打葉風分過程，既可以在線測定、也可以離線測定煙葉流中含梗率，本發明提供的煙葉含梗率測定裝置，結構簡單，性能優越，測定準確，工作可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明裝置結構示意圖；
圖2為帶轉動齒輥的輸送槽`結構圖；
圖3為帶撥動齒耙的輸送槽結構圖；
圖4為皮帶秤結構示意圖；
圖5為同一批煙梗多次測量的像素面積圖；
圖6為處理前的待測煙葉流圖像；
圖7為處理后的待測煙葉流圖像。
[0016]圖中:1 一振動槽；2 —煙葉輸送帶；3 — X射線源；4 一煙葉流；5 —落料槽；6 —電子秤；7_電纜；8 —圖像采集卡；9 一計算機；10 — X射線探測器；11 一皮帶秤，12 一帶轉動齒棍13的輸送槽,14 一帶撥動齒祀15的輸送槽。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明裝置做進一步說明。
[0018]如圖1，本發明提供的煙葉含梗率測定裝置，包括煙葉輸送帶2，與煙葉輸送帶2輸入端相接的煙葉攤薄機構，該煙葉攤薄機構為振動槽1，與煙葉輸送帶2輸出端相接的稱重機構，該稱重機構為電子秤6,在電子秤6與煙葉輸送帶2之間設置落料槽5,在煙葉輸送帶2上方設X射線源3，煙葉輸送帶2下方設X射線探測器10，且X射線探測器10通過電纜7與圖像采集及處理機構相連，該圖像采集及處理機構為圖像采集卡8與計算機9的組合，電子秤6通過電纜7與計算機9相連，以便煙葉流4進入振動槽I完成攤薄后，進入其上設X射線源3，其下設X射線探測器10的輸送帶2上，通過X透射對煙葉流4進行成像，煙葉流4成像后，經落料槽5進入電子秤6上計量出煙葉流4的質量，并將質量數據送入計算機9中，獲得煙葉流4質量信號，同時由X射線探測器10接收到煙葉流4信號后，經圖像采集卡8將圖像信號送入計算機9中，獲得圖像信號，進而可計算出煙葉流4中的含梗率。
[0019]所述稱重機構還可為常規的皮帶秤11.如圖4 ;所述攤薄機構還可為常規帶轉動齒輥13的輸送槽12，如圖2，或者為帶撥動齒耙15的輸送槽14，如圖3。
[0020]實施例1
煙葉含梗率的測量方法一，包括由稱重機構獲得的某一段待測煙葉流的質量信號，以及由圖像采集及處理機構獲得的該段待測煙葉流圖像信號；根據面積與質量關系，計算得到待測煙葉流中的含梗率Ql，具體步驟為:
Al、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，用閾值分割，區域分割，邊緣分割中的一種或幾種進行分割，用中值濾波方式對分割后的X射線成像噪聲進行濾除，之后統計出像素點個數作為待測煙葉流圖像面積；
A2、對已知質量q的煙梗進行成像，以獲得已知煙梗的面積S，從而得到單位面積上已知煙梗的質量:I = q/s,
A3、以步驟Al獲得的待測煙葉流圖像面積作為待測煙梗的面積SI，將該面積SI與步驟A2的已知煙梗質量I相乘,得到待測煙梗的質量m = SlXI ；
A4、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M，通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Ql為:Q1 = m/M。
[0021]為表明本發明的技術效果，通過實驗加以驗證:
對同一批煙梗的三十組樣本進行成像，并進行像素面積統計，結果如表I所示，可以得到單克煙梗對應的像素是:13565，得到像素點個數和煙梗質量的關系后，對煙梗的計算質量和實際測量質量進行誤差統計，結果見表2。
[0022]結論:面積法測量煙梗質量的誤差在:-8.2% — 9.9%最大誤差不超過10%。
[0023]表明:方法一可以基本測量煙梗的質量，對于20g左右的煙梗，平均誤差在5%左右，最大誤差不超過10%，可以大致的反應煙梗的質量和含梗率。
[0024]
【權利要求】
1.一種煙葉含梗率測定裝置，包括煙葉輸送帶，與煙葉輸送帶輸入端相接的煙葉攤薄機構，其特征在于在煙葉輸送帶上、下方互設X射線源和X射線探測器，且X射線探測器通過電纜與圖像采集及處理機構相連。
2.根據權利要求1所述的煙葉含梗率測定裝置，其特征在于所述攤薄機構為常規的振動槽，或者為帶轉動齒輥的輸送槽，或者為帶撥動齒耙的輸送槽。
3.根據權利要求1所述的煙葉含梗率測定裝置，其特征在于所述圖像采集及處理機構為圖像采集卡與計算機或計算芯片的組合，或者為計算機，或者為計算芯片。
4.根據權利要求1所述的煙葉含梗率測定裝置，其特征在于所述煙葉輸送帶的輸入端或者輸出端連接有稱重機構，稱重機構為常規電子秤，或者為稱重皮帶。
5.一種煙葉含梗率的測量方法，包括由稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量信號，以及由圖像采集及處理機構獲得的該段待測煙葉流圖像信號，其特征在于通過下列之一的方法: A、根據面積與質量關系，按下列步驟得到待測煙葉流中的含梗率Ql: Al、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，用閾值分割，區域分割，邊緣分割中的一種或幾種進行分割，用中值濾波方式對分割后的X射線成像噪聲進行濾除，之后統計出像素點個數作為待測煙葉流圖像面積； A2、對已知質量q的煙梗進行成像，以獲得已知煙梗的面積S，從而得到單位面積上已知煙梗的質量:I = q/s, A3、以步驟Al獲得的待`測煙葉流圖像面積作為待測煙梗的面積SI，將該面積SI與步驟A2的已知煙梗質量I相乘,得到待測煙梗的質量m = SlXI ； A4、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M，通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Ql為:Q1 = m/M ； 或者， B、根據體積與質量關系，按下列步驟得到待測煙葉流中的含梗率Q2: B1、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，用閾值分割，區域分割，邊緣分割中的一種或幾種進行分割，用中值濾波方式對分割后的X射線成像噪聲進行濾除，之后統計出像素點個數作為待測煙葉流圖像面積，模擬計算出該面積對應的待測煙葉流體積V:V=/|TrS da，式中a為煙梗的變化半徑，s為煙梗的面積； B2、對已知質量q的煙梗進行成像，以獲得已知煙梗的體積V，進而得到單位體積中已知煙梗的質量= q/v ; B3、以步驟BI獲得的待測煙葉流體積作為待測煙梗的體積VI，將該體積Vl與步驟B2的已知煙梗質量I相乘，得到待測煙梗的質量m = VlXI ； B4、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M，通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Q2為:Q2 = m/M ； 或者， C、根據待測煙葉流中煙梗厚度與X射線穿透性的關系，按下列步驟得到待測煙葉流中的含梗率Q3:Cl、將圖像采集及處理機構獲得的待測煙葉流圖像，按灰度不同分為N個梯度，每個梯度對應的單位面積質量分別為pl，p2，p3，…，對應的面積分別為S1，S2，S3…，從而得到煙梗的質量為 m=pl X Sl+p2 X S2+p3 X S3+—； C2、以稱重機構獲得的某一段待測煙葉流質量為M，通過下式計算得到該段煙葉流中的含梗率Q3為:Q3 = m/M ο
6.根據權利要求5所述的種煙葉含梗率的測量方法，其特征在于根據煙葉輸送線上獲得的流量kg/ h，即可計算出在時間t秒之內的煙葉流質量M，用步驟A或者B或者C中的任意一種方法，得出t秒內煙葉流中的煙梗質量m，即得煙葉含梗率Q = m/M。
【文檔編號】G01N5/00GK103776715SQ201410061575
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】蔣鑫巍, 劉斌, 習建平, 張輝, 毛偉俊, 李擁政 申請人:昆明聚林科技有限公司
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