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TZCY系列烟丝精选装置产品手册

安徽省天森烟草机械有限公司

 

1、产品简介

2、装置结构

2.1    总体结构和工作流程

2.2    体系结构  

2.3    高速图像处理卡   

2.4    4CCD棱镜分光相机 

2.5    图像采集光源 

2.6    电磁阀阵列 

2.7    电磁阀驱动及IO信号控制板卡

3、产品特点

3.1    国内领先技术

3.2    提升残烟品质

4、技术规格

4.1    TZCY烟丝精选装置的技术指标

4.2    用户提供工艺辅助设施的要求

4.3    现场图片

5、质量认证

1、产品简介

安徽省天森烟草机械有限公司的核心团队,率先把图像处理技术应用在残烟处理回收线上,是国内拥有此项核心技术公司之一。TZCY烟丝精选装置的出现改变了残烟处理工艺中,对烟丝降级使用的惯例。通过TZCY装置精分过的烟丝可直接回用到原级别(规格)烟丝中继续使用,无需再降级利用。提高了烟丝回用效益,节约率可达90%以上,成为残烟回收工艺流程中线必不可少的装备。

目前各个卷烟厂都有残烟回收生产线,将卷烟机、包装机上剔除的废烟支、剥离卷烟纸、分离烟丝进行回收利用。国内残烟回收生产线部分采用进口设备,如ITMGARBINO等,大部分采用国产设备,如常德烟机厂的FY113废烟支处理机,江苏智思FY31型残烟处理系统,许昌烟草机械厂的FY114FY36等。废烟支经过排序、剖切、振动筛分(或者湿润、柔性击打、旋转筛分)之后,得到回收的烟丝,这些烟丝中一般都含有少量的烟纸、滤嘴物及其它废弃物。国产设备处理后烟支尤为严重,含烟纸和滤嘴物比较多,直接影响烟支的吸味和燃烧性。一般在卷烟厂残烟回收的过程中,总要辅以人工挑拣烟丝中的纸屑和滤嘴物等杂物,人工挑拣纸屑,费工费时,挑拣后的烟丝质量的不到保证,且通过人工的接触也会给烟丝带来一定污染,也会进一步增加回收烟丝的造碎率。

为了使回收烟丝更加纯净,减少造碎,南京图治自动化科技有限公司研制了TZCY烟丝精选装置,TZCY装置结合烟草异物检测剔除设备的经验,在算法重新整合,针对滤嘴和纸屑等主要特征作为去除目标,检测区域的上部安装有美国CREE公司的LED光源,其线性光照的恒定和显色性明显优于其它光源组合。当处理后的烟丝流经该区域时,基于4棱镜分光的彩色高速线阵工业CCD相机对高速运行的烟丝进行摄取实时扫描图像,特别提出的是,此CCD跟以往采用的3CCD线阵相机有所变化,主要是分镜中加入红外成像部分,用于对颜色接近烟丝的水松纸进行识别,还可兼顾识别烟丝中夹带的梗芊也能做到一定的识别。由线阵采集的数据送入嵌入式FPGA+DSP图像处理硬件平台。数字图像处理硬件平台能以非常高的速度有效鉴别异物,并向执行机构提供异物的相对坐标数值,实时定位高速气阀,执行剔除。

TZCY烟丝精选装置通过厂家使用后得知,其具有系统稳定,操作简单;烟丝回收率高、烟丝纯净度高、造碎小的特点,回收的烟丝可直接掺兑到烟丝中进入卷接包工序。经过处理后的烟丝,每500克仅含3片左右烟纸,大大提高了回收烟丝的质量,对烟丝的回收再利用起到积极深远意义,同时还体现出可观的经济效益,深受用户好评。

TZCY装置外观

 

1  TZCY烟丝精选装置 

2、装置结构

2.1 总体结构和工作流程

烟丝通过高频振荡均匀摊薄后,进入TZCY烟丝精选装置的特殊输送通道,通道内将输送的烟丝速度提高到2/秒。目的是将烟丝在瞬间拉薄,最大限度地做到烟丝间不叠加,可使CCD线阵扫描时获得一个层面的图像,经扫描采集的数据(图像),送入嵌入式FPGA+DSP图像处理硬件平台。该硬件平台采用FPGA硬件逻辑方式实现复杂核心算法,将算法固件化嵌入在芯片内核中,可以平稳、准确的频率对数据的做及时处理判断,多芯片的数据处理内核采用了CPU矩阵(分割数据并行处理)来完成进一步的更复杂的图像识别算法。

TZCY烟丝精选装置采用和烟丝近似颜色的皮带作为检测背景,能有效突出异物在烟丝中的特征,有效避免烟丝及异物的阴影干扰。系统检测能准确地将烟丝和杂物区分开,减少误判,从而保证了整个检测系统的有效、精准特性。由公司的技术核心团队率先研制成功,并把该技术引入到烟丝除杂中采用。

  

总体结构示意图

TZCY装置分三大部分:1)电器部分,提供元器件电源输出及PLC模块信号传递 ;2)输送部分,平稳输送物料 ;3)视觉部分,图像采集及执行剔除的机构。

2.2 体系结构

独创新一代异物识别算法融合了颜色、形状、纹理等异物特征参数,对采用传统算法难以解决的杂物剔除效果更好。传统的处理办法是烟丝经过处理后都要降级使用,而经过烟丝精选设备以后基本可以不降级,解决了传统残烟处理烟丝回收率低,烟丝中含纸率高,烟丝结构差等问题,显著提高了回收烟丝的质量,降低卷烟厂的原料的消耗。

此系统是整套设备的精髓,是设备剔除精确性高,系统稳定可靠,使用维护方便的保证。

 

系统结构为FPGA+DSP嵌入系统结构。如上图-3所示。

上位机采用西门子上位机(HMI)一体工控机,主要实现管理功能:图像查看、参数设定等人机界面操作。

即使上位机出现问题,也不会影响整个系统运行。系统依然实现烟纸剔除等功能。因此,可靠性大大提高。

 

 

2.3 高速图像处理卡

高速图像处理卡是公司自主研制开发的全新高性能、高集成性板卡。由我司技术领军,带领其10多名研究生团队,经历无数次的论证和实践后,完美地实现预期目标。一块板卡融入的是开发团队6年多的时间花费,仅线路板一项就集成了原6块板卡方能达到的目标,其浓缩了国内外相关处理卡之精华,功能及多种接口的完善性能是目前最为先进。通过在钢铁企业线材流水线检测中测试,各项性能指标已超过现阶段各国进口多种版本的处理平台。已为大型企业设备中的图像处理平台配套使用,完全打破了进口图像处理平台的垄断地位。

图像处理卡采用自主知识产权的FPGA+DSP图像处理硬件平台,用硬件运算实现复杂算法,处理速度极高,可以根据颜色、形状、纹理等特征参数准确识别杂物,还可通过过滤边缘的算法实现对红外图像采集的数据做出判断,从而对颜色近似目标有效识别。

 

5  FPGA+DSP采集卡

2. 4CCD棱镜分光相机

相机是烟丝精选装置的眼睛,是非常关键的原器件。TZCY装置采用的基于棱镜分光的彩色高速线阵工业相机,能有效保证所采集到的图像还原不失真、不变异等特性,是一般工业相机采集过程无法做到的,从而为检测和剔除提供可靠的保障。

此类相机核心感光器件由4CCD和分光棱镜组成,相对于传统的加装拜尔滤镜的单片CCD相机来说,棱镜分光4CCD相机能把入射光分解成红、绿、蓝、及红外图像四种色光,由4CCD分别独立负责其中一种色光的成像,色彩还原性、亮度和清晰度都比单CCD更加犀利,所以动态成像质量的更高。一般只有军事或高端大型动态拍摄时,才会用到此类型相机采集成像。

此外,高速线阵相机与通常用的面阵CCD不同的是:线阵CCD图像扫描的输出是一条线上的像素,而不是一个面上的像素。当物体在CCD下不停的移动时,这些线就组合成一个延绵不断的面。采用线阵CCD的另一个好处是扫描频率很高,达到17kHz(即每秒钟17000条扫描线),即使对于高速运动中的物料,也能形成高分辨率的图像。而通常使用的面阵CCD扫描频率为25/30Hz,远低于线阵CCD的扫描频率,并且在物体高速运动时,面阵CCD还可能会导致图像模糊,使图像处理单元无法准确识别异物。所以,此CCD采集的图像的数据量非常庞大,需要有相应的数据分类处理平台才能满足数据流的实时处理。

本系统使用的数字式线阵CCD可识别的颜色种类数量为16,777,216(解析成三原色及红外图像)。最小尺寸分辨率为600毫米/2048=0.3毫米。

 

2.5 图像采集光源

光源对于一个图像识别系统而言,有着非常关键的作用。传统照明光源一般采用荧光灯或者陶瓷金属卤素灯,荧光灯一般寿命较短,光衰至额定照度的80%3000小时;而金属卤素灯虽然寿命相对于荧光灯较长,但属于点光源,光照以点阵密布,对于线阵扫描成像时,其光照均匀性无法与线光源的元器件相提并论。

TZCY装置采用的全新LED组合光源具有亮度高、寿命长以及线性均匀度好的特点,相对于传统光源,LED光源是迄今为止最适合烟丝精选装置的图像采集光源。

1    单条LED光源光强可达10000流明

2  LED灯具有发光效率高、寿命长、使用稳定等优点

3    光源线性均匀度好,线性图像一致性好、色彩还原性好,对于动态图像采集识别十分有益。

各种光源对比表:

常用光源对比表

7  LED光源

电磁阀阵列

108个电磁阀(美国SMC品牌)紧密无缝排列形成的电磁阀阵列,电磁阀气孔的中心距为5.37mm,气流量从0达到额定流量100%时的响应时间为3ms,高速条件下将杂物剔除,喷气角度精确、闭合快捷、相对带出比例很低。

 

 

密集排列的电磁阀组合,可精准定位坐标触发

2.7 电磁阀驱动及IO信号控制板卡

驱动板采用自主研发的阀门专用总线标准ValveLink,每个电磁阀驱动板可以准确地控制32个电磁阀,在接到FPGA+DSP图像处理硬件平台信号后,自动准确分配到对应的阀门,执行剔除。 

 

剔除驱动板

3、产品特点

3.1 国内领先技术

公司长期致力于图像识别技术的应用与研发,与《南京理工大学》和《东南大学》结成科技创新联盟,我公司核心技术人员长期辅导其院校的相关专业研究生,形成强大的科技推动力量。TZCY装置的研制成功,与我们长期的专业知识积累息息相关。该项技术在烟丝精选方面应用成功后,很快被同行间效仿。但我们的目标是,现有‘最好’一定会被“更好”的创造所取代…

3.2 提升残烟品质

精选前,每500克烟丝中的纸片和滤嘴物的含量,大都在几十片以上或更多,所以,在通过人工初步挑选后都得降级使用,增加了原料的消耗。

残烟回收过程中,总要辅以人工挑选烟丝中的纸屑和滤嘴物等杂物,费工费时,剔除质量不能保证,品质不可控。人工接触后的烟丝也会增加些“软污染”,一般人工挑选烟丝的过程,卷烟厂是绝对不会让外人看见的,与现代化装备的卷烟企业形象形成强烈反差。

 

10  精选前后图片对比

精选后,每500克烟丝中,所含烟纸和滤嘴物约3~5片。

回收后的烟丝不需要降级使用,可直接掺兑到烟丝中进入卷接包工序,降低了卷烟厂的原料消耗 。由于不需要人工挑拣纸屑和滤嘴物等杂物,省工省时,剔除质量得到保证,品质可控。生产形象上,也不用再避讳人工作业所带来的不利影响。

4、技术规格

4.1 TZCY烟丝精选装置的技术指标

TZCY烟丝精选装置主要技术指标和规格 

序号

   

   

1

烟纸(含滤嘴物)的有效剔除率

92% 以上 

2

烟丝带出率

1% 以下

3

精选后的含杂率

分离后每500克烟丝中,烟纸和滤嘴物不多于3片

4

生产流量

300KG/H

5

供电情况

380VAC(三相五线制)

6

电源功率

3KW

7

主机体积

1450mm×910mm×1150mm(长×宽×高)

8

主机净重

480KG

 

4.2 用户提供工艺辅助设施的要求

电力 

供给电控系统的单相电源以及供给电机的三相电源和电机启动器符合以下规格:

电源:380VAC±10%50/60Hz3KVA

电机(1台)控制纳入集控系统中

PE接地线和信号接地线各一根

供气 

仪表级的压力空气用来剔除烟丝中的异物,必须符合以下规格:

空气质量应达到仪表用压缩空气要求

最小5公斤/平方厘米,最佳压力6公斤/平方厘米

平均空气消耗50立方米/小时,最大90立方米/小时

其他配套项目

平台,由公司根据烟厂相关设备布局,提供设计图纸。烟厂负责制造、安装烟纸收集输送带或箱子。

4.3 现场图片

 

 

5、质量认证

11  现场安装范

TZCY 烟丝精选装置,于20135月通过了ISO 9001产品质量体系认证。生产和出厂检测均有严格管理流程,安装和售后服务团队,均有多年服务烟草行业的丰富经验。按照我们的管理流程,对已安装并交付使用后的设备,均要进行一年二次的回访,全天候地接受相关咨询,倾力为用户解除后顾之忧。此检测装置设敬请放心使用。

TZ烟叶精选系统处理软件》获国家知识产权版权局软件著作版权认证,属原创系统处理软件,获知识产权法保护。

 

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