CN106483131A - 一种烟用梗丝形态表征评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟草加工技术领域，具体涉及一种烟用梗丝形态表征的评价方法。该方法首先通过图像采集系统获取梗丝二维数字图像，然后利用计算机视觉技术获取梗丝的面积及长度，并计算出梗丝的平均宽度，再经自动化带入叶丝宽度分布方程和特征宽度方程计算出梗丝样品的特征宽度及均匀性系数；依据这些统计结果可对梗丝的形态特征进行表征并对梗丝的均匀程度进行评价。评价方法中的均匀性系数、特征宽度等数据，不仅可用于梗丝形态特征的定量对比分析，也为不同梗线加工工艺参数的优化、梗线关键工序不同工艺条件的改进、及梗丝加工质量的提高提供了基本数据依据，因而具有较好地实用价值。
Description
技术领域
本发明属于烟草加工技术领域，具体涉及一种烟用梗丝形态表征的评价方法。
背景技术
梗丝作为卷烟的重要原料，具有较强的填充性和良好的燃烧性，用于卷烟叶组配方时，不仅可以改善卷烟燃烧性能、增强香气的透发，还可以降低卷烟主流烟气释放量，并能显著降低配方成本，缓解烟叶原料紧缺矛盾。
现有卷烟加工过程中，通过梗线工艺制成的梗丝多以“片状”形式存在，由于其形态上与叶丝差别较大，进而导致其与叶丝的配伍性较差，不利于梗丝与其它烟丝组分间的均匀搀兑，从而影响了卷烟吸阻等卷制质量的稳定性。基于这一缺陷，对梗丝形态进行检测与准确的定量表征，可为烟支质量的稳定奠定良好基础。
针对梗丝形态的表征评价，现有技术尚缺乏深入的研究和较为统一的评价方法，仅有部分零星研究。其中专利CN103162626A公开了一种烟用梗丝形态检测与定量表征的方法，该方法通过图像法测定计算梗丝的形态指数，该形态指数可表征梗丝从片状到丝状的不同形态特征，便于对梗线不同工艺及不同条件制备的梗丝的形态进行定量的对比分析。但是该方法在对梗丝形态进行检测评价时，首先需对不同长度的梗丝进行区间分类统计，操作较为繁琐，加上最后只能得出形态指数的平均值，难以反映样品的整体水平，因而实际生产中难以推广应用。也因此，探讨新的梗丝形态表征评价方法或者对现有评价方法进行改进就具有十分重要的应用意义。
发明内容
本发明目的是提供一种烟用梗丝形态表征评价方法，从而对梗丝形态做出更加准确的定量评价，为烟支质量稳定奠定良好应用基础。
本发明所采取的技术方案详述如下。
一种烟用梗丝形态表征评价方法，具体包括如下步骤：
（1）梗丝预处理，具体为：
将梗线工艺所制备梗丝置于 (22±1)℃、相对湿度(60±2)%的环境中平衡48 h，并筛除长度1.0 mm以下碎丝；
随机抽取不少于100根的梗丝水平铺料于检测台上，用透明玻璃板压盖；
（2）采集图像，并进行自动计算，具体为：
对步骤（1）中平铺于检测台上梗丝，利用拍照设备（如普通数码相机、或专业的自动化采集的CCD相机等）采集检测台上梗丝的二维或三维数字图像，保存、并传输至计算机由测量软件及数据统计计算软件进行数据处理与分析；
具体数据处理包括如下几个方面：
A. 统计所采集图像中每根梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中每根梗丝所对应面积S；
B. 利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，分析确定每根梗丝的长度L，同时根据步骤A中所记录的面积S，依据下述公式计算出每根梗丝对应的宽度W，；
确定梗丝长度L时，可以梗丝颗粒投影轮廓两边界平行线间的距离作为替代数据（间接测量方法）；
C. 对所采集图像中梗丝样品的宽度及数量进行统计，并与叶丝宽度分布方程进行拟合，计算出均匀性系数e，计算公式如下：；
式中，x为区间下限（mm），F(x)为≥x的叶丝宽度之和占总宽度的比例，即样品宽度区间限上累积百分比（%），d为方程参数，e为均匀性系数；
区间下限x可具体设置为0.6mm，以0.05mm作为统计梯度（即依次统计叶丝宽度≥0.6mm、≥0.65mm 、≥0.7 mm、……等宽度区间内的叶丝宽度占总宽度的比例）；
D. 在步骤C获得均匀性系数e的基础上，通过特征宽度方程，计算获得梗丝的特征宽度y，以此作为衡量梗丝整体宽度的特征量，计算结果精确至0.01 mm；所述特征宽度方程为：；
式中，y为梗丝样品特征宽度（mm）；
E. 根据步骤B中计算所获得的宽度W数据，将梗丝宽度以0.6 mm作为下限、1.8 mm作为上限，以0.3 mm梯度划分为6个区间（即0.6mm以下、0.6~0.9mm、0.9~1.2mm、1.2~1.5mm、1.5~1.8mm、1.8mm以上），然后统计各宽度区间内对应梗丝数量，并计算获得各梗丝宽度区间内的梗丝占比（数量百分比例）；
具体统计宽度区间占比最高梗丝数量时，可取临近的2个宽度区间的梗丝数量进行统计；
（3）对梗丝形态表征进行评价，具体为，依据步骤（2）中均匀性系数e、特征宽度y、不同梗丝宽度区间内梗丝占比数据对梗丝形态表征进行综合评价，具体评价标准如下：
上述评价标准中：
将梗丝特征宽度、占比最高的梗丝宽度区间这两项指标相结合，从而定义梗丝的形态；结合实际的梗丝形态，将梗丝形态划分为丝状、片状、近丝状和近片状4种。
本发明所提供评价方法，首先通过图像采集系统获取梗丝二维数字图像，然后利用计算机视觉技术获取梗丝的面积及长度，并计算出梗丝的平均宽度，再经自动化带入叶丝宽度分布方程和特征宽度方程计算出梗丝样品的特征宽度及均匀性系数；依据这些统计结果可对梗丝的形态特征进行表征并对梗丝的均匀程度进行评价。
本发明评价方法中所采用的特征宽度数据，可较好的表征梗丝从片状到丝状的不同形态特征，反映出梗丝整体宽度的特征量；所采用的均匀性系数，可较好的反映梗丝样品宽度分布的均匀程度；通过对特征宽度与宽度分布区间的结合所进行的梗丝形态表征评价，较好地反映了梗丝样品整体形态特征。
总体而言，评价方法中的均匀性系数、特征宽度等数据，不仅可用于梗丝形态特征的定量对比分析，也为不同梗线加工工艺参数的优化、梗线关键工序不同工艺条件的改进、及梗丝加工质量的提高提供了基本数据依据，因而具有较好地实用价值。
附图说明
图1为梗丝宽度的拟合曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请做进一步的解释说明。在介绍具体实施例前，就下述实施例中部分生产背景情况简要介绍如下。
下述实施例以河南中烟工业有限责任公司所属某卷烟厂的梗丝为例，对烟梗形态表征进行了具体评价。所采用的烟梗原料为配方烟梗，主要配方为云南、河南和湖南产烟梗，针对该配方烟梗的大致加工流程为：按照直径、长度将不合格烟梗分选掉，采用“一回一贮”简化工艺进行回潮，采用“薄压薄切”形变工艺和滚筒薄板干燥工艺，压梗厚度为0.6mm，切梗丝厚度为0.1mm，加料回潮后水分达到36%，薄板干燥HT蒸汽流量150kg/h，筒壁温度140℃，热风风速0.7m/s，出口水分设定13.0%。 本申请对采用该工艺所加工生产的梗丝形态表征进行了具体评价，具体情况详述如下。
实施例
本发明所提供的烟用梗丝形态表征评价方法，具体包括如下步骤：
（1）梗丝预处理，具体为：
将梗线工艺（即前述具体实施方式部分所制备烟梗）所制备梗丝置于 (22±1)℃、相对湿度(60±2)%的环境中平衡48 h，并筛除长度1.0 mm以下碎丝；
随机抽取100根梗丝水平铺料于检测台上，用透明玻璃板压盖。
（2）采集图像，并进行自动计算，具体为：
对步骤（1）中平铺于检测台上梗丝，利用拍照设备（如普通数码相机、或专业的自动化采集的CCD相机等）采集检测台上梗丝的二维或三维数字图像，保存、并传输至计算机由测量软件及数据统计计算软件进行数据处理与分析。
具体数据处理包括如下几个方面：
A. 统计所采集图像中每根梗丝的像素点数，并根据单个像素点面积，计算出图像中每根梗丝所对应面积S。
B. 利用计算机中图像处理算法对采集的梗丝图像进行处理，分析确定每根梗丝的长度L，同时根据步骤A中所记录的面积S，依据下述公式计算出每根梗丝对应的宽度W，；
确定梗丝长度L时，可以梗丝颗粒投影轮廓两边界平行线间的距离作为替代数据（间接测量方法）。
C. 对所采集图像中梗丝样品的宽度及数量进行统计，并与叶丝宽度分布方程进行拟合，计算出均匀性系数e，计算公式如下：；
式中，x为区间下限（mm），F(x)为≥x的叶丝宽度之和占总宽度的比例，即样品宽度区间限上累积百分比（%），d为方程参数，e为均匀性系数；
区间下限x具体设置为0.6mm，以0.05mm作为统计梯度（即依次统计叶丝宽度≥0.6mm、≥0.65mm 、≥0.7mm、……等宽度区间内的叶丝宽度占总宽度的比例），列出表格如下并作出拟合曲线（拟合曲线如图1所示）：
将所得数据利用最小二乘法拟合叶丝宽度分布方程可以得出方程参数d=0.0606、均匀性系数e=4.8941。
D. 在步骤C获得均匀性系数e的基础上，通过特征宽度方程，计算获得梗丝的特征宽度y，以此作为衡量梗丝整体宽度的特征量，计算结果精确至0.01 mm；所述特征宽度方程为：
；
式中，y为梗丝样品特征宽度（mm）；
计算结果表明：特征宽度y=1.65mm。
E. 根据步骤B中计算所获得的宽度W数据，将梗丝宽度以0.6 mm作为下限、1.8 mm作为上限，以0.3 mm梯度划分为6个区间（即0.6mm以下、0.6~0.9mm、0.9~1.2mm、1.2~1.5mm、1.5~1.8mm、1.8mm以上），然后统计各宽度区间内对应梗丝数量，并计算获得各梗丝宽度区间内的梗丝占比（数量百分比例）；
具体统计宽度区间占比最高梗丝数量时，可取临近的2个宽度区间的梗丝数量进行统计。
具体统计结果如下：
。
（3）对梗丝形态表征进行评价，具体为，依据梗丝形态、步骤（2）中均匀性系数e、特征宽度y、不同梗丝宽度区间内梗丝占比数据对梗丝形态表征进行综合评价：
该样品特征宽度为1.65mm，属于1.2～1.8mm区间，且梗丝宽度占比最高区间为1.2～1.8mm，其均匀性系数e为4.8941。
评价结果表明，该批次梗丝样品属于近片状梗丝，且均匀程度一般。基于此评价结果，可对相关生产工艺进行有针对性的改变。
Claims (4)
1.一种烟用梗丝形态表征评价方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）梗丝预处理，具体为：
将梗线工艺所制备梗丝进行平衡，并筛除长度1.0 mm以下碎丝；
随机抽取不少于100根的梗丝水平铺料于检测台上；
（2）采集图像，并进行自动计算，具体为：
对步骤（1）中平铺于检测台上梗丝，利用拍照设备采集检测台上梗丝的二维或三维数字图像，保存、并传输至计算机由测量软件及数据统计计算软件进行数据处理与分析；
具体数据处理包括如下几个方面：
A、获得每根梗丝所对应面积S；
B、分析确定每根梗丝的长度L，同时根据步骤A中所记录的面积S，依据下述公式计算出每根梗丝对应的宽度W，W=S/L；
C、 对梗丝样品的宽度及数量进行统计，并与叶丝宽度分布方程进行拟合，计算出均匀性系数e，计算公式如下：F（x）=exp（-dxe）；
式中，x为区间下限，F(x)为≥x的叶丝宽度之和占总宽度的比例，即样品宽度区间限上累积百分比，d为方程参数，e为均匀性系数；
D、 在步骤C获得均匀性系数e的基础上，通过特征宽度方程，计算获得梗丝的特征宽度y；
所述特征宽度方程为：；
式中，y为梗丝样品特征宽度；
E、根据步骤B中计算所获得的宽度W数据，将梗丝宽度划分为若干区间，然后统计各宽度区间内对应梗丝数量，并计算获得各梗丝宽度区间内的梗丝占比；
（3）对梗丝形态表征进行评价，具体为，依据步骤（2）中均匀性系数e、特征宽度y、不同梗丝宽度区间内梗丝占比数据对梗丝形态表征进行综合评价。
2.如权利要求1所述烟用梗丝形态表征评价方法，其特征在于，步骤C中，区间下限x具体设置为0.6mm，以0.05mm作为统计梯度。
3.如权利要求1所述烟用梗丝形态表征评价方法，其特征在于，步骤E中，将梗丝宽度以0.6 mm作为下限、1.8 mm作为上限，以0.3 mm梯度划分为6个区间。
4.如权利要求1所述烟用梗丝形态表征评价方法，其特征在于，步骤（3）中，将梗丝特征宽度、占比最高的梗丝宽度区间这两项指标相结合，从而定义梗丝的形态，具体将梗丝形态划分为丝状、片状、近丝状和近片状4种；具体评价标准为：
。
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