CN114832927A - 一种用于丝状物分离和质量评价的系统及方法 - Google Patents

一种用于丝状物分离和质量评价的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于丝状物分离和质量评价的系统及方法，所述方法包括气流冲击与抛散、筛盘振动分级、夹缝气流抛散、传送带运动扩展分散以及丝状物的识别和分类统计。本发明的系统和方法实现丝状物的分离以及质量评价，克服了人工分离丝状物团和统计大量图片非常耗时的缺陷。

Description

一种用于丝状物分离和质量评价的系统及方法
技术领域
本发明涉及分离检测技术领域，特别涉及一种用于丝状物分离和质量评价的系统及方法。
背景技术
丝状物，是指物体宽度方向的尺寸大大小于长度方向尺寸、又轻又薄的物体，例如烟草的烟丝、丝状茶叶等。通过控制丝状物粗细和分级，从而控制丝状物的质量。烟丝是制备香烟过程关键的控制对象，烟丝的粗细和形态会影响烟丝燃烧速度和有害气体含量。通常，宽度0.8mm左右的细长烟丝是质量良好的烟丝，较宽的烟丝、几根叠起来的烟丝、网状烟丝，是劣质的烟丝。烟叶切割成为烟丝，是制作香烟的关键步骤和第一工序，直接影响香烟的质量。刀具锋利程度、刀具间隙、烟叶湿度、烟叶叠放的松紧程度以及烟叶进料速度等，很多因素都影响烟丝的切割质量。实际生产中，通常将几十公斤甚至几百公斤的烟叶作为一个批次，一起切割。如果切割不合格，这些烟丝就只能作为废料。
烟叶厚度很薄，被切割后形成又窄又长，脱水后卷曲各种形状，形成复杂三维立体丝状物。多根烟丝堆积在一起，烟丝之间相互缠绕形成复杂的团状物。这种团状物具有重量轻、形状不规则、容易断、烟丝相互缠绕和无规律等特点。
随着计算机技术发展和图像识别技术的进步，机器视觉可以识别某些物体和位置，但难以识别成团的丝状物如烟丝等，也很难通过机器学习将几根烟丝叠一起的烟丝团拆分成为单根。因此，目前丝状物如烟丝的分离和质量评价主要还是依赖于人工，导致存在效率低下、非常耗时的缺陷。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于丝状物分离和质量评价的系统及方法。
本发明采用以下技术方案：
一种用于丝状物分离和质量评价的系统，包括空气喷射器、筛盘、夹缝气流分散器和传送带，若干个所述筛盘从上到下依次分层排列，且各所述筛盘的筛分孔径从上到下依次减小，每个所述筛盘下方均设置有夹缝气流分散器，所述夹缝气流分散器的夹缝中心线与所述筛盘的平面呈抛射角度，所述抛射角度为锐角，所述空气喷射器位于最上层的筛盘上方，所述夹缝气流分散器与传送带相对设置，使得各个筛盘上的丝状物按抛物线运动并沉降到传送带上的不同区域。
进一步地，还包括摄像头和机器视觉分析模块，所述摄像头对准所述传送带的输送面，所述机器视觉分析模块用于识别所述丝状物的特征并进行归类统计。
进一步地，各所述夹缝气流分散器的抛射角度不同，所述抛射角度为25°-60°。
进一步地，位于上层的所述夹缝气流分散器的抛射角度大于位于下层的所述夹缝气流分散器的抛射角度。
进一步地，所述夹缝气流分散器呈斜度为0°-75°的喇叭状，横截面为矩形，出口处的夹缝长度等于或小于所述筛盘的半径，宽度为1-30mm。
一种用于丝状物分离和质量评价的方法，所述方法通过上述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统实现，具体包括如下步骤：
S1、气流冲击与抛散：利用空气喷射器喷出的气流，向上冲击并解离丝状物团，解离得到的丝状物向下向外分散；
S2、筛盘振动分级：所述丝状物散落在最上层的筛盘上，并在振动力的作用下，从最上层的筛盘逐级筛分到最下层的筛盘，完成所述丝状物的从大到小的分级；
S3、夹缝气流抛散：按照从上到下的顺序，各夹缝气流分散器依次将位于其上方的筛盘内的丝状物吹起，向斜上方抛射到传送带输送面上的对应区域；
S4、传送带运动扩展分散：传送带将落在其输送面上的丝状物向前传送，并进一步扩大各区域的丝状物。
进一步地，还包括步骤S5、丝状物的识别和分类统计：位于传送带上方的摄像头连续对传送带输送面上的丝状物进行摄像并将丝状物图像传送给机器视觉分析模块，所述机器视觉分析模块根据丝状物图像识别出不同丝状物的特征并按特征进行归类统计。
进一步地，所述丝状物的特征包括宽度、长度、网格状的丝状物、丝状物色彩、丝状物颜色明暗以及丝状物缠绕结团中的一种或任意几种。
进一步地，所述最下层的筛盘不振动。
采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
1、本发明的方法包括气流冲击与抛散、筛盘振动分级、夹缝气流抛散、传送带运动扩展分散，成团的丝状物被空气喷射器冲击而解团分散，实现第一分散，然后在气流和重力的作用下做抛物线运动，先向上向外运动，后向下向外分散，实现第二次分散；分散后的丝状物掉落到最上层的筛盘，通过振动筛盘，小一点的丝状物掉落到下一层筛盘，大的丝状物截留在上一层筛盘上，下一层的筛盘继续振动分级，实现丝状物从大到小的分级；筛盘下方的夹缝气流分散器依次吹起筛盘内的丝状物，不同筛盘的丝状物最终分散到同一条传送带上的不同区域，由于夹缝气流分散器和传送带的双重作用，筛盘上一个狭小区域内的丝状物之间的距离得到扩大，实现丝状物的自动分离；上述基于空气动力学的丝状物拆分和丝状物之间空间位置放大的方法，大大提高了丝状物分离的效率；
2、本发明通过机器视觉分析模块分析分散后的各丝状物的特征并统计，实现分离后的丝状物的质量评价，克服了人工统计大量图片非常耗时的缺陷；
3、本发明的方法可用于丝状物的分离和质量评价，具体包括对烟丝以及及烟丝类似物如茶叶、中药材等物质的分选和评价，还可用于如烟厂烟叶切割机的切割质量的监控和评价。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的夹缝气流分散器结构示意图。
附图标记说明：
1、空气喷射器；2、筛盘；3、夹缝气流分散器；4、传送带；5、摄像头；6、机器视觉分析模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，一种用于丝状物分离和质量评价的系统，包括空气喷射器1、筛盘2、夹缝气流分散器3和传送带4，两个所述筛盘2从上到下依次分层排列，且上层筛盘2的筛分孔径大于下层筛盘2的筛分孔径，每个所述筛盘2下方均设置有夹缝气流分散器3，所述夹缝气流分散器3的夹缝中心线与所述筛盘2的平面呈抛射角度，所述抛射角度为锐角，所述空气喷射器1位于上层的筛盘2上方，所述夹缝气流分散器3与传送带4相对设置，使得各个筛盘2上的丝状物按抛物线运动并沉降到传送带4上的不同区域。
还包括摄像头5和机器视觉分析模块6，所述摄像头5位于传送带4的上方，且对准所述传送带4的输送面，所述机器视觉分析模块6用于识别所述丝状物的特征并进行归类统计。
本实施例以烟丝作为分离和质量评价的对象，采用两层筛盘2，上层筛盘2孔径5mm，下层筛盘21mm，上层筛盘2振动频率为4000次/秒，下层筛盘2不振动，最终长的、大的烟丝停留在上层筛盘2，其他烟丝落到第下层筛盘2。
所述空气喷射器1为环状空气喷射器1，中空直径为25mm，气流从直径45到48环缝隙中喷出，喷气速度为7米/秒，烟丝团从空气喷射器1中心进入(也可以直接冲击空气喷射器1上方的烟丝)，在离开空气喷射器1出口大约5-10cm处被气流撞击，实现一次分散，然后，先向上下外抛射，再向下向外沉降，最终分散直径大约70cm空间，烟丝最终掉落到上层振动筛盘2上。
此外，在本实施例中，如图2所示，所述夹缝气流分散器3呈斜度为30°的喇叭状，为变截面的矩形，图2中A为夹缝的长度，夹缝的长度为32cm，略小于筛盘2的半径，B为夹缝的宽度，夹缝的宽度为4mm。两个所述夹缝气流分散器3的抛射角度不同，位于上层的所述夹缝气流分散器3的抛射角度为45°，位于下层的所述夹缝气流分散器3的抛射角度为28°，两个夹缝气流分散器3的喷气速度为5-12米/秒。
本实施例的传送带4的宽度为45cm，运动速度0.5-6米/秒。经过夹缝气流分散器3的抛射作用，筛盘2上长度为35cm，宽度2-5mm范围内的烟丝，被扩展到传送带4输送面上的45cm*10-20mm的范围内。本实施例的100克烟丝一个批次测试中，经过人工统计，分离成单根烟丝的效率为87％，采用机器视觉分析模块6分析和统计烟丝的特征，以烟丝宽度、色彩明暗为主要表征参数，通过机器学习，单个烟丝的识别效率为91％，时间只需要2分钟，克服了人工统计大量图片非常耗时的缺陷。
实施例二
一种用于丝状物分离和质量评价的方法，所述方法通过实施例一中所述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统实现，具体包括如下步骤：
S1、气流冲击与抛散：利用空气喷射器1喷出的气流，向上冲击并解离丝状物团，解离得到的丝状物向下向外分散；
S2、筛盘2振动分级：所述丝状物散落在最上层的筛盘2上，并在振动力的作用下，从最上层的筛盘2逐级筛分到最下层的筛盘2，完成所述丝状物的从大到小的分级；其中，所述最下层的筛盘2不振动；
S3、夹缝气流抛散：按照从上到下的顺序，各夹缝气流分散器3依次将位于其上方的筛盘2内的丝状物吹起，向斜上方抛射到传送带4输送面上的对应区域；
S4、传送带4运动扩展分散：传送带4将落在其输送面上的丝状物向前传送，并进一步扩大各区域的丝状物。
S5、丝状物的识别和分类统计：位于传送带4上方的摄像头5连续对传送带4输送面上的丝状物进行摄像并将丝状物图像传送给机器视觉分析模块6，所述机器视觉分析模块6根据丝状物图像识别出不同丝状物的特征并按特征进行归类统计。
所述丝状物的特征包括宽度、长度、网格状的丝状物、丝状物色彩、丝状物颜色明暗以及丝状物缠绕结团中的一种或任意几种。本实施例采用宽度和丝状物颜色明暗作为烟丝的主要特征进行归类统计。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于丝状物分离和质量评价的系统，其特征在于：包括空气喷射器、筛盘、夹缝气流分散器和传送带，若干个所述筛盘从上到下依次分层排列，且各所述筛盘的筛分孔径从上到下依次减小，每个所述筛盘下方均设置有夹缝气流分散器，所述夹缝气流分散器的夹缝中心线与所述筛盘的平面呈抛射角度，所述抛射角度为锐角，所述空气喷射器位于最上层的筛盘上方，所述夹缝气流分散器与传送带相对设置，使得各个筛盘上的丝状物按抛物线运动并沉降到传送带上的不同区域。
2.如权利要求1所述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统，其特征在于：还包括摄像头和机器视觉分析模块，所述摄像头对准所述传送带的输送面，所述机器视觉分析模块用于识别所述丝状物的特征并进行归类统计。
3.如权利要求2所述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统，其特征在于：各所述夹缝气流分散器的抛射角度不同，所述抛射角度为25°-60°。
4.如权利要求3所述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统，其特征在于：位于上层的所述夹缝气流分散器的抛射角度大于位于下层的所述夹缝气流分散器的抛射角度。
5.如权利要求4所述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统，其特征在于：所述夹缝气流分散器呈斜度为0°-75°的喇叭状，横截面为矩形，出口处的夹缝长度等于或小于所述筛盘的半径，宽度为1-30mm。
6.一种用于丝状物分离和质量评价的方法，其特征在于：所述方法通过如权利要求1-5任一项所述的一种用于丝状物分离和质量评价的系统实现，具体包括如下步骤：
S1、气流冲击与抛散：利用空气喷射器喷出的气流，向上冲击并解离丝状物团，解离得到的丝状物向下向外分散；
S2、筛盘振动分级：所述丝状物散落在最上层的筛盘上，并在振动力的作用下，从最上层的筛盘逐级筛分到最下层的筛盘，完成所述丝状物的从大到小的分级；
S3、夹缝气流抛散：按照从上到下的顺序，各夹缝气流分散器依次将位于其上方的筛盘内的丝状物吹起，向斜上方抛射到传送带输送面上的对应区域；
S4、传送带运动扩展分散：传送带将落在其输送面上的丝状物向前传送，并进一步扩大各区域的丝状物。
7.如权利要求6所述的一种用于丝状物分离和质量评价的方法，其特征在于：还包括步骤S5、丝状物的识别和分类统计：位于传送带上方的摄像头连续对传送带输送面上的丝状物进行摄像并将丝状物图像传送给机器视觉分析模块，所述机器视觉分析模块根据丝状物图像识别出不同丝状物的特征并按特征进行归类统计。
8.如权利要求7所述的一种用于丝状物分离和质量评价的方法，其特征在于：所述丝状物的特征包括宽度、长度、网格状的丝状物、丝状物色彩、丝状物颜色明暗以及丝状物缠绕结团中的一种或任意几种。
9.如权利要求8所述的一种用于丝状物分离和质量评价的方法，其特征在于：所述最下层的筛盘不振动。
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