基于3D激光智能相機(jī)的煙絲填充值計(jì)算的研究

袁興　林錦超　王瀚　朱云霞

摘 要：隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的發(fā)展，煙草工業(yè)對煙草工藝檢測水平要求也越來越高，煙草工藝指標(biāo)中煙絲填充值指標(biāo)也是關(guān)鍵指標(biāo)之一，該指標(biāo)對卷煙的外觀、品質(zhì)、成本都有影響。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室檢查是通過離線采樣一定煙絲，在實(shí)驗(yàn)室通過加壓煙絲，測算煙絲在一定容積的容器內(nèi)經(jīng)過一定時(shí)間受力后的體積，然后換算成填充值，該方法比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且精度也受人工影響，為了讓檢測數(shù)據(jù)更加有效精準(zhǔn)，該文提出了一種通過3D激光智能相機(jī)、配合在線稱重，實(shí)時(shí)軟件算出煙絲填充值，能精準(zhǔn)反應(yīng)煙絲的工藝品質(zhì)，滿足煙草智能智造的要求。

關(guān)鍵詞：3D激光智能相機(jī) 稱重 煙絲填充值

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0004-03

Abstract：With the development of modern industrial level， the tobacco industry has higher requirements for the tobacco process detection level， one of the key indicators of recharge index is the filling process of tobacco indicators， this index has an effect on cigarette appearance， quality， cost. The traditional laboratory is through off-line sampling some tobacco and tobacco by pressure in the laboratory， estimates of tobacco in a certain volume within the container after a certain period of time after loading volume， and then converted into the fill value， this method is time-consuming， and the precision is influenced by manual work， in order to make the testing data more accurate and effective， is presented in this paper. By 3D laser camera， with intelligent weighing online， real-time software to calculate the filling value， can accurately reflect the process quality of tobacco， tobacco made intelligent requirements meet.

Key Words：3D laser intelligent camera； Weighing； Fill of cut tobacco

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了煙草行業(yè)的飛速發(fā)展，煙草工藝檢測水平也隨之得到了快速的發(fā)展。煙草工藝檢測中涉及煙絲水分、煙絲大小、煙絲填充值等參數(shù)，其中煙絲填充值工藝對卷煙的外觀、吸阻、吸食、成本等都有關(guān)聯(lián)，是反應(yīng)卷煙生產(chǎn)成本與原材料消耗的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、是卷煙加工煙絲的一個(gè)重要物理指標(biāo)。

傳統(tǒng)檢測煙絲填充值的方法是通過人工采樣樣本，在實(shí)驗(yàn)室稱取一定重量的煙絲放入容器，在煙絲上施加一定壓力并維持一定時(shí)間，測量煙絲的體積，通過重量、體積換算出煙絲填充值。人工方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還受到人工因數(shù)的影響。該文詳細(xì)論述了一種在線實(shí)時(shí)自動軟件計(jì)算填充值的方法，彌補(bǔ)了人工方法的缺陷。

1 煙絲填充值和3D激光智能相機(jī)簡介

1.1 煙絲填充值

煙絲填充值是煙絲在一定時(shí)間、一定壓力的持續(xù)作用下，單位質(zhì)量所占的容積，目前煙草企業(yè)測量煙絲填充值，是通過人工離線檢測換算得出的。

一般是稱取10～20 g的煙絲并放入容器，并在煙絲上施加29 N的均勻壓力，計(jì)算出填充值如下：填充值=煙絲體積/煙絲重量，并多次計(jì)算取平均值，得出有效填充值。

1.2 3D激光智能相機(jī)

目前常用的視覺檢測手段是2D相機(jī)，即從灰度圖中提取被測物體特征，在X-Y平面內(nèi)進(jìn)行測量，但是不能獲得z方向信息。3D視覺技術(shù)就是用來實(shí)現(xiàn)測量深度、體積、厚度等立體情況的技術(shù)。

3D視覺技術(shù)主要原理是結(jié)構(gòu)光三角測量法，該模型主要包括2D相機(jī)、鏡頭、激光器、標(biāo)定算法等，主要利用2D相機(jī)中拍攝到的激光線形變，通過三角公式即可獲取被測物體的高度信息。

3D激光智能相機(jī)將2D相機(jī)、鏡頭、激光器、標(biāo)定算法集成在一起，出廠前標(biāo)定完畢，開發(fā)周期短，外形緊湊，大大降低了技術(shù)人員的開發(fā)工作量，能有效解決立體圖像分析的場合。圖1是3D激光智能相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

2 3D激光智能相機(jī)在煙絲填充值計(jì)算中的原理與應(yīng)用

2.1 3D激光智能相機(jī)在煙絲填充值計(jì)算中的應(yīng)用原理

在線煙絲填充值計(jì)算系統(tǒng)主要由3D激光智能相機(jī)、皮帶稱重系統(tǒng)、軟件分析計(jì)算系統(tǒng)等構(gòu)成。3D激光智能相機(jī)安裝在皮帶稱重系統(tǒng)支架上，皮帶稱重系統(tǒng)實(shí)時(shí)稱重輸出重量，3D激光智能相機(jī)實(shí)時(shí)掃描得出體積信息，軟件分析系統(tǒng)通過運(yùn)算得出一定重量、一定體積的煙絲實(shí)時(shí)填充初始值，然后經(jīng)過比例換算，得出一定壓力下的煙絲填充值。圖2是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖。

軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收皮帶秤信息，含稱重信號，3D激光智能相機(jī)實(shí)時(shí)獲取皮帶秤皮帶速度，實(shí)時(shí)輸出體積信息，軟件計(jì)算系統(tǒng)結(jié)合皮帶秤信息、體積信息、換算比例關(guān)系，實(shí)時(shí)得出煙絲填充值數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫，并經(jīng)過數(shù)據(jù)大量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得出有效的填充值，供煙草工藝部門查看。圖3是填充值軟件計(jì)算系統(tǒng)框架圖。

2.2 3D激光智能相機(jī)在煙絲填充值計(jì)算中的實(shí)際應(yīng)用

借助3D激光智能相機(jī)能實(shí)時(shí)檢測3D數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)得出體積信息，外加稱重皮帶數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)得出煙絲填充值大量原始數(shù)據(jù)，并經(jīng)過離線數(shù)據(jù)分析，對比在線數(shù)據(jù)，得出經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，換算得到煙絲填充值的有效數(shù)據(jù)，供工藝部門使用，大大簡化了煙絲填充值的檢測過程。圖4是煙絲填充值數(shù)據(jù)圖。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的大力提升，煙草工業(yè)水平也得到了飛速的發(fā)展，煙草工藝檢測水平也得到了飛速的發(fā)展。煙絲填充值是用來橫梁煙絲加工工藝水平的一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)，該指標(biāo)關(guān)系到卷煙的外觀、吸阻、成本等指標(biāo)，是煙草生產(chǎn)過程中一個(gè)關(guān)鍵性工藝檢測環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)煙絲填充值檢測是通過離線取樣，通過煙絲施壓，測算煙絲體積、重量，換算出填充值，人工檢測比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還受到人為因數(shù)的干擾。我們借助3D激光智能相機(jī)、稱重皮帶，實(shí)時(shí)掃描得出體積、重量，并經(jīng)過軟件計(jì)算換算，實(shí)時(shí)得到煙絲填充值，自動化模式省時(shí)省力，數(shù)據(jù)不受人工干擾。

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