基于圖像處理技術(shù)雜質(zhì)分析儀在PVC 樹(shù)脂中的應(yīng)用

崔小英，李宏剛

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305）

1 圖像處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及原理

圖像處理技術(shù)是一個(gè)新興的學(xué)科方向， 是多學(xué)科交叉融合的產(chǎn)物。 隨著圖像處理技術(shù)研究的不斷深入，其在實(shí)際的生產(chǎn)中也被廣泛應(yīng)用[1]。 基于圖像處理的雜質(zhì)檢測(cè)設(shè)備主要是利用雜質(zhì)與檢測(cè)樣本外部特征的不同，如形狀、顏色等特征屬性，對(duì)雜質(zhì)和檢測(cè)樣本進(jìn)行分離和檢測(cè)， 并集成檢測(cè)算法和自動(dòng)化控制技術(shù)[4-6]，其檢測(cè)方法融合機(jī)器視覺(jué)技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，使用高分辨率CCD 相機(jī)和專用光源對(duì)樣本表面進(jìn)行拍攝， 獲取圖像的信息并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸和處理。 雜質(zhì)檢測(cè)采用高分辨率工業(yè)相機(jī)和電荷耦合器件專用光源， 提取雜質(zhì)的個(gè)數(shù)。

2 聚氯乙烯樹(shù)脂的特點(diǎn)及雜質(zhì)產(chǎn)生的原因

PVC 為無(wú)定形結(jié)構(gòu)的白色粉末， 相對(duì)密度在1.4 左右，170 ℃左右開(kāi)始分解， 對(duì)光和熱的穩(wěn)定性差。

聚氯乙烯樹(shù)脂的生產(chǎn)工序主要有聚合、汽提、干燥等，因此生產(chǎn)中的雜質(zhì)主要有以下3 方面。

（1） 聚氯乙烯聚合過(guò)程中， 聚合釜是主要的設(shè)備，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行情況下，在釜體內(nèi)壁及冷凝器內(nèi)粘附物料，隨出料帶入樹(shù)脂成品中，產(chǎn)生雜質(zhì)。（2）從汽提塔出來(lái)的漿料溫度很高，在混料槽中長(zhǎng)時(shí)間放置，由于熱降解而變色，從而產(chǎn)生雜質(zhì)；一些樹(shù)脂由于滯留在塔盤或塔的排料管中， 在汽提塔的高溫下發(fā)生熱降解，這種停滯樹(shù)脂在一定的時(shí)候混入物料流中，產(chǎn)生黑樹(shù)脂。（3）干燥器進(jìn)料處及干燥器空氣進(jìn)口處產(chǎn)生樹(shù)脂停滯，這種停滯的樹(shù)脂會(huì)被熱空氣燒焦，一旦進(jìn)入產(chǎn)品中會(huì)產(chǎn)生黑樹(shù)脂。

3 人工檢測(cè)的弊端

目前氯堿行業(yè)中，PVC 樹(shù)脂雜質(zhì)檢測(cè)均為人工檢測(cè)。 PVC 樹(shù)脂的干燥工序一直以人工定點(diǎn)取樣的方式控制成品的雜質(zhì)指標(biāo)，且汽提、干燥、包裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易引入雜質(zhì)，一旦產(chǎn)生大量雜質(zhì)，必須立即切倉(cāng)，以免降低整體PVC 產(chǎn)品等級(jí)。 通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行情況分析， 短暫性的雜質(zhì)波動(dòng)經(jīng)常出現(xiàn)，當(dāng)雜質(zhì)數(shù)量增加一段時(shí)間后會(huì)自行恢復(fù)。而這時(shí)人工分析并不能及時(shí)反映產(chǎn)品質(zhì)量， 在30 min的取樣周期下，可能錯(cuò)失調(diào)整切倉(cāng)的最好時(shí)機(jī)，從而影響PVC 成品質(zhì)量。 針對(duì)以上問(wèn)題，如采用自動(dòng)在線檢測(cè)樹(shù)脂產(chǎn)品指標(biāo)，不但可減少人工檢測(cè)的誤差，而且可以縮短取樣周期， 及時(shí)反映產(chǎn)品雜質(zhì)含量的變化。如出現(xiàn)波動(dòng)可及時(shí)切倉(cāng)，保證PVC 成品質(zhì)量。

4 在線分析儀的應(yīng)用情況

雜質(zhì)在線分析技術(shù)在食品、藥品行業(yè)均有應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)廠家對(duì)PVC 樹(shù)脂的雜質(zhì)仍采用人工分析監(jiān)測(cè)的方式，并未引入自動(dòng)檢測(cè)儀。隨著技術(shù)進(jìn)步以及精細(xì)化控制的提高， 目前國(guó)內(nèi)已有部分企業(yè)采用在線揮發(fā)分分析技術(shù)，如內(nèi)蒙古伊東集團(tuán)東興化工、內(nèi)蒙古鄂絨、茌平信發(fā)聚氯乙烯公司、內(nèi)蒙古君正化工公司、內(nèi)蒙古中鹽吉蘭泰、唐山三友氯堿有限責(zé)任公司等。未來(lái)自動(dòng)化控制、精細(xì)化控制將是樹(shù)脂產(chǎn)品提高品質(zhì)的重要手段。

5 PVC 雜質(zhì)在線分析儀研究過(guò)程

根據(jù)水分儀及雜質(zhì)分析儀在食品、 藥品技術(shù)基礎(chǔ)之上，建立針對(duì)PVC 雜質(zhì)特性的分析技術(shù)。

通過(guò)前期對(duì)PVC 樹(shù)脂物料性質(zhì)的研究，發(fā)現(xiàn)物料黏性小，取樣后取樣室可通過(guò)儀表氣吹掃干凈，由于PVC 物料在玻璃上不易掉落，研究期間更換了不同材質(zhì)的玻璃，最后確定鋼化玻璃效果最佳，不易粘料， 高清攝像機(jī)可透過(guò)拍照， 最后確定此技術(shù)在PVC 雜質(zhì)分析領(lǐng)域可行。 最終確定設(shè)備構(gòu)成，建立模型。 編輯高清攝像機(jī)拍照后識(shí)別軟件，保障PVC雜質(zhì)識(shí)別的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。

確定設(shè)備研制的技術(shù)方向，開(kāi)始試制設(shè)備。設(shè)備組成由上下料蝶閥、相機(jī)光源傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、相機(jī)光源平臺(tái)、外殼部件等系列部件組成。 設(shè)備研制成功后，開(kāi)始軟件程序編寫，在軟件編寫的過(guò)程中，要求設(shè)備能夠根據(jù)不同型號(hào)的PVC 及時(shí)調(diào)整檢測(cè)精度，軟件編寫成功后整套設(shè)備在生產(chǎn)線上試運(yùn)行， 經(jīng)過(guò)近半年的調(diào)試運(yùn)行，設(shè)備研制成功，該分析設(shè)備包括6 個(gè)模塊，分別為進(jìn)料模塊、承載模塊、檢測(cè)模塊、上傳模塊、 出料模塊和清潔模塊。 進(jìn)料模塊用于控制是否向承載模塊輸送PVC 樹(shù)脂粉末；承載模塊用于承載PVC 樹(shù)脂粉末；檢測(cè)模塊用于拍攝檢測(cè)圖片，并通過(guò)所述檢測(cè)圖片統(tǒng)計(jì)雜質(zhì)數(shù)量； 上傳模塊用于上傳檢測(cè)圖片和雜質(zhì)數(shù)量； 出料模塊用于排出已檢測(cè)完畢的樹(shù)脂粉末；清潔模塊用于清潔承載模塊。

6 PVC 雜質(zhì)在線分析儀在生產(chǎn)線的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)近1 年的試運(yùn)行，PVC 雜質(zhì)在線分析設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。設(shè)備單次檢測(cè)用時(shí)約20 s，檢測(cè)雜質(zhì)精度約0.03 mm，灰度差約30%，可替代人工取樣分析。

表1 與表2 是在相同的時(shí)間內(nèi)分別采用人工及在線分析儀對(duì)樹(shù)脂產(chǎn)品中雜質(zhì)進(jìn)行了分析。 從表中可以看出PVC 雜質(zhì)分析儀的取樣時(shí)間間隔較人工取樣短，而且分析儀可以隨意調(diào)整取樣間隔，如果預(yù)判產(chǎn)品雜質(zhì)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)， 可以進(jìn)一步縮短取樣時(shí)間間隔。

表1 人工取樣時(shí)間及雜質(zhì)分析結(jié)果

表2 PVC雜質(zhì)分析儀取樣時(shí)間及雜質(zhì)分析結(jié)果

通過(guò)表1 數(shù)據(jù)可以看出，人工檢測(cè)周期30 min，檢測(cè)雜質(zhì)最高數(shù)量為8 個(gè)。通過(guò)表2 數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)備檢測(cè)周期約為15 min， 檢測(cè)雜質(zhì)數(shù)量最高為12個(gè)， 設(shè)備能夠檢測(cè)出肉眼不能識(shí)別的粒徑更小的雜質(zhì)顆粒。

通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)表對(duì)比可發(fā)現(xiàn)PVC在線雜質(zhì)分析設(shè)備比人工檢測(cè)的效率和精度都要高。

PVC 雜質(zhì)在線分析儀的投用， 縮短了取樣周期，節(jié)省了人工，減少了人為誤差，保證了PVC 產(chǎn)品質(zhì)量。

7 總結(jié)

（1）成功的將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于PVC 樹(shù)脂雜質(zhì)分析檢測(cè)方面，成功開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于PVC 樹(shù)脂的在線分析儀設(shè)備。

（2）設(shè)備投用后運(yùn)行良好，不僅提高了分析精度，而且縮短了取樣周期，及時(shí)反映產(chǎn)品雜質(zhì)情況，為生產(chǎn)運(yùn)行提供依據(jù)，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）通過(guò)在線雜質(zhì)分析儀的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，有效提升了產(chǎn)品質(zhì)量，為同行業(yè)生產(chǎn)廠家提供了技術(shù)示范。