基于改进Mask R-CNN模型的粘连烟丝识别方法

为精准识别并高效分割粘连烟丝,提出一种基于改进掩码区域卷积神经网络模型(Mask R-CNN)的粘连烟丝识别方法。首先,采集粘连烟丝图像,通过图像增强操作将数据集扩充到训练模型所需的样本数量;其次,在Mask R-CNN模型的基础上对训练样本中的粘连烟丝图像进行边缘特征提取、分形特征提取,获得更清晰、连续的图像边缘特征信息和纹理特征信息;再次,将原始特征、边缘特征、分形特征进行融合以充分利用不同层次的特征信息,丰富底层特征;最后,通过引入混合注意力机制关注特征图的通道和空间维度,从而提高粘连烟丝识别的效率和准确性。模型性能对比结果表明:基于改进Mask R-CNN模型的识别方法的平均交并比(Avg.MIoU)为85.29%,类别平均像素准确率(Avg.MPA)为84.33%,其能够快速、准确地识别并分割出单根烟丝,识别效果优于Mask R-CNN和DeepLabV3+模型识别方法,可为后续烟丝宽度检测提供技术支持。

基于HSMA图像分析烟丝速度对烟丝流态的影响

利用高速摄像机连续拍摄烟丝群图片,根据相同烟丝群的像素位移除以图像时间间隔得到烟丝群实际速度,将烟丝实际速度与烟丝测速装置所显示的速度对比,测量误差<6%,布置实验测出不同速度下烟丝的各项数据,利用高速摄像机所拍图片,分析不同风速下管道内的烟丝流态。图片显示烟丝速度为8~10 m/s时,烟丝群以沉降流形式运输,烟丝群与管壁摩擦剧烈,实验数据显示整丝率较低;10~12 m/s,烟丝群以临界悬浮状态运输,摩擦情况有所改善,对比实验数据也是如此;12~14 m/s时,图片显示烟丝从沉降流输送转变为悬浮输送,整丝率因此提高;14~16 m/s,烟丝速度较高,烟丝几乎呈悬浮流运动,烟丝受力增加,烟丝与管壁和烟丝与烟丝碰撞幅度增大。利用高速摄像机与实验数据分析了烟丝风送系统烟丝速度对烟丝结构的影响,为卷烟厂生产加工提供精确的指导,为风力送丝的烟丝速度设定提供参考。

烟丝及卷烟纸对卷烟持灰能力变异的贡献度分析

为比较烟丝、卷烟纸及烟丝中金属元素对持灰能力的影响。通过构建烟丝和卷烟纸共变的卷烟样品体系,研究了两者对持灰能力的共同影响及相对重要性,并通过主成分分析研究了烟丝中钾等8种金属元素对持灰能力的影响,通过构建金属因子,在控制烟丝中金属元素对持灰能力影响的基础上探究卷烟纸参数的影响。结果表明,烟丝和卷烟纸组合是影响持灰能力的重要因素,两者共同解释了持灰能力变异的73.0%,烟丝的影响大于卷烟纸,解释了持灰能力变异的57.9%;烟丝钾、钠、锌含量会显著影响持灰能力,随着钾含量降低、钠和锌含量升高持灰能力增强;卷烟纸透气度、定量、钾钠比和阴燃速率是影响持灰能力的主要参数,但其影响的趋势和程度会受到烟丝中金属元素含量的影响。在烟丝、卷烟纸共变体系中,烟丝是影响持灰能力的主要因素,卷烟纸是次要因素。

卷烟机剔除梗签物中含丝量的检测

为了有效控制卷烟机剔除梗签物中烟丝含量,利用两级流态化理论分离梗签与烟丝,在考察梗丝与烟丝的基本流化特性的基础上,确定了两级流态化的流速条件,建立了检测卷烟机剔除梗签物中含丝量的方法。考察了被测样品质量相同含丝量不同及梗签物含丝量相同质量不同时对检测结果的影响。结果表明:①当被测样品质量不变,在理论含丝量为0.5%～5.5%时,检测结果的标准偏差随含丝量水平的增加没有明显变化,相对误差随含丝量水平的增加有降低的趋势,即正确度有所提高;②当梗签物含丝量不变,被测样品质量为100～500 g时,检测结果的标准偏差随着质量水平的降低,略有降低;相对误差在质量为200～300 g内较小。

不同氛围下烟草的热裂解行为研究

烟丝分别在He和空气环境中于600、700、800、900、1 000℃下进行热裂解,裂解产物用GC-MS进行在线检测,研究了烟丝样品分别在惰性和有氧氛围中不同温度下的热裂解行为。数据表明,烟丝在He气和空气中热裂解时的产物有较大差异,He气下的裂解产物以烯烃、苯和苯系物为主;在空气下裂解的主要产物为酮、醛、醇、酸和酯等羰基化合物。有氧氛围有益于异戊二烯和1,3-丁二烯的生成,但在一定程度上抑制了酚类物质的产生。在惰性和有氧氛围下,随着温度的升高,多环芳烃化合物的产生量均进一步增加。He氛围下得到的裂解产物类型接近卷烟燃烧时的热解区,而空气氛围下得到的裂解产物类型接近燃烧区。

烟丝添加剂对卷烟燃烧温度和烟气成分的影响研究

利用自行开发的微小测温热电偶装置,对添加各种钾盐的卷烟的最高燃烧温度进行了测量,并对相应的卷烟的烟气成分进行了检测。研究发现,多种烟丝添加剂的加入都可以降低卷烟的最高燃烧温度,其中乙酸钾的效果最好,而且可以大幅度减少烟气中氰化氢、氨、苯酚、巴豆醛、NNK和一氧化碳等六种成分的释放量。另外,利用TG-DTA方法对添加钾盐的烟丝在空气气氛中的燃烧和氮气气氛中的裂解进行了研究,分析了钾盐对烟丝燃烧状态的作用机理。同时,重点讨论了钾盐的添加对降低卷烟主流烟气中CO释放量的影响机制。

烘烤烟丝中残留病毒的检测

应用电镜、DAS-ELISA技术检测烘烤烟丝样品K326-1和K326-2中的病毒。电镜观察到2个样品中均有类似烟草花叶病毒(Tobacco mosaic virus,TMV)的粒子,在K326-2烟丝中还有类似番茄斑萎病毒属(Tospovirus)的病毒粒子存在于细胞壁及细胞质中。2个样品均与TMV抗血清及西瓜银色斑驳病毒(WSMoV)抗血清呈阳性反应。结果表明经烘烤的烟丝中仍存在病毒。

一体式烟秆拔秆粉碎机设计与仿真

依据烟秆回收农艺要求,设计了一种一体式烟秆拔秆粉碎机,主要由拔秆刀辊、输送对辊、粉碎机构和液压传动系统4部分组成,可一次性完成烟秆的拔起、输送、清理及粉碎抛送等作业,并对烟秆拔秆粉碎机关键部件进行了设计。采用掘蔸式拔秆刀辊结构,确定了拔秆刀辊弯刀参数和弯刀的4n±2最优数列双螺旋线排列,减小了工作阻力,提高了拔秆效率;设计了具有不同齿形状和转速的多级输送对辊,实现了烟秆的抓取、清理和稳定输送;采用液压传动系统设计,简化了传动系统的复杂性,实现了各工作机构的无极调速,为得到拔秆粉碎机的最优工作参数组合及功率分配奠定了基础;最后,对拔秆刀辊进行运动仿真及分析,验证了拔秆刀辊参数设计的合理性。该机适应性较好,能减少烟秆综合利用的预处理环节,促进烟秆的高效综合利用。

基于RGB图像特征的卷烟梗丝掺配比例检测

目的:建立一种基于RGB图像处理检测卷烟梗丝掺配比例的方法,优化卷烟掺配比例。方法:将叶丝和梗丝分别制成粉末后按不同比例混合均匀制成烟末,采用图像分析技术测定其RGB均值;通过梗丝比例与RGB均值回归分析,得到梗丝掺配比例与RGB均值的函数模型,并对模型的准确性、精确性和重复性进行验证。结果:建立的梗丝掺配比例与RGB均值多项式回归模型,模型拟合度较高,相关性系数R2为0.997 8;模型的准确性验证梗丝掺配比例与实际掺配比例的相对误差介于0.45%~3.04%,精确性检测变异系数为1.20%~1.86%,重复性检测变异系数为1.84%,均符合定量检测要求。结论:基于RGB图像处理法预测烟丝中梗丝掺配比例的方法,简单可行,与传统的人工挑选的方法相比更具科学性和准确性。

烟秆拔秆粉碎机的改进设计与刀辊功耗仿真

针对自行研制的一体式烟秆拔秆粉碎机田间试验时存在整机振动较大、功耗较高、机组高速行进时对辊传输机构传输不流畅等问题,对该机的拔秆刀辊参数、粉碎机结构、输送机构和传动系统进行了改进设计。首先,确定了最优双螺旋排列下拔秆刀辊的弯刀参数为:回转半径R=240mm,正切部弯折半径r=35mm,工作幅宽b=35mm,转速为110r/min。其次,将粉碎机设计为轮盘式结构并居中布置,可一次性完成多根烟秆的粉碎,且消除上一代机具中捶片式粉碎机由于偏心布置造成的振动较大的问题,同时设计了由夹持喂入对辊、链网输送机和喂料口对辊组成的传输机构,可实现多根烟秆的同时传输,输送性能好,并采用机械传动代替原来的液压传动,简化样机结构及操作复杂性。最后,利用EDEM对拔秆刀辊进行切削烟垄的功耗仿真分析,结果表明:刀辊稳定切削烟垄时的作业平均功耗为3.02kW,与通过旋耕机经验公式得到的推导值误差为5.63%,验证了拔秆刀辊设计的合理性。改进设计后的整机结构更紧凑,适应性和作业性能更好。

卷烟机梗签二次分离装置结构参数的研究

卷烟中梗签的含量将严重影响卷烟的质量,目前国内烟草加工中梗签分离主要采用风分法,烟草企业主流中的卷接机组有PROTOS70卷接机组、PROTOS-M5卷接机组等,这些设备引进时间较早,存在梗签分离不彻底的现象,造成卷烟的质量不稳定,还因为烟丝的浪费产生极大地生产消耗、增加生产成本。本文通过采用实验法、逻辑分析法对梗签分离进行了空气动力学分析,从理论上探究了梗签分离技术,分析了梗签分离装置的工作原理,结合实验数据计算了分离装置的结构参数,为工作效率的进一步提高、降低分离后烟丝中的含梗签率奠定了基础。

HP-5MS与HP-FFAP分析烟丝致香成分的差异比较

通过非极性柱HP-5MS柱和极性柱HP-FFAP柱对烟丝致香成分进行分析比较,得到满意的结果,实验表明极性柱分析烟丝致香成分的可行性。

废次烟草中茄尼醇提取条件的研究

[目的]寻找提取废次烟草中茄尼醇的适宜条件。[方法]以无水乙醇为提取溶剂,分别用超声法和微波法对废次烟草进行提取,研究微波功率、固液比和烟末粒度3因素对微波提取的影响。[结果]结果表明,用无水乙醇作溶剂,微波提取茄尼醇的提取效果明显优于超声提取,且缩短了提取时间;微波提取废次烟草中茄尼醇的适宜条件为:微波功率180W、处理时间3 min、烟末粒度100目,固液(烟末无水乙醇)比11∶00(g/ml)。[结论]该法可用于废次烟草中茄尼醇的提取。

一体式烟秆拔秆破碎机工作参数优化与试验

针对现有烟秆拔秆设备拔秆效率较低、结构功能单一等问题,研制了一种能实现烟秆拔起、抓取、输送、清理及破碎等作业功能的一体式烟秆拔秆破碎机。为得到该机具的最优工作参数组合,选取了机组行进速度、刀辊转速和对辊转速3个因素进行单因素试验和Box—Behnken中心组合响应面优化试验,建立漏秆率和破碎粒径合格率为响应指标的数学模型,分析各影响因素对评价指标的响应规律。优化结果表明:机具最优工作参数组合为行走速度0.37m/s、刀辊转速140r/min、对辊转速551r/min,此时烟秆漏秆率为4%,破碎粒径合格率为9 3.8%。该研究结果可为样机拔秆破碎作业时工作参数的选取及机械传动式二代样机的传动比设计提供依据。

外置式卷接机组梗签分离装置的设计

为降低成品烟丝中的梗中含丝率,减少烟丝浪费,在ZJ17卷接机组的基础上设计了一种外置式梗签分离装置。原机分离出的梗丝混合物进入梗签一次分离装置,在真空悬浮腔内将混合物再次分离;一次分离出的较重烟丝和梗签的混合物输送到除尘房,较轻烟丝输送到梗签二次分离装置,在离心分离腔内将混合物再次分离;二次分离出的较轻烟丝直接进入制烟环节,含有少量烟丝的梗签混合物进入吸尘室。利用Ansys Workbench14.0软件对两种真空悬浮腔进行仿真分析,结果显示:方形腔体的梗丝分离效果好于圆柱形腔体,风分气压范围为-1.8×10~5～-2.3×10~5Pa;将离心分离腔体设计为"马蹄形",有利于气流流速发生变化,减少烟丝造碎。以曲靖卷烟厂生产的"云烟(软珍品)""云烟(软紫)"两种卷烟牌号为对象进行测试,结果表明:(1)改进后ZJ17卷烟机组平均梗中含丝率从20.27%下降到1.80%,每台机组可节约烟丝3 180 kg∕年;(2)安装分离装置不会对烟支卷制质量产生影响。该装置可为提升卷烟厂精益生产水平提供支持。

基于计算机视觉的烟丝宽度测量方法

为了提高烟丝宽度的检测效率,研究了烟丝切口快速识别与宽度测量方法。采用张正友标定法对烟丝图像进行了畸变校正,使用了基于RGB(Red-Green-Blue)颜色空间的RB分量差值阈值分割法,实现了烟丝与背景图像的精确分割,提出了计算效率较高的烟丝切口位置识别算法,通过计算烟丝两侧切口位置的距离,实现了无规则摆放烟丝的宽度测量,并以简单随机抽样为理论依据,计算了该方法的最佳样本容量为30。实验结果表明,该方法的重复性限约为0.07 mm,测量误差约0.007 mm,耗时约是ISO方法的1/8。

基于S7-200烟末压棒机加湿控制系统设计与研究

针对烟末压棒机在烟末水分值在偏小时不能压棒成型问题,研究烟末棒不能成型的原因及找出解决办法。设计一套压棒机加湿控制系统,采用西门子S7-200PLC来进行控制,使用该加湿系统能在压棒机的储料仓内增加烟末的水分值,使烟末的水分值达到能压成棒的范围内,这样就达到烟末棒便于储存、运输的目的。

基于线阵CCD数字图像处理技术的叶丝宽度测量装置

为快速、准确地测量叶丝宽度,基于线阵CCD(Charge-coupled device)数字图像处理技术设计了叶丝宽度测量装置。该装置由工件台、照明系统、成像系统、控制系统以及图像处理算法软件等部分组成。在测量过程中,将多根叶丝摆放在叶丝盒内,控制系统带动叶丝盒运动,经高亮度照明系统照明,由线阵CCD扫描相机拍摄叶丝图像,最后经过分割、去噪、二值化、矩阵翻转测宽等步骤完成叶丝宽度测量。结果表明,测量装置的相对误差小于0.5%,变异系数小于0.2%,检测所需时间仅为投影仪的1/6,并可表征出叶丝宽度的分布情况,能够满足切丝宽度的工艺指标要求,有效提高了叶丝宽度的测量效率。

基于高效通道注意力机制与多尺度特征融合的烟丝图像识别方法研究

针对现有方法在识别烟丝类型中泛化能力差、准确率低的问题,提出了一种基于高效通道注意力机制与多尺度特征融合的烟丝类型识别方法。对采集的梗丝、膨胀叶丝、叶丝和再造烟丝4类烟丝图像进行降噪处理,处理后的图像经K-means聚类得到图像的前景和后景并完成分割,提高输入图像的抗环境干扰能力和特征提取能力。在Inception-ResNet-V2网络中引入高效通道注意力机制,加强模型提取特征的能力;同时,将改进后的模块输出的特征图进行多尺度融合,增加特征代表性,降低过拟合风险。最后,在比较收敛性和准确性时,用PReLU和AdaBound代替了ReLU激活函数和Adam优化器。结果表明,提出的算法具有较好的泛化能力,能实现4类烟丝高效识别,最终识别精度为97.23%,单幅图像的检测时间为0.107 s。

烟秆拔秆破碎机机架轻量化设计与动静态特性分析

研制了一种具有烟秆拔秆、输送和破碎抛送等功能的一体式烟秆拔秆破碎机,其机架是影响整机质量和功率消耗的关键部件之一。为减轻机架质量并分析其振动特性,以机架为研究对象,建立机架有限元模型,进行静应力分析及模态分析。在有限元分析基础上,采用拓扑优化和多目标优化的两级优化方案对机架进行轻量化设计,根据优化结果进行机架结构改进、样机加工和开展相应的振动特性验证试验。结果表明:优化后机架最大应力下降34. 22%,质量下降13. 09%;同时,优化后机架功率谱振幅峰值基频为11. 719 Hz,烟秆拔秆破碎机各部件工作时转速的激振频率均低于16. 33 Hz,远低于机架的一阶固有频率27. 591 Hz,机架不会发生共振,轻量化设计后的机架结构具有良好的可靠性。