基于水冷LED背景光源的烟草异物智能剔除系统的研究

袁 兴 张乐年 闻 平

（1.南京大树智能科技股份有限公司，南京 211100；2.南京航空航天大学机电学院，南京 211100）

随着工业水平的发展，现代工业企业对产品质检越来越重视。卷烟生产企业现在也以生产食品的标准来高标准生产卷烟产品，而其工艺质检水平直接影响卷烟的质量，因此卷烟生产企业对工艺质检非常重视。

烟草异物智能剔除系统在卷烟生产中起着重要的质检作用，该系统能有效的剔除烟草中的各种异物，从而保证卷烟生产中不含杂物，提升卷烟的质量。该系统中的光源视频系统是核心部件，其对检测效果起着关键的作用。

本文重点研究了基于水冷系统的 LED背景光源系统，论述了其构成原理，并应用于烟厂生产实际中。

1 烟草异物智能剔除系统和LED光源系统简介

1.1 烟草异物智能剔除系统

烟草异物智能剔除系统是一种集光机电一体化智能设备，其涉及光学技术、电机技术、图像识别处理技术、计算机技术、实时控制技术、电子电工技术、新型机械结构技术等先进理念技术，是一个涵盖多领域的复杂控制设别系统。

烟叶通过高速线扫描图像采集区域时，相机实时采集烟叶图像，并实时通信发给软件分析处理系统，后台软件系统通过颜色、形状、纹理等和基准对比来分析是否是杂物，若分析后是杂物则启动控制相应的高速电磁阀吹落杂物，达到检测效果。

烟草异物智能剔除系统主要由摊薄输送部分、视频部分、照明背景光源部分、软件分析系统、电控部分等构成，图1为烟草异物智能剔除系统产品图。

图1 烟草异物智能剔除系统产品图

1.2 LED光源技术

LED（发光二极管）是由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带过量的电子，另一层因缺乏电子而形成带正电的“空穴”，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，从而辐射出光芒，其有红、绿、蓝三色构成，通过三色的不同调节显示不同颜色。

LED光源具有节能环保、寿命长、光色纯正、发热量少、小型响应时间短等优点。是光源发展的趋势。

1.3 水冷制冷技术

水冷制冷技术根据“水蒸发吸收热量，蒸发面积影响蒸发效率”这一自然物理现象，当风机运行时冷气机腔内产生负压，使机外空气流进多孔湿润的湿帘表面进入腔内，空气与水分充分接触的同时是湿帘上的水蒸发，带走大量的湿热，是经过湿帘的空气干球温度降至接近于机外空气的湿球温度，即冷气机出口的干球温度比室外干球温度低 5～12℃，空气愈干热，其温差愈大，降温效果越好。水冷制冷系统具有环保、增湿、低耗等优点。

2 基于水冷系统的LED背景光源系统的原理与实现

2.1 系统运行构成

图2为基于水冷系统的LED背景光源系统构成框架图。该系统主要由LED上下背景光源、可调电源、温度检测、电源调节系统、水冷系统等构成。

图2 基于水冷系统的LED背景光源系统图

水冷系统给上下LED光源、可调电源、视频光源部分制冷，电源调节控制实时调节可调电源来控制LED背景光源。

2.2 系统运行原理

LED背景光源由上下光源构成，其给视频相机图像采集起到背景的效果，从而可以更加好的达到检测效果。可调电源给LED供电，电源调节控制通过调节红、绿、蓝三色光源的亮度来达到调光的效果，从而满足图像采集分析的效果。

同时视频部分实时将现场的烟片图像颜色反馈给电源调节控制，电源调节控制实时根据现场烟叶颜色来调节光源的颜色，从而使背景光源颜色满足图像采集与检测的要求，系统采用PID调节的方式，根据给定和反馈值，实时调节LED电源的给定，从而调节光源颜色。图3为电源调节控制系统图。

水冷系统给LED上下光源、可调电源、视频部分制冷，同时电源调节控制系统实时采集LED光源的温度，来检测水冷的效果，如果LED光源温度超温，就报警提示水冷效果不行，同时降低LED光源的供电电压值或者关闭 LED光源，起到保护 LED光源的效果。图4为水冷制冷系统图。

图3 电源调节控制系统图

图4 水冷制冷系统图

2.3 系统实际应用

基于水冷系统的LED背景光源系统，由于具有光源稳定、发热小、寿命长、制冷效果好等优点被广泛应用。同时采用水冷制冷系统能很好的满足制冷的要求，功耗也低，制冷效果好。

在烟草异物智能剔除系统中也采用该光源系统，在现场实际的应用过程中，能很好的提升图像的检测效果，满足烟厂的工艺检测要求。图5为现场实际水冷LED背景光源应用效果图。

3 结论

烟草异物智能剔除系统在烟草生产中起着重要的检测作用，他能提升烟草卷烟生产的水平，实时剔除烟草中的各种杂物。而在该智能系统中，视频光源系统是核心，视频光源的性能优异直接关系到检测效果，背景光源系统相当于是图像采集的背景，他对图像采集效果起到关键的作用。

图5 水冷LED背景光源实际效果图

基于水冷系统的 LED光源系统具有制冷效果好、功耗低、光源稳定、寿命长等优点，现在逐步被现代工业所采用，来满足环保绿色节能的要求。

烟草异物智能剔除系统采用基于水冷系统的LED上下背景光源系统，在实际应用中效果明显，能显著提升异物的检测效果，满足烟厂生产工艺水平要求，提升卷烟生产的水平质量。

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