李克強 李瑞東 張 云 黃文勇 尚關(guān)蘭 楊曉華 經(jīng) 坤

（1.云南煙葉復烤有限公司，昆明650031；2.云南昆船設計研究院有限公司工業(yè)裝備所，昆明 650051）

隨著特色優(yōu)質(zhì)煙葉開發(fā)、中式卷煙制絲生產(chǎn)線、細支卷煙技術(shù)升級創(chuàng)新等重大專項的實施，煙草產(chǎn)業(yè)鏈上游的煙葉生產(chǎn)、下游的卷煙制造均已實現(xiàn)強化和提升，打葉復烤作為煙草產(chǎn)業(yè)鏈承上啟下的中間環(huán)節(jié)，現(xiàn)已成為產(chǎn)業(yè)鏈中的技術(shù)洼地和短板，特別是打葉復烤加工過程質(zhì)量檢測水平已不適應大品牌和創(chuàng)新產(chǎn)品發(fā)展需要。雖然打葉復烤在線質(zhì)量檢測技術(shù)已有在線紅外水份溫度檢測儀、電離輻射裝箱密度檢測儀，但由于打葉復烤過程葉關(guān)鍵環(huán)節(jié)的葉中含梗率指標檢測手段落后，制約著打葉復烤技術(shù)向著精細化、數(shù)字化生產(chǎn)發(fā)展[1]。為此，研發(fā)一種便利、高效、適合在線檢測的基于X射線技術(shù)煙葉含梗率無損檢測設備，解決現(xiàn)有檢測手段的技術(shù)瓶頸，對促進煙草工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展、保證煙草產(chǎn)品質(zhì)量有重要意義[2]。

1 存在問題

長期以來，煙葉復烤廠采用葉含梗率的檢測手段還是傳統(tǒng)的破壞性檢測，即首先用打葉機械設備對煙葉進行機械式破碎葉梗分離，然后人工按標準進行葉片和葉梗分裝進行稱重并計算葉中含梗率。這種方式存在以下主要問題：（1）破壞性檢測不可重復，浪費煙葉原料，增加企業(yè)運營成本，每次檢測約3kg的樣本，造成約40%煙葉失去使用價值，每年損失數(shù)十萬經(jīng)濟損失；（2）檢測效率低，相對于生產(chǎn)來說檢測具有嚴重的滯后性，每次檢測耗時約半個小時，導致設備不能及時依據(jù)結(jié)果作出快速調(diào)整，產(chǎn)品質(zhì)量控制風險大；（3）檢測結(jié)果的人為因素影響多，整個檢測過程多個環(huán)節(jié)需要人工參與，如葉和梗分離后分選稱重計算等，增加檢測過程的系統(tǒng)性誤差。

2 煙葉含梗率無損檢測裝置的設計

2.1 設備結(jié)構(gòu)

如圖1所示，按照混合葉梗的煙葉入口到出口的安裝順序進行描述，煙葉從進料斗1加入并落到皮帶輸送裝置11上，隨著皮帶輸送裝置11的運動，煙葉被輸送至X射線探測裝置10下方。在進料斗1與皮帶輸送裝置11過渡處，設置有刮料板，用于將煙葉刮平，以利于檢測。

X射線發(fā)生裝置100被整體設置在射線防護腔3內(nèi)，包括X射線管5，X射線管5安裝在射線管安裝架6上。射線管安裝架6包括前支架、后支架和可調(diào)節(jié)底座。前支架是一個內(nèi)襯鉛板的防護腔體，其作用是屏蔽由X射線管5窗口發(fā)射出來的射線，并支撐X射線管5。而且，射線的發(fā)射角度也可由前支架來調(diào)節(jié)。射線管安裝架6中的可調(diào)節(jié)底座不但用來固定前、后支架，而且是前支架和準直器7的過渡部件。為防止射線泄漏，可調(diào)節(jié)底座上開有沉臺，前支架、后支架和準直器7都嵌入沉臺中，這樣可保證射線通道的整體屏蔽性，防止接口處泄漏。

圖1 設備結(jié)構(gòu)示意圖

而在X射線管5的外層罩有防護罩4，其與可調(diào)節(jié)底座共同形成一個屏蔽區(qū)域，作用是防止由于X射線管5本身或其與前支架、后支架安裝時存在裝配問題而出現(xiàn)的X射線泄漏。

準直器7被設置在X射線發(fā)生裝置100和皮帶輸送裝置11之間，作用是限制照射區(qū)域，使X射線主要集中在檢測區(qū)域內(nèi)，減少不需要的照射帶來的干擾。在準直器7的端面上配有濾光板，可提高檢測區(qū)域內(nèi)的射線強度均衡性，有利于檢測圖像的分析處理。

煙葉被輸送至X射線探測裝置10下方時，通過X射線的照射對煙葉進行掃描，此時由于X射線的穿透性，從混合物種將葉梗和煙葉的投影區(qū)分出來，并被X射線探測器10獲取[3]。被掃描過的煙葉被繼續(xù)向前輸送，進而從出料斗8輸出。而X射線探測器10將檢測信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳遞給信號分析處理系統(tǒng)進行處理。

X射線探測器10位于皮帶輸送裝置11的輸送帶下方，被安裝在位于皮帶輸送裝置11的腹部的探測器密封腔9內(nèi)。X射線探測器10須與X射線管5保持在同一光軸上，以減小測量偏差。

探測器密封腔9是一個屏蔽空腔，它與射線管安裝架6、準直器7構(gòu)成第一層X射線防護體系，理論上X射線只在這一防護區(qū)域內(nèi)存在。

2.2 設備工藝原理

把取來的煙葉從入料口到處檢測設備，檢測設備的皮帶機組把被檢測的煙葉攤薄，進入X射線掃掃描區(qū)域，X射線穿過承載被測物的皮帶輸送裝置的皮帶面，然后被X射線探測器檢測，X射線探測器將探測信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給信號分析處理系統(tǒng)[4]。依據(jù)被測葉、?；旌衔锏奈锢斫M織密度不同，對X射線的衰減能力存在差異，則投射到X射線探測器上的探測信號出現(xiàn)相應的差異，信號分析處理系統(tǒng)利用這種差異檢測出梗的結(jié)構(gòu)尺寸，折算出煙葉面密度和煙梗面密度，計算機通過統(tǒng)計葉和梗的檢測數(shù)據(jù)，即可得出煙葉中梗所占的比率。

設葉中含梗率的百分比為P、片煙的重量為M、煙梗的重量為M2：

3 應用效果

為驗證X射線煙葉含梗率無損檢測裝置檢測結(jié)果的準確性，與傳統(tǒng)的葉中含梗率檢測設備進行比較，選取同一等級的煙葉作檢測，結(jié)果如圖1所示。

圖2 X射線無損檢測裝置和傳統(tǒng)裝置葉中含梗率對比圖

從圖2結(jié)果可看出采用研發(fā)出來X射線無損檢測裝置和傳統(tǒng)法檢測葉中含梗率的結(jié)果趨勢相同，葉中含梗率相對誤差均保持在5%以下，數(shù)據(jù)誤差保持在許可的范圍之內(nèi)，從而驗證了采用新裝置檢測的結(jié)果穩(wěn)定可靠，且邀請第三方檢測機構(gòu)對設備輻射進行監(jiān)測，符合國家標準《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》要求。