烟叶 片烟大小及其分布的测定 叶面积法（可编辑）

1、 ZTRI烟叶 片烟大小及其分布的测定 叶面积法技术报告项目组3/8/2012 目录1.项目背景及意义22.主要研究内容43.预期效果54.技术路线55.叶面积法基本原理66.材料与方法66.1仪器及材料66.2试验方法77.结果与分析87.1片烟大小及分布测定系统的研制87.1.1离散铺料系统97.1.2图像采集系统97.1.3图像处理分析系统117.2测试方法的准确度157.2.1测试方法的精密度157.2.2测试方法的正确度167.3影响因素分析177.3.1形状对测试结果的影响177.3.2运动速度对测试结果的影响207.4测试样品量的确定217.5片烟大小分布规律研究277.5.1片

2、烟大小累积分布函数的建立277.5.2片烟大小分布函数的验证297.5.3片烟均匀性及特征尺寸的表征307.6方法的验证与应用(共同试验)327.6.1打叶后片烟大小及其分布测定327.6.2复烤后片烟大小及其分布测定327.6.3松散回潮后片烟大小及其分布测定337.6.4白肋烟片烟大小及其分布测定337.6.4不同放置时间片烟大小及其分布的测定397.7叶面积法与筛分法的比较427.7.1测试结果的比较427.7.2测试方法重复性的比较498.方法的应用前景498.1片烟二维形状特征分析508.2烟梗物理质量检测508.3在线检测系统开发519.结论51参考文献:53附件:551.项目背景

3、及意义 片烟结构是衡量打叶质量的重要指标,同时也是影响烟丝结构的主要因素,而后者又是决定卷烟卷制质量如单支重量、烟支密度、端部落丝量、空头率和卷制质量稳定性的重要因素。 片烟结构的测定主要是利用筛分的方法使不同尺寸的片烟分离,结果以各层或某层筛网上的累积质量占总质量的比例来表示1-3。筛分法的测试原理是利用不同规格的筛网,将一定质量的物料按照尺寸的差异进行分离,结果用各层筛网上的物料质量与所取样品的总质量之比来表示。用于片烟结构检测的片烟振动分选筛最早是由帝国烟草公司设计的,随后在各大烟草企业中得到广泛应用4。 对于筛分法来说,不同的筛网层数、孔径、振筛振动的振幅和频率、喂料的倾角以及进料量等

4、其它参数都会造成筛分结果的差异5,其中筛网孔径是最主要的影响因素。在上世纪80年代之前,研究者们根据自己的需要设计筛网孔径,菲莫公司早期曾选用3/4、1/2、1/4、1/6英寸来作为振筛的筛网孔径,Stephen. W.Jakob、/.ts、/.ton等人在对片烟结构的研究中,选取3/2、3/4、3/8英寸作为筛分区间6-8,/.d 、/.pley 、/.kwell、/.all等人则选用1、1/2、1/4、1/8英寸为筛网孔径5,9-11。由于标准的不统一,研究者们的研究成果很难相互参考和比较,因此,制定统一的片烟结构测定方法和标准就变成亟待解决的问题。 1983年,/.d和/0.将菲莫公司自

5、主设计研发的片烟振动分选筛与Cardwell 公司的分选筛的各项参数及性能进行了对比5,包括喂料的方式、进料量、筛网孔径等,发现造成两者对同一样品筛分结果的差异除了由于筛网孔径不同之外,喂料方式、进料量等方面也有重要影响,例如:菲莫振筛的样品进料量是4.5kg,而Cardwell振筛则是3kg,菲莫振筛的喂料方式是倾斜喂料,有一定的势能,Cardwell筛则是水平喂料,减少了破碎的发生。 1991年的CORESTA大会上将Cardwell片烟振动分选筛及其测定方法作为推荐测试方法 12,1995年这一方法被制定为国际标准ISO121942,2007年国内等同采用为国家标准GB/T211371。

6、其中规定片烟的测试量为3kg,筛网孔径为25.4、12.7、6.35、2.36 mm,通常25.4mm以上为大片,12.7mm以上为大中片,2.36 mm以下为碎片。 筛分法的优点是原理简单、直观,操作方便、易于实现,这也是其获得广泛应用的重要原因,但是筛分法用于片烟结构的测定也存在一定的问题: 首先,筛分法由于筛网层数的有限性,只能得到有限的离散结果,无法完整反映不同大小片烟的整体分布和均匀性情况。/.d和/.曾指出5,即使不同的片烟筛分后具有同样的结果,各个尺寸片烟所占的质量百分比仍可能是不同的。P.Funke等人也认为13,具有相同1/2英寸以上百分比的片烟可能生产出截然不同质量的烟丝,

7、片烟分布的均匀性与其大小同样都是重要的指标。 其次,筛分法对于形状规则的颗粒状的样品效果较好,片烟作为不规则的片状结构,利用筛分方法来测定难以反映片烟的真实大小。 叶面积的测量方法有很多种,针对不同的测量对象和不同目的,各种测量叶面积的方法都有其使用范围和一定的局限性。 现有的叶面积测量方法主要有叶面积仪、求积仪、方格纸法、称重法、图形分解法、抛物线法、系数法、回归方程法、图像处理法等14-17。采用叶面积测量的方法,其目的在于避免或减少人为的误差,得到精确可靠测量结果。研究结果表明18,叶面积仪、求积仪测量精度最高;其次为图像处理法、方格纸法、回归法;然后是系数法、称重法、图形分解法和抛物线

8、法。叶面积仪和求积仪要求避免片烟卷曲,且求积仪法的精度与片烟的形状有关:叶子的长宽比越大、周长越大,误差也越大19;方格纸法工作量大,效率低,易出错;回归法和系数法不能在品种及种类之间通用;称重法受叶形、叶位、含水量影响大;图形分解法和抛物线法适用于形状规则的片烟和边缘光滑的片烟,对不规则片烟,结果误差大,因此适用于精度要求不高的情况;图像处理法的测量精度与图像本身的拍照质量、相机像素以及在计算机图像处理时的算法有关,但随着数码相机、计算机技术的不断发展和算法的不断改进图像处理法的精度也在不断提高20。 由于方格法、称重法、图形分解法、抛物线法、系数法、回归法等过程繁琐,计算复杂,耗时耗力,容

9、易出错,误差也比其他几种方法大,因此目前国内外普遍使用图像处理法和叶面积仪法测叶面积,这两种方法精度高,速度快,省时省力。除此之外,图像处理法几乎可以适用于所有片烟,不受片烟形状、大小、厚薄等因素的影响,还适合于对大量片烟的面积测量工作21,因此得到越来越广泛的使用和普及,并成为叶面积测定方法的一个重要的发展方向。 图像处理法是建立在计算机图像处理基础之上的,其原理为:计算机中的平面图像是由若干个网状排列的像素组成的,通过分辨率计算出每个像素的面积,然后统计片烟图像所占的像素个数,再乘以单个像素的面积就可以得到叶面积。实现图像处理法的手段有很多,数字图像可利用数码相机或者扫描仪得到,叶面积计算

10、可以采用图像处理软件Photoshop, Auto CAD等21-22到,也可以采用开发工具如VC、VB、MATLAB等23,24计算得到。这两种计算叶面积的方法虽然都可以得到准确的结果,但后一种方法更加灵活,正确度和效率更高。Enrique等人比较了Auto CAD和MATLAB两种方法,结果发现两种方法的平均误差分别为1.29%和0.45%,标准偏差分别为2.14%和1.80%,但测试时间相差5-10倍25。 图像处理法测定叶面积需要解决的问题主要有:图像处理法并不是直接对被测片烟进行测量,而是通过对被测片烟的图片进行间接处理,因此图片的质量直接影响了计算结果的正确度。图像处理法通过统计被

11、测片烟所占图片的像素个数来计算叶面积,由于片烟不可能正好完整覆盖所有像素,在片烟的边缘总会有未完全覆盖的像素,因此计算结果存在一定的误差,但提高图像的分辨率可以有效的减少误差。在同时测试大量片烟时,片烟之间不能有重叠和折叠现象存在,重叠的片烟将会被作为一片片烟处理,从而影响测试结果,因此实现片烟的离散铺料是关键之一。 本课题通过片烟面积的测定方法和片烟大小(面积)的分布规律研究,建立能够真实、准确的测定片烟大小的方法并以反映片烟尺寸真实值的特征量来表征片烟结构分布特征,对于进一步深入研究其与烟丝结构和卷烟卷制质量的关系、提高卷烟品质、指导打叶复烤工艺具有重要的意义。2.主要研究内容 本项目通过

12、对片烟面积测定方法及片烟大小(面积)分布规律的研究,建立能够真实、准确反映片烟大小及其分布的测定方法,主要研究内容包括: 1)研究片烟面积的测定方法; 2)研究片烟大小(面积)的分布规律; 3)研究建立反映片烟大小(面积)分布规律的特性方程; 4)研究建立能够反映片烟大小及其分布的叶面积测定方法。3.预期效果 1)建立反映片烟大小(面积)分布规律的特性方程; 2)确定描述片烟整体尺寸大小的特征参数; 3)建立能够反映片烟大小及其分布的叶面积测定方法。4.技术路线图1技术路线5.叶面积法基本原理 利用离散铺料系统使片烟样品完全离散,使用图像采集装置获得离散片烟数字图像,通过图像处理与分析,计算图

13、像中每片片烟所占像素点的数量,根据单个像素点对应的实际面积,计算被测片烟面积,见公式(1)。根据每片片烟的面积拟合片烟大小分布,获得方程参数及片烟均匀性系数,并计算特征面积和任意区间面积百分比。 (1) 其中: A ?片烟面积 P ?片烟所占像素数 ?单个像素对应的实际面积6.材料与方法6.1仪器及材料 试验仪器:片烟大小及分布测定系统(云南昆船设计研究院、郑州烟草研究院)、片烟振动分选筛(嘉德机电有限公司)、电子天平(梅特勒拖利多公司)。 试验材料: 6组不同形状、不同大小标准样(见表1),标准样为铜质薄片,厚度为3mm,制作精度0.1mm,为了使标准样具有较高的精度,标准样应尽量选择规则形

14、状,标准样一旦出现磨损则不再使用;不同产地、不同等级、不同加工工序烤烟片烟及白肋烟(见表2)。表1试验标准样真实面积(mm2)组号标准样1234567891011125.0095.04361.00817.951447.802237.253249.004402.305776.007225.008977.5025.2014.4328.2957.74129.90230.94519.62923.761443.385773.5039.0025.0049.00100.00225.00400.00900.001600.002500.0010000.0047.0719.6338.4778.50176.6331

15、4.00706.501256.001962.507850.00525.0049.00100.00225.00400.00900.001600.002500.0010000.00625.00100.00389.70900.001087.502500.00注:第2组为等边三角形,第4组为圆形,其余为正方形表2试验片烟材料烤烟白肋烟打后烤后松散回潮后样品名称尤溪B3F永定B1F福建长汀C23FCB福建长汀C3F福建龙岩CAAF福建长汀B3F福建龙岩BLF昆明红大BBSF昆明DB3F昆明CCFS福建长汀C3F(切两刀)尤溪B3F永定C2F福建长汀C23FCB福建长汀C3F福建龙岩CAAF福建长汀B3F

16、福建龙岩BLF昆明红大BBSF昆明DB3F昆明CCFS宁化B3F尤溪C3L衡阳C3F红河C3F恩施B1F恩施B2F恩施C1F6.2试验方法(1)准确度评价测试方法 选择一组不同大小标准样分别重复测试30次,计算各标准样品测试结果的标准偏差、变异系数和相对误差等,考察测试方法的准确度(正确度、精密度)。(2)影响因素研究 对不同形状和不同运动速度标准样进行重复性试验研究,计算片烟的变异系数和标准偏差,考察2个影响因素对测试结果的准确影响。(3)测试样品量的确定 对不同质量的片烟样品进行重复性测试,计算不同质量片烟总面积及不同面积区间片烟面积百分比的标准偏差、变异系数,即精密度,考察测试样品量与精

17、密度的关系,确定保证较高测试精密度的最小样品量。(4)片烟大小分布规律研究 在片烟大小分布范围内,划分若干个面积区间,计算各面积区间内的片烟面积比例,利用不同区间百分比分布结果,将其转化为限上累积分布后,借鉴粒度分析的方法考察片烟大小的分布规律,建立片烟大小分布方程,以及表征片烟整体尺寸和分布均匀性的特性量,并采用Kolmogorov-Smirnov检验法进行评价(5)方法的验证(共同试验) 将建立的测试方法,进行共同试验,以检验该方法的科学性。在不同企业对多个不同等级、不同产地、不同工序、不同种类片烟样品进行测试,利用建立的片烟大小分布方程对测试结果进行拟合,验证本方法的科学性。(6)叶面积

18、法与筛分法的比较 利用两种方法对同一样品分别进行测试,比较两者的测试结果的差异,并分析其原因。通过重复性测试比较两种方法测试结果的重复性。7.结果与分析7.1片烟大小及分布测定系统的研制 根据图像分析法的原理,本研究建立了一套片烟大小及分布测定系统,该系统主要由离散铺料系统、图像采集系统、图像处理分析系统等3个子系统组成,如图2所示。分别完成铺料、图像采集和图像分析、数据计算及查询等功能。1、离散铺料系统;2、图像采集系统;3、图像处理分析系统图2 片烟大小及分布测定系统 7.1.1离散铺料系统 离散铺料系统的目的是将片烟充分分离,使片烟与片烟之间无连接或重叠,以保证每一片片烟均能被图像采集系

19、统完整的采集。图像采集系统作用是采集清晰的数字图像。图3和图4所示分别为离散铺料及图像采集系统的结构示意图和效果图。 离散铺料系统主要由低速皮带机、振动输送机、中速皮带机、高速皮带机和相关辅助动力设备组成,如图5所示。其中,低速皮带机的主要作用是喂料和控制物料流量,保障流量的均匀和稳定,振动输送机的主要作用是将物料松散,防止片烟之间的粘连。低速皮带机、振动输送机、中速皮带机、高速皮带机的速度逐级增加,片烟在输送的过程中,由于上下两级皮带存在速度差使片烟直接的间距增加,直至完全分开,从而实现离散铺料的目的,如图7所示。7.1.2图像采集系统 图像采集系统(如图6)主要包括彩色工业线阵CCD相机、

20、线阵LED光源、输送皮带机、镜头等。其中,输送皮带即为离散铺料系统的高速皮带。相机的分辨率直接决定了图像的清晰度,是片烟面积的计算结果准确度的重要影响因素,因此相机的选型尤为重要。 工业线阵CCD相机分别率分为1K、2K、4K等,分别对应的分辨率为1024、2048和4096,本图像采集系统的视场为高速皮带的宽度,即680mm,对于以上3种相机,图像的分辨率(每个像素的大小)分别约为0.4mm2,0.1mm2,0.025mm2。YC/T 147-201026中要求片烟碎末中1mm筛网孔径,孔面积为0.8mm2的碎末比例为80%,对于0.8mm2的碎末在3种分辨率的图像中所占像素数分别为2个、8

21、个和32个。为了使计算结果具有较高的精度,同时考虑运算速度和设备成本,本方法采用DALSA公司的 SG-32-02K80彩色线阵相机,分辨率为2048,对应图像精度为0.1mm2,其最大帧率为18KHz,根据皮带的速度选择适合帧率,使片烟图像不产生拉升或压缩,适应最高运动度速为6.12m/s。镜头采用 SIGMA EXDG广角镜头。1、低速皮带机;2、振动输送机;3、中速皮带机;4、高速皮带机5、线阵LED光源;6、镜头;7、彩色工业线阵CCD相机图3 离散铺料及图像采集系统结构示意图1、低速皮带机;2、振动输送机;3、中速皮带机;4、高速皮带机5、线阵LED光源;6、镜头;7、彩色工业线阵C

22、CD相机图4 离散铺料及图像采集系统效果1、低速皮带机;2、振动输送机;5、线阵LED光源;6、镜头;3、中速皮带机;4、高速皮带机7、彩色工业线阵CCD相机图5离散铺料系统 图6图像采集系统 7.1.3图像处理分析系统7.1.3.1基于颜色分量差值的阈值分割 合理利用彩色图像的颜色信息实现图像分割,是目标提取的重要手段。本方法的检测对象为黄色或黄褐色片烟,传送片烟的皮带颜色为深绿色,如图4所示,图7为1000 行线阵图像组成的图像。图7 1000行线阵图像组成的片烟图像 采用RGB颜色模型进行颜色分析,统计图7中RGB各分量直方图,如图8所示,各分量灰度集中分布在13到133之间,直方图轮廓

23、相似,但各分量灰度分布范围存在差异。图8 RGB分量灰度直方图 利用颜色分量的灰度分布差异,本方法提出基于R、G分量差值的阈值分割,分割方法为: 2 其中为分割后像素点取值,为该像素R分量值,为该像素G分量值,为分割阈值。当某像素点R分量与G分量差值大于时,判断该像素点为白点,否则为黑点。 图像中可能出现偏白色的片烟图像,该类图像的RG灰度值均较大,但RG差值较小或无明显差异,使用RG分量差分无法实现图像分割,所以,在本方法中引入阈值:当R分量大于,则判断该点为白点。、的取值与视场照明相关,本系统视场内的光强从中央到边缘逐渐降低,视场中央区域光强最大。采集传送带的一维图像,取图像中R分量的最小

24、值与G分量的最小值之差的80%作为取值,取图像中R分量的最大值的120%作为取值。优化后的阈值分割方法为 3R分量图 G分量图图9 RG分量图图10 二值化图像 按照上述阈值分割方法,取值为10,取值为190,提取了图7的R、G分量图,如图9,图10为阈值分割后的二值化图像。提取图10中矩形框内的图像边缘与原图对比,如图11所示。图11中细节对比表明,本研究提出的阈值分割方法可以很好地实现烟叶图像分割,且对视场亮度、噪声和阴影不敏感,在照明不均和未进行去噪处理的条件下,依然可以实现图像的精确分割。图11 细节对比7.1.3.2 面积计算方法 实现片烟图像阈值分割后,需要对图像中各片烟的二值化图

25、像进行连通域标记。图像标记算法大致分为:像素标记法、线标记法、区域增长法、四叉树法及其它基于特殊体系的并行标记算法等,本方法使用线标记法与区域增长法相结合的标记方法,该方法使用种子段(一行内连续的多个种子点)代替单个种子点进行区域增长,一次增长只标记种子段所在行的上下两行。使用该方法对片烟图像进行标记,如图12所示,A2和B2分别A1和B1的标记后图像,使用了不同的灰度值标记了不同的片烟,实验表明,该方法适用于本方法的片烟连通域标记。图12 需要拼接的图像 连通域标记后,为测得图像中所有片烟的真实面积,需要拼接被分割在两幅图像中的片烟连通域,如图12中白色矩形框内的片烟。 将1000行线阵图像

26、作为图像处理的一帧,传送皮带上的片烟流会被截成连续的单帧图像交由计算机处理,部分片烟会被分割在两幅图像中。计算该类型片烟的面积,常用的方法是将两幅图像拼接,提取拼接后接缝区域的连通域,并计算面积。此方法需要重复处理拼接后图像,计算量较大。本研究采用一种效率较高的拼接方法,基本思想如下:分析A2图时,统计所有不与图像下边缘交接的连通域的数目,及其像素个数,作为A2图的输出结果,将与图像下边缘交接的连通域的像素个数、标记值、与下边缘交接的次数和每次交接的始末位置压入堆栈;分析B2图时,统计所有不与图像下边缘交接的连通域的数目,及其像素个数,并扫描与上边缘交接的各连通域交接次数和位置,并和堆栈中A2

27、图各连通域与边缘交接的位置进行对比,如发现某两个连通域与边缘交接的位置吻合,则将堆栈内连通域的面积累加到对应的B2图上连通域的面积中,并从堆栈中清除该连通域信息,这样就实现了将A2中被截断的图像合并到了B2中;此时输出B2中所有不与图像下边缘交接的连通域的数目,及其像素个数,即实现了对B2图的测量,并将B2中与下边缘交接的连通域信息压入堆栈,用于与下一幅图像拼接。采用上述方法,每帧图像的输出结果中都不包括与下边缘交接的片烟的信息,将该信息累加到下一帧图像中,并在下一帧图像中完成配对并输出,即可避免直接的图像拼接和重复的图像分析,降低了内存需求和运行开销,同样实现了片烟面积拼接。 获得各连通域像

28、素个数后,根据式(1),像素个数与单个像素对应的视场面积相乘,即可获得各连通域对应的片烟面积。 7.2测试方法的准确度 准确度表示测试结果与接受参照值间的一致程度,包括精密度和正确度。所谓正确度是表示由大量测试结果得到的平均数与接受参照值间的一致程度,通常用偏倚(误差)或相对误差表示;精密度是表示独立测试结果间的一致程度,对于同一实验室内通常用标准偏差或变异系数表示。 为了评价测试方法的准确度,采用已知大小的标准样片进行重复性测试。测试条件为视场680mm,皮带速度高速皮带2m/s,为了使片烟图像不发生畸变,相机扫描频率设为6025HZ,计算得到单个像素对应的实际面积为0.330.33 0.1

29、089 mm2。7.2.1测试方法的精密度 表3所示为11个标准样的30次测试结果。由于是在一个实验室开展的试验,则检测方法的精密度也可表示为该方法的重复性sr。所检测的11个标准样的面积范围为25.00mm28977.50mm2,精密度的范围是1.31mm231.91mm2,图13所示为不同面积水平与精密度的的关系,从图中可以看出精密度随面积的增大而减小,二者对数呈线性关系,即(R20.98)。从图14所示是不同面积大小水平与变异系数的关系可以看出对于817.95 mm2 8977.5 mm2的样品,变异系数在1%以下,对于25mm2361.00mm2的样品,变异系数小于5.07%,因此能够

30、满足测试要求。表3 标准样测试结果真实值mm225.0095.04361.00817.951447.802237.253249.004402.305776.007225.008977.50平均mm225.9497.71375.34823.851444.072238.323222.214395.725732.677235.088899.65相对误差%3.752.813.970.720.260.050.820.150.750.140.87标准偏差mm21.312.985.138.3212.9316.2219.8523.1131.1019.1031.91变异系数%5.073.051.371.010.

31、900.720.620.530.540.260.36图13面积水平与精密度的关系(,R20.98)图14面积水平与变异系数的关系7.2.2测试方法的正确度 图15为真实值与测试值之间的关系,图16表示是相对误差的绝对值与不同面积水平之间的关系。从图15和图16中可知,测试值与真实值之间吻合度较高,在测试面积大于817.95mm2时,该测试方法的相对误差小于1%,当面积小于361.00mm2时,相对误差在4%以内,系统的正确度能够满足测试要求。图15真实值与测试值之间的关系图16面积水平与相对误差之间的关系7.3影响因素分析7.3.1形状对测试结果的影响 形状因子反应了与圆形的接近程度,表征了形

32、状的复杂程度,形状因子越大形状越复杂。为了考察不同形状对测试结果准确度的影响,采用等边三角形(形状因子1.65)、正方形(形状因子1.27)和圆形(形状因子1)三种不同大小的标准样,进行重复性测试,表46为15次的测试结果。 结果表明不同形状因子的标准样测试结果变异系数在3%以内(图17),测试值与真实值基本一致(图18,图19),相对误差的绝对值在5%以内,均在系统误差范围内,因此形状因子在11.65之间的样品对测试结果的准确度基本没有影响。表4三角形标样测试结果高(mm)357101520304050100真实值(mm2)5.20 14.43 28.29 57.74 129.90 230.

33、94 519.62 923.76 1443.38 5773.50 测试值(mm2)4.99 14.17 28.11 57.43 130.80 233.36 523.84 931.04 1450.29 5829.69 相对误差(%)-4.04 -1.85 -0.63 -0.53 0.69 1.05 0.81 0.79 0.47 0.97 标准偏差(mm2)0.07 0.21 0.30 1.49 0.95 1.64 4.21 8.25 11.69 43.75 变异系数(%)1.43 1.45 1.05 2.59 0.73 0.70 0.80 0.89 0.80 0.75 表5正方形标样测试结果边长

34、(mm)357101520304050100真实值(mm2)9.00 25.00 49.00 100.00 225.00 400.00 900.00 1600.00 2500.00 10000.00 测试值(mm2)8.85 24.93 49.44 100.21 227.65 405.64 907.23 1614.29 2520.34 10099.67 相对误差(%)-1.64 -0.27 0.90 0.21 1.18 1.41 0.80 0.89 0.81 1.00 标准偏差(mm2)0.18 0.30 0.49 0.60 1.69 2.93 9.93 13.81 19.98 65.04 变

35、异系数(%)2.08 1.20 1.00 0.60 0.74 0.72 1.09 0.86 0.79 0.64 表6 圆形标样测试结果半径(mm)357101520304050100真实值(mm2)7.07 19.63 38.47 78.50 176.63 314.00 706.50 1256.00 1962.50 7850.00 测试值(mm2)6.77 19.33 38.66 78.48 177.45 317.75 709.89 1268.59 1980.62 7926.85 相对误差(%)-4.11 -1.52 0.52 -0.03 0.47 1.19 0.48 1.00 0.92 0.

36、98 标准偏差(mm2)0.13 0.20 0.25 0.80 2.15 3.83 6.43 9.30 16.48 53.96 变异系数(%)1.90 1.03 0.64 1.02 1.21 1.20 0.91 0.73 0.83 0.68 图17不同形状变异系数图18测试相对误差图19测试值与真实值的比较7.3.2运动速度对测试结果的影响 由于片烟与输送皮带相对静止,片烟运动速度与皮带速度一致,皮带速度是测试系统可调参数之一,为了考察片烟运动速度对测试结果准确度的影响,在低速范围内选择0.1m/s、0.2 m/s、0.4 m/s三个速度水平,在高速范围内选择1.5m/s、2.0m/s、2.5

37、m/s三个水平,分别对不同大小水平的标准样进行重复性测试,表7表8是30次测试结果,图20、图21分别为不同皮带速度测试结果变异系数的比较和测试值与真实值得比较。 测试结果表明,皮带在低速0.10.4m/s和高速1.52.5m/s速度范围内变化时,当面积大于400mm2时,测试变异系数在小于1%,相对误差在1%以内;当面积小于400mm2时,变异系数在5%以内,相对误差的绝对值小于5%。测试结果均在系统误差范围内,因此运动速度在0.12.5m/s范围对测试结果的准确度无影响。 片烟的运动速度决定了系统的测试时间和效率,为了尽量缩短系统的测试时间,提高系统测试效率,图像铺料系统的运行速度宜在高速

38、条件下运行,但应确保片烟在输送带上不能发生相对运动,否则将会影响测试结果的准确性,实验过程发现皮带速度不宜超过3m/s。表7 不同皮带速度测试结果(低速)真实值(mm2)49.00100.00225.00400.00900.001600.002500.0010000.00平均值(mm2)0.1m/s46.7396.39220.21397.12897.701599.582507.9610048.800.2m/s47.2898.58225.56402.21907.541611.212514.9410040.460.4m/s46.8396.82221.13398.93892.701594.54248

39、7.5310057.22相对误差(%)0.1m/s-4.63-3.61-2.13-0.72-0.26-0.030.320.490.2m/s-3.51-1.420.250.550.840.700.600.400.4m/s-4.44-3.18-1.72-0.27-0.81-0.34-0.500.57标准偏差(mm2)0.1m/s0.631.072.123.815.629.7916.7140.050.2m/s0.660.991.031.682.655.277.9511.430.4m/s0.450.611.091.622.915.0210.1917.87变异系数(%)0.1m/s1.361.110.9

40、60.950.630.610.670.400.2m/s1.401.010.460.420.290.330.320.110.4m/s0.960.630.500.410.330.310.410.18表8不同皮带速度测试结果(高速)真实值(mm2)100.00389.70900.001087.502500.00平均值(mm2)1.5m/s98.88388.77897.911080.582492.432.0m/s104.24396.69900.891090.992484.872.5m/s104.68402.29905.511093.902514.71相对误差(%)1.5m/s-1.12-0.24-0.

41、23-0.63-0.302.0m/s4.241.790.100.32-0.612.5m/s4.683.230.610.510.59标准偏差(mm2)1.5m/s2.832.686.465.3611.792.0m/s1.712.393.974.9914.142.5m/s2.001.083.1010.6910.27变异系数(%)1.5m/s2.860.690.730.500.482.0m/s1.640.600.440.460.572.5m/s1.900.270.340.970.41(a)低速 (b)高速图20不同皮带速度测试结果变异系数的比较(a)低速 (b)高速图21不同皮带速度测试值与真实值的

42、比较7.4测试样品量的确定 利用片烟大小及分布测定系统,分别对250g、500g、750g、1000g、1250g、1500g、1750g、2000g、2250g、2500g、(2750g)、3000g打后片烟(X4F、B2F)进行测试,获得每片片烟的面积大小,每个样品重复测试6次,考察不同样品量测试结果的变异系数,确定保证测试结果精密度的最小样品量。 图22为X4F和B2F不同质量与平均总面积之间的关系,由图22可知,样品质量与面积成明显的线性关系yax,R20.99996,0.99997,说明所取片烟的质量百分比与面积百分比一致。(a)X4F (b)B2F图22样品质量与平均总面积之间的关

43、系 表910分别为X4F和B2F两个等级片烟不同质量样品6次重复测试的结果,从表中可以看出对于两个等级样品,质量在大于500g时,总面积变异系数稳定在0.94%1.40%的较小范围内波动。表9 X4F不同样品量总面积测试结果样品质量g250.00500.00750.001000.001250.001500.001750.002000.002250.002500.003000.00总面积测试值mm21223674.632372491.313609221.694879326.636092770.807423551.648629420.169902314.6111148914.6512336428.

44、8814720176.271220789.112374837.293611231.664866390.636094097.937406845.618623668.079888405.0311103412.6112295569.7314710040.011186098.032334027.253570408.114798118.925984809.997287992.668502023.609760424.5110950328.2212138945.9114496775.681185678.612335995.213561146.324769013.375957966.157246259.808

45、442707.069689820.8510865745.1912060562.1114381674.31193419.212330830.963549690.234759898.145943533.177221675.148416664.469640479.6310815994.3712011405.5914300627.471181634.802322749.313529330.164719424.935903507.507183559.288386171.529610810.2210792133.5011984600.6914247755.52平均值mm21198549.072345155

46、.223571838.034798695.445996114.267294980.698500109.159748709.1410946088.0912137918.8214476174.88标准偏差mm218756.3222553.2032751.1862856.0779833.7499252.45105101.48124454.33150325.63148160.19203261.72变异系数%1.560.960.921.311.331.361.241.281.371.221.40表10 B2F不同样品量总面积测试结果样品质量g250.00500.00750.001000.001250.0

47、01500.001750.002000.002250.002500.002750.003000.00总面积测试值mm2991476.491984186.752952193.153907901.644892586.705843141.166782574.857712576.258697761.629723341.0410741899.7411753250.73997971.491967121.822913377.973851613.884840164.445776637.016742365.197663710.288616992.069613174.9410664931.5511673216.0

48、7981419.151948897.72855919.153794802.004785292.445744166.756735819.737709255.558658680.399659809.8010683231.5711683531.80993365.561937174.442865892.043778762.214735145.405713608.716653425.317594741.018548086.879530005.9210506927.8211530900.19962636.061946934.652894451.933773321.534739788.795698971.326631732.867524081.668443290.899437659.7610431643.5211421569.60964175.511920961.582871804.283776547.144747972.495712274.246627846.627519168.858520945.539500578.6010494189.7911496255.50平均值mm2981840.711950879.492892273.093813824.734790158.38574