Optinen tupakkaerotin

Selitys
Kehittämishanke yritykselle “British American Tobacco Venäjä” on hyvä esimerkki tuotannolla konenäön käyttöä.
Kameroita ja konenäönalgoritmeja käyttäen suoritetaan epäpuhtaan tupakan (tupakkaseoksen) puhdistaminen, vieraiden esineiden poisto, jotka kuuluvat optiseen alueeseen. Puhdistettu tupakka käytetään savukkeiden valmistuksessa. Altamilla luodulla laiteella eli optisella erottimella on tupakkakoneelle ITM Delphi tarkoitettu käyttöliittymä, se toimii yhtenäisessä tuotteiden laadun valvonta-automaatiojärjestelmässä.
 
 
SISÄLLYSLUETTELO

Laitteistovaatimukset
Hankkeen toteuttaminen
Toimintaperiaate
Laitteiston erittely
Optisen erottimen laitteisto- ja ohjelmistokompleksin erittely
Optisen erottimen konenäön perusteella asennuskaava
 
 

Laitteistovaatimukset

• Laitteistolla on oltava mahdollisuus valita vierasesineiden lajittelun tyyppiä ja näyttää reaaliaikaisesti valvontamonitorissa tietoa vastaavien roskien löydöstä lajitteluprosessin aikana.
• Laitteistolla on oltava automaattisen diagnostiikan mahdollisuus, joka koskee tavanomaista erottamisprosessia, laitteiston on myös suoritettava jatkuvaa pääkomponenttien itsetarkistamista. ”Altami optinen erotin” varustettiin remote monitoring:lla (Internetin kautta), joka tarkastaa pääkomponenttien toimivuutta ja mahdollistaa aiheuttavien ongelmien nopeinta ratkaisua teknisen tuen henkilöstön avulla.
• Optisen erottimen täytyy toimia korkean kuormituksen olosuhteissa kellon ympäri 24×7. Erottimella pitää olla yksinkertainen käyttöliittymä ja sen on varmistettava vaivatonta henkilöstön hallintaa. Asentaminen vaatii integraatiota olemassa olevaan laitteistoon ITM Delphiin eli viallisten savukkeiden leikkauslaiteen, jonka onkin varmistettava yhteistä käynnistystä ja pysähdystä myös optisen erottamisprosessin keskeyttämisen takia.

 
Vieraita (ei toivottu) esineitä tarkoittaa valkoisten puristettujen savukesuodattimien osia, pehmopaperia ja aromikapseleita, jotka löytyvät ehjänä tai osina tupakkaseoksesta. Kapselit voivat olla erivärisiä, mutta eroavat kuitenkin tupakan väristä.
 
Huomautus: savukkeiden tuotannon prosessin aikana muodostuu tietty määrä (1-3%) viallisia tuotteita (osittain tai kokonaan valmiit savukkeet, jotka laadun syystä evät laiteta myyntiin). Tuotannoilla on kalliita laiteita viallisten savukkeiden purkamista varten, jonka tupakka menee tuotantoon uudelleenkäsittelyyn (esimerkiksi ITM Delphi). Savukkeiden purkamisen yhteydessä tupakkaseokseen pääsee kuitenkin yllä mainitut vieraat esineet, jotka puhtaassa seoksessa ei saa olla. Tuotannolla on siis tehtävä: uutetusta tupakasta vieraiden aineiden poisto, muussa tapauksessa se on poistettava kokonaan.
 
 

Hankkeen toteuttaminen

Laitteen toiminta perustuu algoritmeihin ja konenäön mahdollisuuksiin, jotka sovelletaan tuotantoprosessiin. Optinen erotin on irtotavaroiden valvontakeino.
 
Esitettävä projekti on Altami Oy:n seuraava konenäön kehittymisaskel tupakan optisen erottimen tutkimusalalla, joka koskee tupakasta vieraiden esineiden poistoa ja tupakkaseoksen puhdistamista.
Ensimmäisestä versiosta ero on se, että laite poistaa tupakkaseoksesta ei vain aromikapseleiden fragmentteja, vaan laiteen täytyy myös poistaa puristettujen savukesuodattimien ja pehmopaperin osia.
 
Sillä suodattimet ja pehmopaperi ovat samanvärisiä (valkoisia), niin optisen havaitsemisen näkökulmasta katsottuna ne ovat samoja objekteja, jotka on poistettava. Tämän takia poistavien fragmenttien määrä on kasvanut niin suureksi, että ensimmäisen version ratkaisu, jolla käytettiin mekaaninen suljin, osoittautui toimimattomaksi kun puretussa tupakassa oli erittäin suuri tiheys pehmopaperia. Altami Oy:n asiantuntijat ovat kehittäneet uutta tehokasta keinoa savukesuodattimien poistoa varten. Lopputuloksena oli ”Optinen erotin Altami, versio 3” eli sulkeumien tupakasta pneumaattinen poisto kun tupakkaseos syötetään valvonta-alueelle vapaasti pudottamalla.
 
 

Toimintaperiaate

Vieraita esineitä sisältävä tupakkaseos syötetään kuljettimella ITM Delphi leikkurilta jakokaivoon, josta tulee tasaisesti videovalvonta-alueelle vapaasti pudottamalla. Nopeat kamerat Altami Oy:llä kehitetyn konenäön ohjelmiston avulla toteuttavat sulkeumien hakua useiden samanaikaisesti toimivan algoritmien perusteella. Siinä tapauksessa, kuin epätoivottu fragmentti (roskat) havaitaan, määritetään kyseisen fragmentin koordinaatit, vastaava pneumaattinen venttiili avataan löydytyn fragmentin poistamista varten puhallinsuuttimella tupakkaseosta roskasäiliöön. Sulkeumien tunnistus ja poisto sisältää useita millisekunnin yksikköä.
 
Aiemmista teoksista käyttetty kokemusta:

• Altamilla kehitetty stroboskooppimuotoinen valonlähde LED:in ja Altami-ohjaimen perusteella;
• Konenäön alan kehityksiä, videovirran nopeusvalvontakameroilla arviointi;
• Pneumaattinen terä (hiottu levy, jolla kanavia lineaarisen sulkeumien poistoalueen luomista varten).

 
 
 
 
 
Mikä oli kehitetty projektin toteuttamista varten:

• Korkeanopean pneumaattisen venttiilin ohjain;
• Konenäön optimoituja algoritmeja videon käsittelyä ja tupakasta roskien hakua varten;
• Värisevan tupakkasyöttölaitteen ohjain;
• Asennus ratkaisuja.

Laitteiston erittely

Tupakkaseoksen erottimen ominaisuudet:
 
1. Ylinopea roskin havaintoalgoritmi, vastatoiminopeus vähintään 5 ms;
2. Yleinen tupakan lajittelun suorituskyky — vähintään 400 kg/h;
3. Yksittäiset algoritmit ulkomaisten sulkeumien poistamiseksi;
4. Konenäkö korkearesoluutiolla roskien poistamiseksi koolla vähintään 1mm². Mahdollisuus kiristää resoluutiota asiakkaan annetun tehtävän mukaisesti;
5. Nopeat ilmaventtiilit ja suuttimet löydyttyjen vieraiden sulkemien poistamista varten;
6. Parannettu erotin, jonka ilmanvirtauksen min. leveys on 4 mm, joka mahdollistaa poistaa samanaikaisesti raskaita, pitkiä, kevyitä ja erikoispieniä esineitä;
7. Riippumattomien ilmansuuttimien korkea tiheys mahdollistaa:

• säästää ilmaa,
• minimoida poistettavan tupakkamäärää, joka poistetaan roskien yhdessä,
• erottaa jopa voimakkaasti saastunut tuotteita, jossa on ulkomaisten esineiden korkea tiheys;

 
 
 
 
8. Modulaarinen rakenne, jonka avulla voidaan lisätä käytössä olevan raaka-aineen määrän asiakkaan tarpeen mukaan;
9. Yksikköjen itsetestausjärjestelmä, jonka tietoja näytetään paikallismonitorilla;
10. Asiakaspalvelun vianmäärityksen etävalvonnan järjestelmä;
11. Käsiteltävien ulkomaissulkeumien esimerkki:

• Demi Tube suodattimien fragmentteja,
• pehmopaperin fragmentteja,
• kokonaisia suodattimia,
• savukkeiden Kent iSwitch tai Rothmans Demi Click kapseleita,
• askin fragmentteja.

Optisen erottimen laitteisto- ja ohjelmistokompleksin erittely

Työpaikasta, hallinto- ja valvontaelimistä kuva
 
 

Optisen erottimen konenäön perusteella asennuskaava:

1. Tupakkaseoksen suppilo
2. Tupakkaseoksen värisevä syöttölaite
3. Videokamerasetti (3 suurnopeuskameraa resoluutiolla 5 megapixeliä)
4. Suuttimien levy (160 suutinta max. 5mm)
5. Tuotteen erottamisen levy
6. Asennuskehys
7. Puhdistetun tupakan säiliö
8. Roskien säiliö

Teollisuudessa konenäön kehitystä koskevaa lisätietoa antaa mielellään Altami Oy.