《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》.docx

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《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》

《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》

行业标准编制说明

1工作简况

1.1任务来源

2010年国家烟草专卖局以国烟科[2010]91号文件下达了本标准的制订任务。

1.2项目承担单位、协作单位及主要分工

项目牵头承担单位中国烟草总公司郑州烟草研究院负责项目的牵头组织、方案设计、数据分析、标准编制和工业验证。

项目承担单位福建中烟工业公司、红云红河烟草（集团）有限责任公司、安徽中烟工业公司、红塔烟草（集团）有限责任公司协助项目技术方案的试验实施、数据采集和工业验证。

1.3主要工作过程（起草、试验验证、征求意见、送审、报批等环节及项目研讨会等内容）

项目组按照项目实施方案进行了试验研究，并根据试验结果于2011年7月形成了《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》（初稿），并将初稿发至中国烟草标准化研究中心和企业相关专家进行征求意见，同时按照初稿确定的测试方法选取甲、乙、丙三家卷烟企业进行试验验证。

项目组对专家反馈意见和验证结果进行分析讨论，对初稿进行了修改完善，于2011年12月形成了《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》（讨论稿），采用会议、咨询、邮件等多种形式与行业相关专家进行了交流沟通、研讨。

经过反复的交流讨论，2012年2月形成了《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》（征求意见稿）、试验报告以及编制说明等三份材料，并分别、中国烟草标准化研究中心、福建中烟工业公司、红云红河烟草（集团）有限责任公司、安徽中烟工业公司、红塔烟草（集团）有限责任公司、龙岩金叶复烤有限责任公司、华环国际烟草有限公司、天昌国际烟草有限公司等单位征求意见。

1.4标准主要起草人及其所做的工作

项目主要参加人员及分工

姓名

工作单位

职称

分工

堵劲松

郑州烟草研究院

研究员

项目负责人

王兵

郑州烟草研究院

研究员

项目协调、方案论证

徐大勇

郑州烟草研究院

工程师

方案制定、标准编写

李善莲

郑州烟草研究院

工程师

试验研究、标准编写

邓国栋

郑州烟草研究院

工程师

试验研究、标准编写

张玉海

郑州烟草研究院

工程师

试验研究、标准编写

李跃锋

福建中烟工业公司

高工

项目协调、方案论证

李清华

福建中烟工业公司

工程师

项目协调、方案论证

姜焕元

福建中烟工业公司

高工

方案论证、试验研究

陈文

红云红河烟草（集团）有限责任公司

工程师

项目协调、方案论证

何华

红云红河烟草（集团）有限责任公司

工程师

方案论证、试验研究

申晓锋

红云红河烟草（集团）有限责任公司

助工

试验研究、标准编写

丁乃红

安徽中烟工业公司

高工

项目协调、方案论证

张超

安徽中烟工业公司

工程师

试验研究、标准编写

赵春雷

安徽中烟工业公司

工程师

试验研究、标准编写

武凯

红塔烟草（集团）有限责任公司

工程师

项目协调、方案论证

郑红艳

红塔烟草（集团）有限责任公司

助工

试验研究、标准编写

赵云川

红塔烟草（集团）有限责任公司

工程师

试验研究、方案论证

2相关领域的国、内外标准研究和制修订情况

（1）ISO12194《Leaftobacco–Determinationofstripparticlesize》

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，1995年这一方法被制定为国际标准ISO12194，该方法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。

（2）GB/T21137《烟叶片烟大小的测定》

2007年，国内等同采用ISO12194的方法，将其转化为GB/T21137进行片烟大小测定，其中规定叶片的测试量为3kg，筛网孔径分别为25.4mm、12.7mm、6.35mm、2.36mm。

3标准编制原则及主要内容确定的依据

3.1标准适用范围

本标准规定了机械打叶后片烟和制丝过程在制品片烟大小及其分布的测定方法。

本标准适用于机械打叶后片烟和制丝过程在制品片烟大小及其分布的测定。

3.2标准编制原则

本标准的编制遵循了科学性、先进性、适用性和可操作性的原则。

（1）科学、先进的原则

本测定方法的建立原理是：

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。

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，计算特征面积和任意区间面积百分比。

本方法建立过程中分别研究了测试方法的准确度及不同因素的影响、样品取样量的确定、烟片大小分布规律等，并与现有的筛分法进行了比较，在此基础上建立了片烟大小及其分布的测定方法。

与筛分法相比，本测定方法不仅能够得到片烟的面积大小，而且可以得到片烟面积的分布状况，以及表征烟叶整体面积大小的特征面积和任意面积区间的烟片面积比例。

该方法克服了现有筛分法测定片烟大小时的“超筛”和“漏筛”现象，具有更高的准确性和重复性。

综上所述,本标准《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》的提出和确定具有很强的研究基础，保证了标准制定的科学性和先进性。

（2）适用、可操作的原则

通过项目研究，建立了片烟大小及分布测定系统，该测定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。

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。

利用该测定系统可实现烟叶片烟面积大小及其分布的测定。

通过计算各面积区间内的片烟面积百分比，利用不同大小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，建立片烟大小分布函数，并对函数进行了验证，在此基础上实现烟片均匀性及特征尺寸的表征。

方法研究过程中，通过试验确定了最小测试样品量，分析了测试物体形状、皮带速度对测试结果的影响等，极大地提高了本标准测定方法的适用性和可操作性。

在测试方法建立的基础上进行了测试验证，结果表明，该测试方法可以应用于打叶复烤工序打叶之后.以及制丝加工过程切丝工序之前各取样点烟叶片烟大小及其分布的测定，具有很好的适用性和很强的可操作性。

3.3标准主要内容确定的依据

本标准采用利用图像采集装置获得烟片数字图像，通过计算图像中每片片烟所占像素点的数量，以及每个像素点对应的真实面积，从而计算出被测片烟的真实的面积，从而得到片烟面积的分布状况，以及表征烟叶整体面积大小的特征面积值和任意面积区间的烟片面积大小。

3.3.1烟叶大小及分布测定系统的研制

根据图像分析法的基本原理，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1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、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1烟叶大小及分布测定系统示意图

离散铺料系统：

具有将片烟样品片与片之间彼此分离，实现离散铺料的机械系统。

图像采集系统：

用于连续采集片烟图像的系统。

图像处理分析系统：

用于处理和分析片烟图像、统计片烟所占像素数量以及计算片烟面积的系统。

3.3.2测试方法准确度评价

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。

（1）测试方法的精密度：

测试采用11个标准样的30次测试结果，标准样的面积范围为25.00mm2~8977.50mm2，精密度的范围是1.31mm2~31.91mm2，精密度随面积的增大而减小，二者对数呈线性关系，即

。

对于817.95mm2~8977.5mm2的样品，变异系数在1%以下，对于25mm2~361.00mm2的样品，变异系数小于5.07%。

（2）测试方法的正确度：

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。

测试系统具有较高的准确度能，够满足测试要求。

3.3.3测试方法影响因素分析

根据方法的原理可知，影响测试结果的因素主要有被测物体的形状和物体的运动速度。

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。

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，测试值与真实值基本一致，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1~1.65之间的样品对测试结果的准确度基本没有影响。

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、0.2m/s、0.4m/s三个速度水平，在高速范围内选择1.5m/s、2.0m/s、2.5m/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。

测试结果表明，皮带在低速0.1~0.4m/s和高速1.5~2.5m/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0.1~2.5m/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。

3.3.4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。

试验结果表明测试最少样品量应不少于1500g。

3.3.5片烟大小分布规律研究

采用粒度分析的方法，按照确定的取样量，将2000g打后烟叶的片烟面积分别以0、150、300、500、1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000mm2为限划分区间，分别计算限上累积面积占样品总面积的百分比，建立了片烟大小分布方程，定义了表征片烟大小及其均匀性的参数，即特征面积和均匀性系数。

采用Kolmogorov-Smirnov检验法对该方程进行评价，检验结果表明所建片烟大小分布函数可以准确的描述片烟的面积分布规律。

3.3.6方法验证与应用

为了对“烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法”进行工业验证，在甲、乙、丙三家卷烟企业分别选取不同22种不同类型、不同产地、不同等级、不同工序处理后的片烟样品进行了验证测试。

验证结果表明不同类型、不同产地、不同等级、不同工序处理后的片烟其大小分布均符合片烟大小分布方程，特征面积和均匀性系数能够准确评价片烟的整体尺寸大小和均匀性。

3.4本标准与被修订标准在标准技术内容、水平方面的对比情况

本标准是首次制订，不涉及与被修订标准的对比情况。

4标准预期产生的社会、经济效益

本标准采用图像法的原理能够准确地测定片烟大小及其分布，建立了能够真实、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。

5用国际标准和国外先进标准的情况

本标准未采用国际标准和国外先进标准的相关内容。

6与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系

本标准符合现行有关法律、法规和强制性标准的要求。

7重大分歧意见的处理经过和依据

本标准具有很好的研究基础，在制定过程中主要是一些逻辑编排和措词方面的修改，未出现重大的意见分歧。

8作为强制性标准或推荐性标准的建议及主要依据

本标准属于测定方法的标准，适用于烟叶片烟大小及其分布的叶面积法测定，科学先进、适用且易操作，对打叶复烤企业加工质量检测水平的提高能起到一定的指导作用。

建议作为推荐性行业标准发布实施。

9标准宣贯的要求和措施建议

本标准发布后，建议以方法或技能培训（1～2天）方式进行标准的宣贯和推广工作。

10废止现行有关标准的建议

本标准不涉及废止现行有关标准。

11其他应予以说明的事项

本标准在研究、制订过程中在国内期刊发表文章1篇，EI核心期刊发表文章2篇；获得授权专利3项，其中发明1项，实用新型2项。

（1）一种烟叶叶片结构的表征方法，201010295976.8

（2）一种用于烟叶片烟面积测定的辅料系统，201020547223.7

（3）一种烟叶片烟面积测定系统，201020547215.2

（4）片烟叶面积分布，《烟草科技》，2010（10）

（5）基于机器视觉的烟叶面积在线测量方法，《农业机械学报》[EI收录]

（6）基于图像法和粒度分形模型的打叶过程烟片结构在线检测，《农业工程学报》，2012，28（5）[EI收录]

《烟叶片烟大小及其分布的测定叶面积法》标准项目组

2012年3月