茶叶色选机的技术特性与应用

茶叶色选机的技术特性与应用

发布日期:2021-07-08 浏览次数:498

茶叶加工中拣梗去杂是费工费时且又非常关键的工序,拣剔作业已是茶叶精制中质量与成本控制的瓶颈环节。由于机械性能等原因,阶梯式拣梗机、静电拣梗机等常规设备,拣剔效果不理想。如工夫红茶通过多次机拣、静拣,仍需手拣予以辅助,手工拣茶费用占红茶精制成本的10%-15%。近年来,茶鲜叶的人工采摘质量下降及机械采茶增多,茶叶加工中拣梗量随之增加,业内一直期待着茶叶拣剔设备的技术突破。色选技术是指利用特殊识别镜头捕捉物料表面像元素信号、采集物料透光率信号及其它成分的信息,并利用PLC控制及CPU处理,实现光电信号互换,并与标准信号对比分析出物料的品质优劣,再利用压缩空气将该劣质物料剔除的集光、电、气、机于一体高科技综合技术,色选设备现已广泛应用于农业,食品业、工矿业等领域。近年来,安徽等省一些企业在茶叶加工中已成功利用色选机拣剔

  

茶梗等夹杂物,拣剔质量高、工效高,制茶成本降低,制提率显著提高,能够广泛应用于绿茶、红茶、乌龙茶精制中的拣剔作业及名优茶去片去梗的精选处理等。

  

1、茶叶色选机的技术特性

  

色选机主要是一些多用途和泛用途的色选设备,应用于不同行业及产品时,部分组件和操作模式须作出相应的技术研究与测试,才能达到理想的质量要求。

  

1.1 茶叶色选机的工作原理

  

茶叶色选机利用光电技术专门剔除异色物料,通过光电系统分析茶物料表面的外观色泽,以区分茶、梗及非茶类夹杂物,能解决常规使用筛分、风选及拣剔设备所无法达到的茶梗分离效果。色选机选别室内有若干狭长的通道,通道出口处装有高稳定光源,当茶物料经由振动喂料系统均匀地通过斜槽通道进入选别区域时,物料通过检测区域之前,靠重

  

力和落下的速度使每个茶叶以直线状排列,依次落入光电检测室。每个料槽有2个高分辨率的相机,加上数据处理硬件,在物料通过时从两侧对其检查,确定异色品,光电传感器测得反射光和投射的光量,并与基准色板反射光量比较,将其差值信号放大处理,当信号大于预定值时,驱动喷射系统(料槽末端的喷嘴)用压缩空气吹出异色物料。茶叶色选机采用新一代数字信号处理器(DSP)代替传统的工控机,并采用模糊逻辑算法与支持向量机(SVM)算法,对背景板角度及喂料速度进行自动调节,真正实现了色选机的全自动控制,同时使机器的性能在工作时自动达到最优状态。

  

1.2 茶叶色选机的基本结构

  

茶叶色选机主要部件有:进料斗、振动喂料器、溜槽、光源、背景板、光电检测器、数码相机、副品槽、正品槽、喷气阀、空气压缩机、空气净化器和过滤器、信号调理部件、时序部件及微机控制系统等。供料系统:由进料斗、振动喂料器和溜槽等组成。待分拣茶物料由进料斗进入振动喂料器,通过振动和导向机构使物料自动排列成一行行连续的线状细束,再通过料槽加速后以恒定速度抛飞进入光电系统的探测区内,以确保茶物料精确地呈现在光学区和喷射区内。

  

光电系统:光电系统是色选机的核心部分,主要由光源、背景板、数码相机和有关辅助装置组成。光源为被测物料和背景板提供稳定的均匀照明。光电探测器将探测区内被测物料的反射光转化为电信号。背景板则为电控系统提供基准信号,其反光特性与合格品的反光特性基本等效,而与剔除物差异较大。

  

分选系统:分选系统由副品槽、成品槽、喷气阀、空气压缩机及过滤器等相关附件组成。气动喷嘴标配有近200个喷嘴,口径仅2-3mm,分辨率高、寿命长、喷射精确。

  

电控系统:电控系统由信号调理部件、时序部件和微机控制系统等组成。电控系统对来自光电系统的色差电压进行放大,并与设定色差阈值进行比较。核心技术是产品异色跟踪模块,以控制色选机光学系统的背景灯亮度、灰尘清理和自动校正等,以实现跟踪、剔除异色物。

  

操作系统:异色跟踪软件随时跟踪成品质量,保证色选机即使在长时间不间断连续生产时,也能保持性能的稳定性。中文触摸屏式操作界面可以保留20多个预置样品模式和保存100个用户确认的样品

  

模式,样品模式之间转换瞬间即可完成。

  

1.3 茶叶色选机的性能指标

  

茶叶色选机的主要性能指标均在异色物含量及流量额定的条件下测定,而且与异色物的种类、色泽、密度有关。通常在异色物含量相同和台时产量额定的情况下,色选精度越高,带出比越低,说明色选机的工艺性能越好。

  

台时产量:茶叶色选机有较大创新,采用双镜头双面搜索,每个通道处理能力增大,产量和色选精度大大提高,台时处理量0.8-1.0t?h。这个数字仅是常规茶叶拣剔设备的数十倍左右,但精选效果却是常规设备远不可比拟的。

  

选别率:选别率(拣梗率)是指含有异色物的茶叶经过色选后,选出的杂质数量对茶原料中所含杂质含量的重量百分数,茶叶色选对杂质的选别率决定于茶叶含杂比,并在理论上排除了对杂质长短、形状、比重的特殊要求,可按照不同茶叶级别的净度要求,相应确定不同的色选工艺。

  

带出比:带出比(误拣比)是指茶叶经过色选后,其副品带出料中的异色物重量与合格茶叶的重量之比。即每喷出1个单位杂质带出多少个单位合格品,一般可达到1:0.6左右。正品茶的净度要求越高,越多的合格茶便可能被带出。如果带出比要求特别低,将会影响二次色选精度,过高则选出的物料很难处理,副品中茶叶出现跑料、走料。

  

色选精度:色选精度是指含有异色物的被选茶原料经过色选后,其正品合格茶与被选前茶原料的重量百分比。常规的茶叶拣剔设备主要是阶梯式拣梗机、静电拣梗机,阶梯式拣梗机只能拣剔粗长筋梗,静电拣梗机则以拣剔细筋嫩梗为主,这两种茶机选别率低、误拣比高。茶叶色选对杂质的辨认只在于颜色的深浅而不管其形状和比重的大小,排除了其它许多不利因素的干扰。

  

2、茶叶色选机的技术调控

  

茶叶色选机对安装使用环境、配套压缩空气系统、清扫系统的要求较高,并在光电探测元件、光源光谱特性、双面色选、喷气阀性能、控制系统抗干扰能力、整机平均无故障时间等方面加以改进、优化。

  

2.1 供料系统设计

  

由于茶物料的外形规格与大米、小麦及大豆等相比差异较大,通用色选机的供料装置难以满足茶叶色选的技术要求。茶叶色选机对料斗装置进行了创新设计,能达到茶物料平铺直流而不是柱状流动,平铺直流能使物流均匀地、连续地送到振荡盘,并实

  

现自清理,所有茶物料都以相同速度流动,而常规色选机大多是柱状流动,若付选茶叶则表现为中间流速快,两侧的速度慢,易产生潜在死角、造成堵塞。输料斗将茶原料送到振荡盘上时,可通过两个螺丝进行上下调节料门,保证原料平铺直流地被输送到振荡盘上。并且,整个喂料系统的零部件均由不锈钢制成,坚固耐磨,色选时选用特种阳极化处理的通道式料槽,选别率高,产量增大。

  

2.2 光电与分选系统控制

  

采用数码影像新技术让用户对杂质和异色物同时进行多级阈值及多重参数设定,通过对茶物料中合格品及杂质的光谱特性分析,并根据茶物料平均色泽,以分出接受物和剔除物,利用特定光谱特性的光源,使合格品与杂质的反射光有较大差异。通过采用双面色选技术,增加被拣物料的探测面积,获取更全面信息,以提高拣梗剔筋的的选别率。茶叶色选机喷射茶物料采用顺着物流从后往前吹,与料槽边缘接触的物流保持相对稳定,能使喷嘴尽可能接近物流,喷嘴吹气时物流自然分流。并设置通道式料槽,每个通道对一个喷嘴,一个喷嘴对准一个物料,带出比极低,喷嘴水平喷射时能确保最大限度地控制气体扩散,垂直喷射时受喷嘴阀门开?关的控制,其特制的开关频率速度高达几百个毫微秒,喷嘴速度可以达到300次?秒,物料跟踪和自动校正使得色选机保持较高的精确度和产量。

  

2.3 电控及操作系统控制

  

以茶叶色泽作为分选依据能实现其他常规分选方法无法实现的功能。经过色选后的茶叶色泽均匀一致,品相改善,质量大大提高,产品的市场竞争能力显著增强。为解决现有色选机光源不稳定、杂质一次去除率不高及自动化程度较低等问题,用蓝色高亮度发光二极管代替传统灯管作为色选机光源,并采用自动调节动态阈值的方法设置色选机阈值。动态阈值法避免了人工干预,有利于提高色选系统的自动化程度,初步验证了高亮度LED作为光源和动态阈值法的可行性。茶叶色选机使用的产品异色跟踪模块,控制色选机光学系统的背景灯亮度、灰尘清理和自动校正等,实现跟踪、剔除异色物。并采用DSP、PLC等部件作为电控系统的控制核心,能在运行过程中自动监控系统的运行状态,自动对供料系统、分选系统、光电系统等进行调整,使色选机随时保持最佳工作状态。

  

3、茶叶色选的技术应用

  

茶叶色选为茶叶加工尤其是外销茶加工的工效提高与成本控制创造了有利条件。同时,茶叶色选机的购置与使用又是十分谨慎的,实践中需正确掌握、应用茶叶色选技术。

  

3.1 茶叶色选的原料控制

  

茶叶色选进机原料茶的大小规格要求,是确定茶叶色选工艺及茶叶精制工艺的基础条件。毛茶的叶长梗长、筋梗含量高,若以毛茶为原料进入振动喂料器,容易堵塞喂料器出口,无法通过振动和导向机构使物料自动排列成一行行连续的线状细束,更无法顺畅地通过料槽加速后以恒定的速度抛飞进入光电系统的探测区内。滚筒圆筛等工序的分号茶虽然经过粗分大小,并未过多切轧,仍然叶身长、大梗多,含杂量大、流动性差。因此,红(绿)毛茶、毛茶头及大筛号茶均不适宜作为色选机的茶原料。茶叶色选的选别率、带出比及台时产量等技术指标主要取决于茶原料的筋梗含量、片末含量。研究结果显示精扇后的筛号茶选别率高、带出比低及台时产量较高,色选效果表现最佳。

  

3.2 茶叶色选的净度控制

  

不同级别茶物料中的茶梗等杂质含量差异很大,茶叶级别越低,茶原料中的筋梗越多。以细筋嫩梗为主的高档茶杂质含量低,而筋梗异色程度也低,选出难度较大,以粗梗枝杆为主的低档茶杂质含量高,而杂质异色程度也高,选出难度相对较容易。并且,不同级别商品茶的净度要求同样差异很大,高档茶净度要求高,低档茶净度要求低。因此,茶叶的色选拣剔工效,呈现与谷物色选相反的表现,杂质少、净度要求高的高档茶色选工效低及技术难度大,杂质多、净度要求低的低档茶色选工效高及技术难度小。对于同一级别或相似含杂量(筋梗量)的茶原料而言,商品茶净度要求越高,在带出比保持不变或变幅较小时,只能降低付选的茶叶流量或多次复选,从而茶叶色选机的台时产量相应降低。否则茶叶色选的带出比增大,出现茶叶精制中最忌讳的跑料、走料现象。茶叶精制中,通过茶叶色选机工作站技术模式的选择、微调及确定,在保证茶叶拣剔带出比、选别率达到工艺要求的前提下,实现茶叶色选机台时产量的最大化。

  

4、结语

  

传统茶叶拣梗采用机拣、手拣相结合的方法,误拣比高,并耗费大量人力财力,拣梗质量和效率不能适应清洁化、工程化的加工要求。通过在茶叶加工中系统使用色选机拣剔茶梗等夹杂物,无需使交付色选的筛号茶长短粗细过于规格化,不但除杂效果好,还可优化精制工艺,减少反复切、抖、撩等筛制作业,避免茶叶过多的断碎、短钝,并达到拣剔质量高、工效高、制茶成本降低、制提率提高的加工效果,基本解决了以往茶叶拣剔质量差和工效低的缺陷。并且,常规机械或手工拣剔的茶梗中带出的是条索紧、锋苗好的面张茶,而茶叶色选的副品中带出的是质量较次的异色茶。一台茶叶色选机的处理能力可相当于几百个拣茶工,企业产能被有效激活,加工周期大为缩短。此外,茶叶不经过人手拣茶接触,避免了手工拣剔的潜在污染,从而更加卫生洁净,达到了清洁化、规范化加工。