茶葉色選機的技術(shù)特性與應用

茶葉加工中揀梗去雜是費工費時(shí)且又非常關(guān)鍵的工序，揀剔作業(yè)已是茶葉精制中質(zhì)量與成本控制的瓶頸環(huán)節。由于機械性能等原因，階梯式揀梗機、靜電揀梗機等常規設備，揀剔效果不理想。如工夫紅茶通過(guò)多次機揀、靜揀，仍需手揀予以輔助，手工揀茶費用占紅茶精制成本的10%－15%。近年來(lái)，茶鮮葉的人工采摘質(zhì)量下降及機械采茶增多，茶葉加工中揀梗量隨之增加，業(yè)內一直期待著(zhù)茶葉揀剔設備的技術(shù)突破。色選技術(shù)是指利用特殊識別鏡頭捕捉物料表面像元素信號、采集物料透光率信號及其它成分的信息，并利用PLC控制及CPU處理，實(shí)現光電信號互換，并與標準信號對比分析出物料的品質(zhì)優(yōu)劣，再利用壓縮空氣將該劣質(zhì)物料剔除的集光、電、氣、機于一體高科技綜合技術(shù)，色選設備現已廣泛應用于農業(yè)，食品業(yè)、工礦業(yè)等領(lǐng)域。近年來(lái)，安徽等省一些企業(yè)在茶葉加工中已成功利用色選機揀剔

茶梗等夾雜物，揀剔質(zhì)量高、工效高，制茶成本降低，制提率顯著(zhù)提高，能夠廣泛應用于綠茶、紅茶、烏龍茶精制中的揀剔作業(yè)及名優(yōu)茶去片去梗的精選處理等。

1、茶葉色選機的技術(shù)特性

色選機主要是一些多用途和泛用途的色選設備，應用于不同行業(yè)及產(chǎn)品時(shí)，部分組件和操作模式須作出相應的技術(shù)研究與測試，才能達到理想的質(zhì)量要求。

1.1 茶葉色選機的工作原理

茶葉色選機利用光電技術(shù)專(zhuān)門(mén)剔除異色物料，通過(guò)光電系統分析茶物料表面的外觀(guān)色澤，以區分茶、梗及非茶類(lèi)夾雜物，能解決常規使用篩分、風(fēng)選及揀剔設備所無(wú)法達到的茶梗分離效果。色選機選別室內有若干狹長(cháng)的通道，通道出口處裝有高穩定光源，當茶物料經(jīng)由振動(dòng)喂料系統均勻地通過(guò)斜槽通道進(jìn)入選別區域時(shí)，物料通過(guò)檢測區域之前，靠重

力和落下的速度使每個(gè)茶葉以直線(xiàn)狀排列，依次落入光電檢測室。每個(gè)料槽有2個(gè)高分辨率的相機，加上數據處理硬件，在物料通過(guò)時(shí)從兩側對其檢查，確定異色品，光電傳感器測得反射光和投射的光量，并與基準色板反射光量比較，將其差值信號放大處理，當信號大于預定值時(shí)，驅動(dòng)噴射系統（料槽末端的噴嘴）用壓縮空氣吹出異色物料。茶葉色選機采用新一代數字信號處理器（DSP）代替傳統的工控機，并采用模糊邏輯算法與支持向量機（SVM）算法，對背景板角度及喂料速度進(jìn)行自動(dòng)調節，真正實(shí)現了色選機的全自動(dòng)控制，同時(shí)使機器的性能在工作時(shí)自動(dòng)達到最優(yōu)狀態(tài)。

1.2 茶葉色選機的基本結構

茶葉色選機主要部件有：進(jìn)料斗、振動(dòng)喂料器、溜槽、光源、背景板、光電檢測器、數碼相機、副品槽、正品槽、噴氣閥、空氣壓縮機、空氣凈化器和過(guò)濾器、信號調理部件、時(shí)序部件及微機控制系統等。供料系統：由進(jìn)料斗、振動(dòng)喂料器和溜槽等組成。待分揀茶物料由進(jìn)料斗進(jìn)入振動(dòng)喂料器，通過(guò)振動(dòng)和導向機構使物料自動(dòng)排列成一行行連續的線(xiàn)狀細束，再通過(guò)料槽加速后以恒定速度拋飛進(jìn)入光電系統的探測區內，以確保茶物料精確地呈現在光學(xué)區和噴射區內。

光電系統：光電系統是色選機的核心部分，主要由光源、背景板、數碼相機和有關(guān)輔助裝置組成。光源為被測物料和背景板提供穩定的均勻照明。光電探測器將探測區內被測物料的反射光轉化為電信號。背景板則為電控系統提供基準信號，其反光特性與合格品的反光特性基本等效，而與剔除物差異較大。

分選系統：分選系統由副品槽、成品槽、噴氣閥、空氣壓縮機及過(guò)濾器等相關(guān)附件組成。氣動(dòng)噴嘴標配有近200個(gè)噴嘴，口徑僅2－3mm，分辨率高、壽命長(cháng)、噴射精確。

電控系統：電控系統由信號調理部件、時(shí)序部件和微機控制系統等組成。電控系統對來(lái)自光電系統的色差電壓進(jìn)行放大，并與設定色差閾值進(jìn)行比較。核心技術(shù)是產(chǎn)品異色跟蹤模塊，以控制色選機光學(xué)系統的背景燈亮度、灰塵清理和自動(dòng)校正等，以實(shí)現跟蹤、剔除異色物。

操作系統：異色跟蹤軟件隨時(shí)跟蹤成品質(zhì)量，保證色選機即使在長(cháng)時(shí)間不間斷連續生產(chǎn)時(shí)，也能保持性能的穩定性。中文觸摸屏式操作界面可以保留20多個(gè)預置樣品模式和保存100個(gè)用戶(hù)確認的樣品

模式，樣品模式之間轉換瞬間即可完成。

1.3 茶葉色選機的性能指標

茶葉色選機的主要性能指標均在異色物含量及流量額定的條件下測定，而且與異色物的種類(lèi)、色澤、密度有關(guān)。通常在異色物含量相同和臺時(shí)產(chǎn)量額定的情況下，色選精度越高，帶出比越低，說(shuō)明色選機的工藝性能越好。

臺時(shí)產(chǎn)量：茶葉色選機有較大創(chuàng )新，采用雙鏡頭雙面搜索，每個(gè)通道處理能力增大，產(chǎn)量和色選精度大大提高，臺時(shí)處理量0.8－1.0t?h。這個(gè)數字僅是常規茶葉揀剔設備的數十倍左右，但精選效果卻是常規設備遠不可比擬的。

選別率：選別率（揀梗率）是指含有異色物的茶葉經(jīng)過(guò)色選后，選出的雜質(zhì)數量對茶原料中所含雜質(zhì)含量的重量百分數，茶葉色選對雜質(zhì)的選別率決定于茶葉含雜比，并在理論上排除了對雜質(zhì)長(cháng)短、形狀、比重的特殊要求，可按照不同茶葉級別的凈度要求，相應確定不同的色選工藝。

帶出比：帶出比（誤揀比）是指茶葉經(jīng)過(guò)色選后，其副品帶出料中的異色物重量與合格茶葉的重量之比。即每噴出1個(gè)單位雜質(zhì)帶出多少個(gè)單位合格品，一般可達到1:0.6左右。正品茶的凈度要求越高，越多的合格茶便可能被帶出。如果帶出比要求特別低，將會(huì )影響二次色選精度，過(guò)高則選出的物料很難處理，副品中茶葉出現跑料、走料。

色選精度：色選精度是指含有異色物的被選茶原料經(jīng)過(guò)色選后，其正品合格茶與被選前茶原料的重量百分比。常規的茶葉揀剔設備主要是階梯式揀梗機、靜電揀梗機，階梯式揀梗機只能揀剔粗長(cháng)筋梗，靜電揀梗機則以?huà)藜毥钅酃橹?，這兩種茶機選別率低、誤揀比高。茶葉色選對雜質(zhì)的辨認只在于顏色的深淺而不管其形狀和比重的大小，排除了其它許多不利因素的干擾。

2、茶葉色選機的技術(shù)調控

茶葉色選機對安裝使用環(huán)境、配套壓縮空氣系統、清掃系統的要求較高，并在光電探測元件、光源光譜特性、雙面色選、噴氣閥性能、控制系統抗干擾能力、整機平均無(wú)故障時(shí)間等方面加以改進(jìn)、優(yōu)化。

2.1 供料系統設計

由于茶物料的外形規格與大米、小麥及大豆等相比差異較大，通用色選機的供料裝置難以滿(mǎn)足茶葉色選的技術(shù)要求。茶葉色選機對料斗裝置進(jìn)行了創(chuàng )新設計，能達到茶物料平鋪直流而不是柱狀流動(dòng)，平鋪直流能使物流均勻地、連續地送到振蕩盤(pán)，并實(shí)

現自清理，所有茶物料都以相同速度流動(dòng)，而常規色選機大多是柱狀流動(dòng)，若付選茶葉則表現為中間流速快，兩側的速度慢，易產(chǎn)生潛在死角、造成堵塞。輸料斗將茶原料送到振蕩盤(pán)上時(shí)，可通過(guò)兩個(gè)螺絲進(jìn)行上下調節料門(mén)，保證原料平鋪直流地被輸送到振蕩盤(pán)上。并且，整個(gè)喂料系統的零部件均由不銹鋼制成，堅固耐磨，色選時(shí)選用特種陽(yáng)極化處理的通道式料槽，選別率高，產(chǎn)量增大。

2.2 光電與分選系統控制

采用數碼影像新技術(shù)讓用戶(hù)對雜質(zhì)和異色物同時(shí)進(jìn)行多級閾值及多重參數設定，通過(guò)對茶物料中合格品及雜質(zhì)的光譜特性分析，并根據茶物料平均色澤，以分出接受物和剔除物，利用特定光譜特性的光源，使合格品與雜質(zhì)的反射光有較大差異。通過(guò)采用雙面色選技術(shù)，增加被揀物料的探測面積，獲取更全面信息，以提高揀梗剔筋的的選別率。茶葉色選機噴射茶物料采用順著(zhù)物流從后往前吹，與料槽邊緣接觸的物流保持相對穩定，能使噴嘴盡可能接近物流，噴嘴吹氣時(shí)物流自然分流。并設置通道式料槽，每個(gè)通道對一個(gè)噴嘴，一個(gè)噴嘴對準一個(gè)物料，帶出比極低，噴嘴水平噴射時(shí)能確保最大限度地控制氣體擴散，垂直噴射時(shí)受?chē)娮扉y門(mén)開(kāi)?關(guān)的控制，其特制的開(kāi)關(guān)頻率速度高達幾百個(gè)毫微秒，噴嘴速度可以達到300次?秒，物料跟蹤和自動(dòng)校正使得色選機保持較高的精確度和產(chǎn)量。

2.3 電控及操作系統控制

以茶葉色澤作為分選依據能實(shí)現其他常規分選方法無(wú)法實(shí)現的功能。經(jīng)過(guò)色選后的茶葉色澤均勻一致，品相改善，質(zhì)量大大提高，產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭能力顯著(zhù)增強。為解決現有色選機光源不穩定、雜質(zhì)一次去除率不高及自動(dòng)化程度較低等問(wèn)題，用藍色高亮度發(fā)光二極管代替傳統燈管作為色選機光源，并采用自動(dòng)調節動(dòng)態(tài)閾值的方法設置色選機閾值。動(dòng)態(tài)閾值法避免了人工干預，有利于提高色選系統的自動(dòng)化程度，初步驗證了高亮度LED作為光源和動(dòng)態(tài)閾值法的可行性。茶葉色選機使用的產(chǎn)品異色跟蹤模塊，控制色選機光學(xué)系統的背景燈亮度、灰塵清理和自動(dòng)校正等，實(shí)現跟蹤、剔除異色物。并采用DSP、PLC等部件作為電控系統的控制核心，能在運行過(guò)程中自動(dòng)監控系統的運行狀態(tài)，自動(dòng)對供料系統、分選系統、光電系統等進(jìn)行調整，使色選機隨時(shí)保持最佳工作狀態(tài)。

3、茶葉色選的技術(shù)應用

茶葉色選為茶葉加工尤其是外銷(xiāo)茶加工的工效提高與成本控制創(chuàng )造了有利條件。同時(shí)，茶葉色選機的購置與使用又是十分謹慎的，實(shí)踐中需正確掌握、應用茶葉色選技術(shù)。

3.1 茶葉色選的原料控制

茶葉色選進(jìn)機原料茶的大小規格要求，是確定茶葉色選工藝及茶葉精制工藝的基礎條件。毛茶的葉長(cháng)梗長(cháng)、筋梗含量高，若以毛茶為原料進(jìn)入振動(dòng)喂料器，容易堵塞喂料器出口，無(wú)法通過(guò)振動(dòng)和導向機構使物料自動(dòng)排列成一行行連續的線(xiàn)狀細束，更無(wú)法順暢地通過(guò)料槽加速后以恒定的速度拋飛進(jìn)入光電系統的探測區內。滾筒圓篩等工序的分號茶雖然經(jīng)過(guò)粗分大小，并未過(guò)多切軋，仍然葉身長(cháng)、大梗多，含雜量大、流動(dòng)性差。因此，紅（綠）毛茶、毛茶頭及大篩號茶均不適宜作為色選機的茶原料。茶葉色選的選別率、帶出比及臺時(shí)產(chǎn)量等技術(shù)指標主要取決于茶原料的筋梗含量、片末含量。研究結果顯示精扇后的篩號茶選別率高、帶出比低及臺時(shí)產(chǎn)量較高，色選效果表現最佳。

3.2 茶葉色選的凈度控制

不同級別茶物料中的茶梗等雜質(zhì)含量差異很大，茶葉級別越低，茶原料中的筋梗越多。以細筋嫩梗為主的高檔茶雜質(zhì)含量低，而筋梗異色程度也低，選出難度較大，以粗梗枝桿為主的低檔茶雜質(zhì)含量高，而雜質(zhì)異色程度也高，選出難度相對較容易。并且，不同級別商品茶的凈度要求同樣差異很大，高檔茶凈度要求高，低檔茶凈度要求低。因此，茶葉的色選揀剔工效，呈現與谷物色選相反的表現，雜質(zhì)少、凈度要求高的高檔茶色選工效低及技術(shù)難度大，雜質(zhì)多、凈度要求低的低檔茶色選工效高及技術(shù)難度小。對于同一級別或相似含雜量（筋梗量）的茶原料而言，商品茶凈度要求越高，在帶出比保持不變或變幅較小時(shí)，只能降低付選的茶葉流量或多次復選，從而茶葉色選機的臺時(shí)產(chǎn)量相應降低。否則茶葉色選的帶出比增大，出現茶葉精制中最忌諱的跑料、走料現象。茶葉精制中，通過(guò)茶葉色選機工作站技術(shù)模式的選擇、微調及確定，在保證茶葉揀剔帶出比、選別率達到工藝要求的前提下，實(shí)現茶葉色選機臺時(shí)產(chǎn)量的最大化。

4、結語(yǔ)

傳統茶葉揀梗采用機揀、手揀相結合的方法，誤揀比高，并耗費大量人力財力，揀梗質(zhì)量和效率不能適應清潔化、工程化的加工要求。通過(guò)在茶葉加工中系統使用色選機揀剔茶梗等夾雜物，無(wú)需使交付色選的篩號茶長(cháng)短粗細過(guò)于規格化，不但除雜效果好，還可優(yōu)化精制工藝，減少反復切、抖、撩等篩制作業(yè)，避免茶葉過(guò)多的斷碎、短鈍，并達到揀剔質(zhì)量高、工效高、制茶成本降低、制提率提高的加工效果，基本解決了以往茶葉揀剔質(zhì)量差和工效低的缺陷。并且，常規機械或手工揀剔的茶梗中帶出的是條索緊、鋒苗好的面張茶，而茶葉色選的副品中帶出的是質(zhì)量較次的異色茶。一臺茶葉色選機的處理能力可相當于幾百個(gè)揀茶工，企業(yè)產(chǎn)能被有效激活，加工周期大為縮短。此外，茶葉不經(jīng)過(guò)人手揀茶接觸，避免了手工揀剔的潛在污染，從而更加衛生潔凈，達到了清潔化、規范化加工。