基於機器視覺技術的煙支檢測器的製作方法
2023-05-18 23:51:26
專利名稱：基於機器視覺技術的煙支檢測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於機器視覺技術的煙支檢測器，用於對香菸包裝機模盒內的煙支進行空頭、缺嘴、缺支及反支檢測，並對存在缺陷的煙包向包裝機控制系統發送剔除信號，由包裝機控制系統在相應位置將缺陷煙包剔除。
背景技術：
在香菸加工生產的過程中，從卷接機輸送到包裝線的煙支因為種種原因會有各種次品。為了保證最終煙包的煙支質量，包裝線上需要安裝煙支檢測器，用於檢測煙支是否存在空頭、缺嘴、缺支及反支等缺陷。隨著電子技術的發展，煙支檢測方式先後出現了機械接觸式、靜態紅外光電式及動態紅外光電式等多種檢測方式。機械接觸式檢測方式無法對煙包內的反支煙進行檢測。紅外光電式檢測方式根據菸絲與濾嘴對紅外光線反射程度的差異可以實現對煙包內的反支煙進行檢測，但由於其差異不是十分明顯，需要將靈敏度設置的很高才能夠對反支煙進行檢測，這同時可能會造成系統誤判斷出現正常煙包被剔除的情況。在國內外菸草行業中，機器視覺技術的應用越來越廣泛，主要應用在小包外觀質量檢測、條盒外觀質量檢測和制絲過程中的異物探測等，針對煙支檢測的應用還很少。隨著機器視覺技術的不斷成熟，採用機器視覺技術的煙支檢測方式將會得到更加廣泛的應用。
發明內容本實用新型的目的是針對現有煙支檢測器對反支煙檢測不理想的問題，設計一種基於機器視覺技術的新型煙支檢測器，既具有傳統檢測方式的空頭、缺嘴及缺支檢測功能，又能對反支煙進行準確的檢測。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:一種基於機器視覺技術的煙支檢測器，包括有菸絲側LED光源、濾嘴側LED光源、菸絲側工業相機、濾嘴側工業相機、包裝機控制系統，其特徵在於:還包括有控制器、編碼器，控制器內包括工控板、接口板、觸控螢幕、液晶屏，所述的接口板上包括有單片機、LED光源恆流電源，單片機的信號輸入端與編碼器信號採集電路的信號輸出端、包裝機控制系統通訊接口、工控板雙向連接，單片機信號輸出端連接有工業相機通訊接口，編碼器信號採集電路的信號輸入端連接編碼器，包裝機控制系統通訊接口連接包裝機控制系統，工業相機通訊接口分別與菸絲側工業相機、濾嘴側工業相機連接，工控板還分別與工業相機通訊接口、觸控螢幕接口、LVDS顯示接口，觸控螢幕接口、LVDS顯示接口分別與觸控螢幕、液晶屏連接。所述的菸絲側LED光源、菸絲側工業相機貼近待檢模盒中煙支的菸絲端面安裝，濾嘴側LED光源、濾嘴側工業相機緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝。本實用新型的工作原理是:菸絲側光源負責照亮菸絲及煙支出現空頭後露出的白色盤紙，使菸絲與盤紙對比明顯，便於後續的圖像處理。濾嘴側光源負責照亮煙支濾嘴的表面，當模盒中出現缺嘴或缺支時，由於光源沒有照射到模盒的內部，系統拍攝到的圖像中會出現亮度明顯變暗的區域，與正常濾嘴端面的白色圖像對比明顯。菸絲側工業相機貼近待檢模盒中煙支的菸絲端面安裝，負責採集待檢煙支菸絲端面的圖像並進行初步處理後傳送給控制器。濾嘴側工業相機緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝，負責採集待檢煙支濾嘴端面的圖像並進行初步處理後傳送給控制器。控制器負責通過圖像處理技術對菸絲側及濾嘴側工業相機採集的圖像數據進行處理並判斷煙包中是否存在空頭、缺嘴、缺支、反支等缺陷，根據判斷結果向包裝機控制系統發送相應剔除信號。包裝機控制系統在接收到煙支檢測器發送的剔除信號後，在剔除口把相應缺陷煙包剔除。本實用新型的有益效果是:新穎性:本實用新型採用基於機器視覺技術的新型檢測方式，不僅能夠像傳統的檢測方式一樣準確判斷出是否存在空頭、缺嘴、缺支等缺陷，而且還能夠準確判斷出是否存在反支煙，彌補了其它檢測方式的不足。科學性:機器視覺技術是一門比較成熟的技術，本實用新型中使用到的圖像處理算法都是機器視覺領域成熟的常用算法，各種商用或開源的機器視覺函數庫中都包含了這些算法，開發人員可以直接調用。實用性:本實用新型可以用於市場上現有的各種香菸包裝機，比採用傳統檢測方式的檢測器更好地保證了最終煙包的煙支質量。另外，由於採用了是機器視覺技術，而且帶有觸控螢幕，操作人員操作更加直觀、方便。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型的電路框圖。圖2是本實用新型的圖像處理流程。圖3是菸絲側及濾嘴側光源的安裝示意圖。圖4是菸絲側及濾嘴側工業相機鏡頭安裝示意圖。
具體實施方式
如
圖1所示，一種基於機器視覺技術的煙支檢測器，包括有菸絲側LED光源1、濾嘴側LED光源2、菸絲側工業相機3、濾嘴側工業相機4、包裝機控制系統5、控制器6、編碼器7，控制器6內包括工控板8、接口板9、觸控螢幕10、液晶屏11，接口板9上包括有單片機12、LED光源恆流電源13,單片機12的信號輸入端與編碼器信號米集電路14的信號輸出端、包裝機控制系統通訊接口 15、工控板8雙向連接，單片機12信號輸出端連接有工業相機通訊接口 16，編碼器信號採集電路14的信號輸入端連接編碼器7，包裝機控制系統通訊接口 15連接包裝機控制系統5，工業相機通訊接口 16分別與菸絲側工業相機3、濾嘴側工業相機4連接，工控板8還分別與工業相機通訊接口 16、觸控螢幕接口 17、LVDS顯示接口 18，觸控螢幕接口 17、LVDS顯示接口 18分別與觸控螢幕10、液晶屏11連接。菸絲側LED光源1、菸絲側工業相機3貼近待檢模盒中煙支19的菸絲端面安裝，濾嘴側LED光源2、濾嘴側工業相機4緊貼待檢模盒中煙支19的濾嘴端面安裝。工控板8用於作業系統以及上位機軟體的運行。單片機12負責執行上位機軟體的控制命令，包括讀取編碼器相位、與包裝機組控制系統通訊等。工業相機通訊接口用於連接菸絲側及濾嘴側工業相機，單片機通過該接口控制工業相機在指定時間拍照，工業相機通過該接口將拍攝的圖片傳送給工控板8。編碼器信號採集電路14用於單片機12讀取編碼器7相位並傳送給工控板，實現本實用新型與整個包裝機控制系統5的相位同步。包裝機控制系統通訊接口 15用於單片機12向控制系統發送空頭、缺支等剔除信號。LED光源恆流電源為菸絲側及濾嘴側LED光源提供恆流電源，以保證LED光源的穩定工作。LVDS顯示接口用於工控板與彩色液晶屏的連接。觸控螢幕接口用於工控板與觸控螢幕的連接。操作者可以通過液晶屏查看系統運行的相關信息，並通過觸控螢幕設置系統的相關參數。在圖2中，本實用新型中的圖像處理程序首先將工業相機拍攝到的菸絲端面或濾嘴端面圖像進行分割，每個煙支位置對應一個小的圖像。然後對每個煙支位置對應的圖像依次進行灰度化、二值化、腐蝕、膨脹等處理，查找並繪製菸絲或濾嘴圖案輪廓，最後計算出輪廓面積即菸絲或濾嘴圖案面積的像素數。灰度化是為了將工業相機拍攝到的菸絲端面或濾嘴端面的彩色圖像轉換為灰度圖像，如果採用的是黑白圖像傳感器則不需要進行灰度化處理；對菸絲側圖像二值化是為了將菸絲與煙支盤紙內表面進行區分，將菸絲像素的灰度值設為255，煙支盤紙內表面像素的灰度值設為O ;對濾嘴側圖像二值化是為了將濾嘴端面與因缺少煙支形成的低亮度區域或煙支顛倒出現的菸絲區域進行區分，將濾嘴端面像素的灰度值設為255，低亮度區域或菸絲區域像素的灰度值設為O ;腐蝕及膨脹是為了消除經二值化處理後的圖像中的一些小噪點，這樣可以提高後續查找凹陷圖案輪廓的速度；查找輪廓是為了繪製出菸絲或濾嘴圖案的輪廓線，是後續計算菸絲或濾嘴圖案像素數的前提；計算菸絲或濾嘴圖案輪廓面積是為了計算圖案輪廓線包圍的菸絲或濾嘴圖案的像素數。在圖3中，菸絲側LED光源與煙支成一定角度安裝的目的是為了照亮菸絲及煙支出現空頭後露出的白色盤紙，使菸絲與盤紙對比明顯，便於後續的圖像處理。濾嘴側LED光源與煙支成一定角度安裝的目的是為了照亮煙支濾嘴的表面，當模盒中出現缺支或缺嘴時，由於光源沒有照射到模盒的內部，系統拍攝到的圖像中會出現亮度明顯變暗的區域，與正常濾嘴端面的白色圖像對比明顯。各LED光源的安裝角度均為通過試驗獲得。在圖4中，菸絲側工業相機鏡頭與煙支成一定的角度安裝，當煙支出現空頭時，系統拍攝到的菸絲區域比正常煙支要小，煙支的空頭程度越大，拍攝到的菸絲區域就越小，系統根據每支煙拍攝到的菸絲區域圖像面積來判斷煙支是否存在空頭，即當面積低於系統設定的基準值時則認為該煙支為空頭煙支。以最常見的直徑為7.8mm的煙支為例，為了滿足檢測範圍為O 5_的設計要求，通過試驗得知鏡頭與煙支之間的角度約50度時為最佳角度，實際安裝時可以允許一定的偏差。濾嘴側工業相機鏡頭與濾嘴端面垂直安裝，系統拍攝到的是濾嘴端面的正面圖像，當模盒中出現缺嘴或缺支時，系統拍攝到的圖像中會出現顏色明顯變暗的區域，與正常濾嘴端面的白色圖像對比明顯，系統可以判斷出該煙包存在缺嘴或缺支。如果煙包中存在反支煙時，系統拍攝到的是菸絲端面的圖像，與正常濾嘴端面的白色圖像同樣對比明顯，因此系統也可以對反支煙進行準確檢測。
權利要求1.一種基於機器視覺技術的煙支檢測器，包括有菸絲側LED光源、濾嘴側LED光源、菸絲側工業相機、濾嘴側工業相機、包裝機控制系統，其特徵在於:還包括有控制器、編碼器，控制器內包括工控板、接口板、觸控螢幕、液晶屏，所述的接口板上包括有單片機、LED光源恆流電源，單片機的信號輸入端與編碼器信號採集電路的信號輸出端、包裝機控制系統通訊接口、工控板雙向連接，單片機信號輸出端連接有工業相機通訊接口，編碼器信號採集電路的信號輸入端連接編碼器，包裝機控制系統通訊接口連接包裝機控制系統，工業相機通訊接口分別與菸絲側工業相機、濾嘴側工業相機連接，工控板還分別與工業相機通訊接口、觸控螢幕接口、LVDS顯示接口，觸控螢幕接口、LVDS顯示接口分別與觸控螢幕、液晶屏連接。
2.根據權利要求1所述的基於機器視覺技術的煙支檢測器，其特徵在於:所述的菸絲側LED光源、菸絲側工業相機貼近待檢模盒中煙支的菸絲端面安裝，濾嘴側LED光源、濾嘴側工業相機緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝。
專利摘要本實用新型公開了一種基於機器視覺技術的煙支檢測器，包括有控制器，控制器內包括工控板、接口板，接口板上包括有單片機，單片機的信號輸入端與編碼器信號採集電路的信號輸出端、包裝機控制系統通訊接口、工控板雙向連接，單片機信號輸出端連接有工業相機通訊接口，編碼器信號採集電路的信號輸入端連接編碼器，包裝機控制系統通訊接口連接包裝機控制系統，工業相機通訊接口分別與菸絲側工業相機、濾嘴側工業相機連接，工控板還分別與工業相機通訊接口、觸控螢幕接口、LVDS顯示接口，觸控螢幕接口、LVDS顯示接口分別與觸控螢幕、液晶屏連接。本實用新型可以用於市場上現有的各種香菸包裝機，比採用傳統檢測方式的檢測器更好地保證了最終煙包的煙支質量。
文檔編號B65B19/30GK202935608SQ20122055715
公開日2013年5月15日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者鄔一鳴, 張濟民, 張義偉, 顏魏偉, 餘輝, 徐洋, 楊振強, 潘捷, 陳華, 彭琛傑 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所, 上海菸草機械有限責任公司