基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置製造方法
2023-12-08 16:37:41 2
基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置製造方法
【專利摘要】基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置，其特徵在於包括光學成像單元，圖像預處理單元，控制和圖像分析單元，觸發信號單元，其中： 光學成像單元包括相機組件A和相機組件B，相機組件A和相機組件B分別位於捲菸機傳送鼓輪的兩個側面；圖像預處理單元主要包括CAMLINK接口的PCI圖像採集卡；控制和圖像分析單元主要包括工業計算機；觸發信號單元主要由FPGA組成；光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元一一連接；觸發信號單元同時與光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元連接。該裝置採集到的煙支圖像已經包含水松紙過濾嘴部分，能對完整的成品捲菸煙支進行檢測。
【專利說明】基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及菸草機械，具體為一種基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置和檢測方法。
【背景技術】
[0002]機器視覺就是用機器代替人眼來做測量和判斷。機器視覺系統是指通過機器視覺產品(即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數位化信號；圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。
[0003]目前使用的捲菸機均沒有煙支外觀視覺檢測裝置，煙支的外觀質量只能靠人工觀察，人工處理，由於捲菸機生產速度很快，人工不可能及時發現問題也不能及時解決問題，造成比較大的質量隱患，而捲菸的質量就體現了捲菸的品牌價值，各捲菸企業迫切希望解決上述問題。隨著計算機軟體、硬體技術的發展，以及機器視覺理論的完善，採用機器視覺的方法來檢測煙支的外觀質量，已經成為可能。
[0004]專利號為201220557153.2的發明專利，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。
【發明內容】
[0005]本發明目的在於提供一種基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置和檢測方法。
[0006]本發明的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置，其特徵在於包括光學成像單元，圖像預處理單元，控制和圖像分析單元，觸發信號單元，其中:
光學成像單元包括相機組件A和相機組件B，相機組件A和相機組件B分別位於捲菸機傳送鼓輪的兩個側面；
圖像預處理單元主要包括CAMLINK接口的PCI圖像採集卡；
控制和圖像分析單元主要包括工業計算機；
觸發信號單元主要由FPGA組成；
光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元一一連接；觸發信號單元同時與光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元連接。
[0007]本發明的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測方法，基於上述設備，其特徵在於:捲菸機上的鼓輪轉動發出機器脈衝信號，觸發信號單元接受機器脈衝信號後向光學成像單元輸出信號，光學成像單元的相機組件A和相機組件B分別採集捲菸機傳送鼓輪上的煙支兩個側面的圖像，通過圖像預處理單元進行預處理，組合在一起就可以得到每個煙支的完整外觀圖像，然後將處理過的圖像傳送給控制和圖像分析單元，和標準樣品圖像比較，超出允許範圍則判斷為缺陷煙支，輸出剔除信號到捲菸機剔除接口，將檢測到的缺陷煙支在剔除口剔除，完成煙支在生產過程中的的在線外觀質量檢測與剔除功能。
[0008]所述的光學成像單元包括兩個相機組件，其特徵在於相機組件由殼體、線陣CCD相機、白色LED線光源、反射鏡、變焦鏡頭、防塵玻璃組成，殼體內放置變焦鏡頭，變焦鏡頭前方放置反射鏡，反射鏡下方放置白色LED線光源，殼體底部安裝防塵玻璃；殼體外一側設置線陣CCD相機，相機與變焦鏡頭相連。
[0009]所述的相機組件殼體上有壓縮空氣入口，底部的防塵玻璃兩側設有縫隙，殼體外底部設有防塵氣路，具體為在殼體底部兩側各安裝向下傾斜的玻璃隔板，兩塊玻璃隔板間留有空隙，縫隙位於防塵玻璃的正下方，壓縮空氣只會從殼體與玻璃隔板之間的縫隙流出。壓縮空氣從殼體上的壓縮空氣入口進入殼體後，由於整個殼體只有與玻璃隔板的之間有空隙，其他地方都是密閉的，壓縮空氣只會從殼體與玻璃隔板之間的空隙流出，空氣流出後受最下面的兩塊玻璃隔板阻攔，最終從光路中心線開口處的縫隙流出，保證光路中心處不會有灰塵存在，同時也阻止灰塵進入殼體內，保持整個光學系統的乾淨，成像清晰。
[0010]在接收到觸發信號單元發出的指令後，相機組件的LED線光源提供照明，線陣CXD相機同時採集圖像。
[0011]本發明的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置和檢測方法，採集到的煙支圖像已經包含水松紙過濾嘴部分，能對完整的成品捲菸煙支進行檢測。
[0012]本發明的採用圖像預處理器和控制圖像分析計算機，具有高速的圖像處理和圖像判斷能力，能在捲菸機以12000支/分的速度生產時，對每一支生產出的煙支進行兩個側面完整的外觀檢測，輸出信號給捲菸機，剔除不合格煙支，避免外觀質量缺陷的煙支流入下遊設備，極大的提高了成品煙支的合格率。
[0013]對比201220557153.2的發明專利，本發明採用兩個相機組件分別採集煙支煙支兩側的圖像，檢測範圍更全面真實，不需分別檢測菸絲和濾嘴的圖像，檢測更快捷也更易於檢測；白色LED線光源集成在光學成像單元中，不需外部照明，結構更緊湊，操作更方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明的結構框圖；
圖2為本發明的光學成像單元安裝位置示意圖；
圖3為本發明的光學成像單元的結構示意圖；
圖4為本發明的光學成像單元的防塵氣路的工作原理圖。
[0015]其中，殼體1，線陣C⑶相機2，白色LED線光源3，反射鏡4，變焦鏡頭5，防塵玻璃6，壓縮空氣入口 7，防塵氣路8，玻璃隔板9，鼓輪10，相機組件All，相機組件B12。
【具體實施方式】
[0016]實施例1:本發明的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置，其特徵在於包括光學成像單元，圖像預處理單元，控制和圖像分析單元，觸發信號單元，其中: 光學成像單元包括相機組件Al I和相機組件A12，相機組件Al I和相機組件A12分別位於捲菸機傳送鼓輪10側面；
圖像預處理單元主要包括CAMLINK接口的PCI圖像採集卡；
控制和圖像分析單元主要包括計算機；
觸發信號單元主要由FPGA組成；
光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元一一連接；觸發信號單元同時與光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元連接。
[0017]首先在捲菸機剔除口前的相鄰的兩個鼓輪10上各安裝相機組件All和相機組件A12，一組用於拍攝煙支A面圖像，另一組用於拍攝經鼓輪10傳送交替後的同一隻煙支的B面圖像，鼓輪10帶動煙支以均勻的速度在相機的視場移動。每一支煙支在運動過程中都被兩臺相機拍攝，從而保證得到高解析度的、完整的每一支的煙支外觀圖像信息，而且每一支煙支的整個圓周面都可以有完整圖像信息。
[0018]相機組件由殼體1、線陣C⑶相機2、白色LED線光源3、反射鏡4、變焦鏡頭5、防塵玻璃6、防塵氣路8組成，殼體I內放置變焦鏡頭5，變焦鏡頭5前方放置反射鏡4，反射鏡4下方放置白色LED線光源3，殼體I底部安裝防塵玻璃6 ;殼體I外一側設置線陣CCD相機2，相機與變焦鏡頭5相連；所述的相機組件殼體I上有壓縮空氣入口 7，底部的防塵玻璃6兩側設有縫隙，殼體I外底部設有防塵氣路8，具體為在殼體I底部兩側各安裝向下傾斜的玻璃隔板9，兩塊玻璃隔板9間留有空隙，縫隙位於防塵玻璃6的正下方，壓縮空氣只會從殼體I與玻璃隔板9之間的縫隙流出。
[0019]捲菸機的時鐘相位通過觸發控制器在指定的時刻給出兩臺相機的觸發信號控制相機分別進行煙支的A，B面進行圖像採集，同時控制LED線性光源打開進行照明，相機和照明的打開的位置和持續時間可通過主控制單元進行調整。兩臺相機採集到的煙支圖像，通過CAMLINK連接線將傳送到圖像預處理單元進行預處理，然後將處理過的圖像傳送給控制和圖像分析單元的計算機，通過圖像識別軟體對採集到的圖像進行分析判斷該煙支是否是有外觀缺陷的煙支，如果有缺陷，工控機存儲該缺陷煙支的圖像，並送出一個信號到高速控制器，由該控制器進行處理在捲菸機剔除口剔除該煙支。同時配備了一個顯示器，方便監控和調整參數。
[0020]裝置的控制和圖像處理單元運行軟體的流程包括識別和監控兩部分，具體工作流程為:1.操作人員定義檢測流程和與檢測流程相關的參數文件，由監控部分下傳給識別系統；2.識別系統解析流程文件，並執行相關命令。識別系統調用流程定義的圖像檢測算法檢測當前觸發獲取的圖像信息，結果一路通過數字I/O輸出給原機的剔除設備完成相關操作，另外一路通過通訊模塊傳給監控系統用於結果顯示。
【權利要求】
1.基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置，其特徵在於包括光學成像單元，圖像預處理單元，控制和圖像分析單元，觸發信號單元，其中: 光學成像單元包括相機組件A(Il)和相機組件A(12)，相機組件A(Il)和相機組件A(12)分別位於捲菸機傳送鼓輪(10)的兩個側面； 圖像預處理單元主要包括CAMLINK接口的PCI圖像採集卡； 控制和圖像分析單元主要包括工業計算機； 觸發信號單元主要由FPGA組成； 光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元一一連接；觸發信號單元同時與光學成像單元、圖像預處理單元、控制和圖像分析單元連接。
2.基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測方法，基於上述設備，其特徵在於:捲菸機上的鼓輪(10)轉動發出機器脈衝信號，觸發信號單元接受機器脈衝信號後向光學成像單元輸出信號，光學成像單元的相機組件A(Il)和相機組件A(12)分別採集捲菸機傳送鼓輪(10)上的煙支兩個側面的圖像，通過圖像預處理單元進行預處理，組合在一起就可以得到每個煙支的完整外觀圖像，然後將處理過的圖像傳送給控制和圖像分析單元，和標準樣品圖像比較，超出允許範圍則判斷為缺陷煙支，輸出剔除信號到捲菸機剔除接口，將檢測到的缺陷煙支在剔除口剔除，完成煙支在生產過程中的的在線外觀質量檢測與剔除功能。
3.如權利要求1所述的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測方法，其特徵在於所述控制和圖像處理單元運行軟體的流程包括識別和監控兩部分，具體工作流程為:1)操作人員定義檢測流程和與檢測流程相關的參數文件，由監控部分下傳給識別系統；2)識別系統解析流程文件，並執行相關命令；識別系統調用流程定義的圖像檢測算法檢測當前觸發獲取的圖像信息，結果一路通過數字I/O輸出給原機的剔除設備完成相關操作，另外一路通過通訊模塊傳給監控系統用於結果顯示。
4.如權利要求1所述的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置，其特徵在於所述的光學成像單元包括兩個相機組件，其特徵在於相機組件由殼體(I)、線陣CCD相機(2)、白色LED線光源(3)、反射鏡(4)、變焦鏡頭(5)、防塵玻璃(6)組成，殼體(I)內放置變焦鏡頭(5)，變焦鏡頭(5)前方放置反射鏡(4)，反射鏡(4)下方放置白色LED線光源(3)，殼體(I)底部安裝防塵玻璃(6);殼體(I)外一側設置線陣CCD相機(2)，相機與變焦鏡頭(5)相連，殼體(I)外底部設置防塵氣路(8)。
5.如權利要求4所述的基於機器視覺的捲菸機煙支外觀視覺檢測裝置，其特徵在於所述的相機組件殼體(I)上有壓縮空氣入口(7)，底部的防塵玻璃(6)兩側設有縫隙，殼體(I)外底部設有防塵氣路(8)，具體為在殼體(I)底部兩側各安裝向下傾斜的玻璃隔板(9)，兩塊玻璃隔板(9)間留有空隙，縫隙位於防塵玻璃(6)的正下方，壓縮空氣從殼體(I)與玻璃隔板(9)之間的縫隙流出。
【文檔編號】A24C5/345GK104432498SQ201410569197
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】闞暉, 楊樹青, 辛茂松, 顏西斌, 焦俊, 盧洪林 申請人:闞暉, 楊樹青, 辛茂松