專利名稱：基于機器視覺技術的煙支檢測器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于機器視覺技術的煙支檢測器，用于對香煙包裝機模盒內(nèi)的煙支進行空頭、缺嘴、缺支及反支檢測，并對存在缺陷的煙包向包裝機控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號，由包裝機控制系統(tǒng)在相應位置將缺陷煙包剔除。
背景技術：
在香煙加工生產(chǎn)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(zhì)量，包裝線上需要安裝煙支檢測器，用于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(fā)展，煙支檢測方式先后出現(xiàn)了機械接觸式、靜態(tài)紅外光電式及動態(tài)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(nèi)的反支煙進行檢測。紅外光電式檢測方式根據(jù)煙絲與濾嘴對紅外光線反射程度的差異可以實現(xiàn)對煙包內(nèi)的反支煙進行檢測，但由于其差異不是十分明顯，需要將靈敏度設置的很高才能夠?qū)Ψ粗熯M行檢測，這同時可能會造成系統(tǒng)誤判斷出現(xiàn)正常煙包被剔除的情況。在國內(nèi)外煙草行業(yè)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(zhì)量檢測、條盒外觀質(zhì)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，采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(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有煙支檢測器對反支煙檢測不理想的問題，設計一種基于機器視覺技術的新型煙支檢測器，既具有傳統(tǒng)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采用的技術方案是:一種基于機器視覺技術的煙支檢測器，包括有煙絲側(cè)LED光源、濾嘴側(cè)LED光源、煙絲側(cè)工業(yè)相機、濾嘴側(cè)工業(yè)相機、包裝機控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括有控制器、編碼器，控制器內(nèi)包括工控板、接口板、觸摸屏、液晶屏，所述的接口板上包括有單片機、LED光源恒流電源，單片機的信號輸入端與編碼器信號采集電路的信號輸出端、包裝機控制系統(tǒng)通訊接口、工控板雙向連接，單片機信號輸出端連接有工業(yè)相機通訊接口，編碼器信號采集電路的信號輸入端連接編碼器，包裝機控制系統(tǒng)通訊接口連接包裝機控制系統(tǒng)，工業(yè)相機通訊接口分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機、濾嘴側(cè)工業(yè)相機連接，工控板還分別與工業(yè)相機通訊接口、觸摸屏接口、LVDS顯示接口，觸摸屏接口、LVDS顯示接口分別與觸摸屏、液晶屏連接。所述的煙絲側(cè)LED光源、煙絲側(cè)工業(yè)相機貼近待檢模盒中煙支的煙絲端面安裝，濾嘴側(cè)LED光源、濾嘴側(cè)工業(yè)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:煙絲側(cè)光源負責照亮煙絲及煙支出現(xiàn)空頭后露出的白色盤紙，使煙絲與盤紙對比明顯，便于后續(xù)的圖像處理。濾嘴側(cè)光源負責照亮煙支濾嘴的表面，當模盒中出現(xiàn)缺嘴或缺支時，由于光源沒有照射到模盒的內(nèi)部，系統(tǒng)拍攝到的圖像中會出現(xiàn)亮度明顯變暗的區(qū)域，與正常濾嘴端面的白色圖像對比明顯。煙絲側(cè)工業(yè)相機貼近待檢模盒中煙支的煙絲端面安裝，負責采集待檢煙支煙絲端面的圖像并進行初步處理后傳送給控制器。濾嘴側(cè)工業(yè)相機緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝，負責采集待檢煙支濾嘴端面的圖像并進行初步處理后傳送給控制器。控制器負責通過圖像處理技術對煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)工業(yè)相機采集的圖像數(shù)據(jù)進行處理并判斷煙包中是否存在空頭、缺嘴、缺支、反支等缺陷，根據(jù)判斷結(jié)果向包裝機控制系統(tǒng)發(fā)送相應剔除信號。包裝機控制系統(tǒng)在接收到煙支檢測器發(fā)送的剔除信號后，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:本實用新型采用基于機器視覺技術的新型檢測方式，不僅能夠像傳統(tǒng)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?？茖W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(shù)庫中都包含了這些算法，開發(fā)人員可以直接調(diào)用。實用性:本實用新型可以用于市場上現(xiàn)有的各種香煙包裝機，比采用傳統(tǒng)檢測方式的檢測器更好地保證了最終煙包的煙支質(zhì)量。另外，由于采用了是機器視覺技術，而且?guī)в杏|摸屏，操作人員操作更加直觀、方便。
以下結(jié)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是煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)光源的安裝示意圖。圖4是煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)工業(yè)相機鏡頭安裝示意圖。
具體實施方式
如
圖1所示，一種基于機器視覺技術的煙支檢測器，包括有煙絲側(cè)LED光源1、濾嘴側(cè)LED光源2、煙絲側(cè)工業(yè)相機3、濾嘴側(cè)工業(yè)相機4、包裝機控制系統(tǒng)5、控制器6、編碼器7，控制器6內(nèi)包括工控板8、接口板9、觸摸屏10、液晶屏11，接口板9上包括有單片機12、LED光源恒流電源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(tǒng)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(yè)相機通訊接口 16，編碼器信號采集電路14的信號輸入端連接編碼器7，包裝機控制系統(tǒng)通訊接口 15連接包裝機控制系統(tǒng)5，工業(yè)相機通訊接口 16分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機3、濾嘴側(cè)工業(yè)相機4連接，工控板8還分別與工業(yè)相機通訊接口 16、觸摸屏接口 17、LVDS顯示接口 18，觸摸屏接口 17、LVDS顯示接口 18分別與觸摸屏10、液晶屏11連接。煙絲側(cè)LED光源1、煙絲側(cè)工業(yè)相機3貼近待檢模盒中煙支19的煙絲端面安裝，濾嘴側(cè)LED光源2、濾嘴側(cè)工業(yè)相機4緊貼待檢模盒中煙支19的濾嘴端面安裝。工控板8用于操作系統(tǒng)以及上位機軟件的運行。單片機12負責執(zhí)行上位機軟件的控制命令，包括讀取編碼器相位、與包裝機組控制系統(tǒng)通訊等。工業(yè)相機通訊接口用于連接煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)工業(yè)相機，單片機通過該接口控制工業(yè)相機在指定時間拍照，工業(yè)相機通過該接口將拍攝的圖片傳送給工控板8。編碼器信號采集電路14用于單片機12讀取編碼器7相位并傳送給工控板，實現(xiàn)本實用新型與整個包裝機控制系統(tǒng)5的相位同步。包裝機控制系統(tǒng)通訊接口 15用于單片機12向控制系統(tǒng)發(fā)送空頭、缺支等剔除信號。LED光源恒流電源為煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)LED光源提供恒流電源，以保證LED光源的穩(wěn)定工作。LVDS顯示接口用于工控板與彩色液晶屏的連接。觸摸屏接口用于工控板與觸摸屏的連接。操作者可以通過液晶屏查看系統(tǒng)運行的相關信息，并通過觸摸屏設置系統(tǒng)的相關參數(shù)。在圖2中，本實用新型中的圖像處理程序首先將工業(yè)相機拍攝到的煙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。然后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，查找并繪制煙絲或濾嘴圖案輪廓，最后計算出輪廓面積即煙絲或濾嘴圖案面積的像素數(shù)?；叶然菫榱藢⒐I(yè)相機拍攝到的煙絲端面或濾嘴端面的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，如果采用的是黑白圖像傳感器則不需要進行灰度化處理；對煙絲側(cè)圖像二值化是為了將煙絲與煙支盤紙內(nèi)表面進行區(qū)分，將煙絲像素的灰度值設為255，煙支盤紙內(nèi)表面像素的灰度值設為O ;對濾嘴側(cè)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(qū)域或煙支顛倒出現(xiàn)的煙絲區(qū)域進行區(qū)分，將濾嘴端面像素的灰度值設為255，低亮度區(qū)域或煙絲區(qū)域像素的灰度值設為O ;腐蝕及膨脹是為了消除經(jīng)二值化處理后的圖像中的一些小噪點，這樣可以提高后續(xù)查找凹陷圖案輪廓的速度；查找輪廓是為了繪制出煙絲或濾嘴圖案的輪廓線，是后續(xù)計算煙絲或濾嘴圖案像素數(shù)的前提；計算煙絲或濾嘴圖案輪廓面積是為了計算圖案輪廓線包圍的煙絲或濾嘴圖案的像素數(shù)。在圖3中，煙絲側(cè)LED光源與煙支成一定角度安裝的目的是為了照亮煙絲及煙支出現(xiàn)空頭后露出的白色盤紙，使煙絲與盤紙對比明顯，便于后續(xù)的圖像處理。濾嘴側(cè)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(xiàn)缺支或缺嘴時，由于光源沒有照射到模盒的內(nèi)部，系統(tǒng)拍攝到的圖像中會出現(xiàn)亮度明顯變暗的區(qū)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，煙絲側(cè)工業(yè)相機鏡頭與煙支成一定的角度安裝，當煙支出現(xiàn)空頭時，系統(tǒng)拍攝到的煙絲區(qū)域比正常煙支要小，煙支的空頭程度越大，拍攝到的煙絲區(qū)域就越小，系統(tǒng)根據(jù)每支煙拍攝到的煙絲區(qū)域圖像面積來判斷煙支是否存在空頭，即當面積低于系統(tǒng)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，為了滿足檢測范圍為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(cè)工業(yè)相機鏡頭與濾嘴端面垂直安裝，系統(tǒng)拍攝到的是濾嘴端面的正面圖像，當模盒中出現(xiàn)缺嘴或缺支時，系統(tǒng)拍攝到的圖像中會出現(xiàn)顏色明顯變暗的區(qū)域，與正常濾嘴端面的白色圖像對比明顯，系統(tǒng)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(tǒng)拍攝到的是煙絲端面的圖像，與正常濾嘴端面的白色圖像同樣對比明顯，因此系統(tǒng)也可以對反支煙進行準確檢測。
權利要求1.一種基于機器視覺技術的煙支檢測器，包括有煙絲側(cè)LED光源、濾嘴側(cè)LED光源、煙絲側(cè)工業(yè)相機、濾嘴側(cè)工業(yè)相機、包裝機控制系統(tǒng)，其特征在于:還包括有控制器、編碼器，控制器內(nèi)包括工控板、接口板、觸摸屏、液晶屏，所述的接口板上包括有單片機、LED光源恒流電源，單片機的信號輸入端與編碼器信號采集電路的信號輸出端、包裝機控制系統(tǒng)通訊接口、工控板雙向連接，單片機信號輸出端連接有工業(yè)相機通訊接口，編碼器信號采集電路的信號輸入端連接編碼器，包裝機控制系統(tǒng)通訊接口連接包裝機控制系統(tǒng)，工業(yè)相機通訊接口分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機、濾嘴側(cè)工業(yè)相機連接，工控板還分別與工業(yè)相機通訊接口、觸摸屏接口、LVDS顯示接口，觸摸屏接口、LVDS顯示接口分別與觸摸屏、液晶屏連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于機器視覺技術的煙支檢測器，其特征在于:所述的煙絲側(cè)LED光源、煙絲側(cè)工業(yè)相機貼近待檢模盒中煙支的煙絲端面安裝，濾嘴側(cè)LED光源、濾嘴側(cè)工業(yè)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于機器視覺技術的煙支檢測器，包括有控制器，控制器內(nèi)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采集電路的信號輸出端、包裝機控制系統(tǒng)通訊接口、工控板雙向連接，單片機信號輸出端連接有工業(yè)相機通訊接口，編碼器信號采集電路的信號輸入端連接編碼器，包裝機控制系統(tǒng)通訊接口連接包裝機控制系統(tǒng)，工業(yè)相機通訊接口分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機、濾嘴側(cè)工業(yè)相機連接，工控板還分別與工業(yè)相機通訊接口、觸摸屏接口、LVDS顯示接口，觸摸屏接口、LVDS顯示接口分別與觸摸屏、液晶屏連接。本實用新型可以用于市場上現(xiàn)有的各種香煙包裝機，比采用傳統(tǒng)檢測方式的檢測器更好地保證了最終煙包的煙支質(zhì)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(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者鄔一鳴, 張濟民, 張義偉, 顏魏偉, 余輝, 徐洋, 楊振強, 潘捷, 陳華, 彭琛杰 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所, 上海煙草機械有限責任公司