專利名稱：基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)器，用于對(duì)香煙包裝機(jī)模盒內(nèi)的煙支進(jìn)行空頭、缺嘴、缺支及反支檢測(cè)，并對(duì)存在缺陷的煙包向包裝機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號(hào)，由包裝機(jī)控制系統(tǒng)在相應(yīng)位置將缺陷煙包剔除。
背景技術(shù)：
在香煙加工生產(chǎn)的過(guò)程中，從卷接機(jī)輸送到包裝線的煙支因?yàn)榉N種原因會(huì)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(cè)器，用于檢測(cè)煙支是否存在空頭、缺嘴、缺支及反支等缺陷。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，煙支檢測(cè)方式先后出現(xiàn)了機(jī)械接觸式、靜態(tài)紅外光電式及動(dòng)態(tài)紅外光電式等多種檢測(cè)方式。機(jī)械接觸式檢測(cè)方式無(wú)法對(duì)煙包內(nèi)的反支煙進(jìn)行檢測(cè)。紅外光電式檢測(cè)方式根據(jù)煙絲與濾嘴對(duì)紅外光線反射程度的差異可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙包內(nèi)的反支煙進(jìn)行檢測(cè)，但由于其差異不是十分明顯，需要將靈敏度設(shè)置的很高才能夠?qū)Ψ粗熯M(jìn)行檢測(cè)，這同時(shí)可能會(huì)造成系統(tǒng)誤判斷出現(xiàn)正常煙包被剔除的情況。在國(guó)內(nèi)外煙草行業(yè)中，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要應(yīng)用在小包外觀質(zhì)量檢測(cè)、條盒外觀質(zhì)量檢測(cè)和制絲過(guò)程中的異物探測(cè)等，針對(duì)煙支檢測(cè)的應(yīng)用還很少。隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的不斷成熟，采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)方式將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有煙支檢測(cè)器對(duì)反支煙檢測(cè)不理想的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的新型煙支檢測(cè)器，既具有傳統(tǒng)檢測(cè)方式的空頭、缺嘴及缺支檢測(cè)功能，又能對(duì)反支煙進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)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(jī)、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)、包裝機(jī)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(jī)、LED光源恒流電源，單片機(jī)的信號(hào)輸入端與編碼器信號(hào)采集電路的信號(hào)輸出端、包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口、工控板雙向連接，單片機(jī)信號(hào)輸出端連接有工業(yè)相機(jī)通訊接口，編碼器信號(hào)采集電路的信號(hào)輸入端連接編碼器，包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口連接包裝機(jī)控制系統(tǒng)，工業(yè)相機(jī)通訊接口分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機(jī)、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)連接，工控板還分別與工業(yè)相機(jī)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(jī)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(jī)緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝。本實(shí)用新型的工作原理是:煙絲側(cè)光源負(fù)責(zé)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(duì)比明顯，便于后續(xù)的圖像處理。濾嘴側(cè)光源負(fù)責(zé)照亮煙支濾嘴的表面，當(dāng)模盒中出現(xiàn)缺嘴或缺支時(shí)，由于光源沒(méi)有照射到模盒的內(nèi)部，系統(tǒng)拍攝到的圖像中會(huì)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(duì)比明顯。煙絲側(cè)工業(yè)相機(jī)貼近待檢模盒中煙支的煙絲端面安裝，負(fù)責(zé)采集待檢煙支煙絲端面的圖像并進(jìn)行初步處理后傳送給控制器。濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝，負(fù)責(zé)采集待檢煙支濾嘴端面的圖像并進(jìn)行初步處理后傳送給控制器?？刂破髫?fù)責(zé)通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)剔除信號(hào)。包裝機(jī)控制系統(tǒng)在接收到煙支檢測(cè)器發(fā)送的剔除信號(hào)后，在剔除口把相應(yīng)缺陷煙包剔除。本實(shí)用新型的有益效果是:新穎性:本實(shí)用新型采用基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的新型檢測(cè)方式，不僅能夠像傳統(tǒng)的檢測(cè)方式一樣準(zhǔn)確判斷出是否存在空頭、缺嘴、缺支等缺陷，而且還能夠準(zhǔn)確判斷出是否存在反支煙，彌補(bǔ)了其它檢測(cè)方式的不足。科學(xué)性:機(jī)器視覺(jué)技術(shù)是一門比較成熟的技術(shù)，本實(shí)用新型中使用到的圖像處理算法都是機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域成熟的常用算法，各種商用或開源的機(jī)器視覺(jué)函數(shù)庫(kù)中都包含了這些算法，開發(fā)人員可以直接調(diào)用。實(shí)用性:本實(shí)用新型可以用于市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種香煙包裝機(jī)，比采用傳統(tǒng)檢測(cè)方式的檢測(cè)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(jī)器視覺(jué)技術(shù)，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(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的電路框圖。圖2是本實(shí)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(jī)鏡頭安裝示意圖。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)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(jī)3、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)4、包裝機(jī)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(jī)12、LED光源恒流電源13,單片機(jī)12的信號(hào)輸入端與編碼器信號(hào)米集電路14的信號(hào)輸出端、包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口 15、工控板8雙向連接，單片機(jī)12信號(hào)輸出端連接有工業(yè)相機(jī)通訊接口 16，編碼器信號(hào)采集電路14的信號(hào)輸入端連接編碼器7，包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口 15連接包裝機(jī)控制系統(tǒng)5，工業(yè)相機(jī)通訊接口 16分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機(jī)3、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)4連接，工控板8還分別與工業(yè)相機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)軟件的運(yùn)行。單片機(jī)12負(fù)責(zé)執(zhí)行上位機(jī)軟件的控制命令，包括讀取編碼器相位、與包裝機(jī)組控制系統(tǒng)通訊等。工業(yè)相機(jī)通訊接口用于連接煙絲側(cè)及濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)，單片機(jī)通過(guò)該接口控制工業(yè)相機(jī)在指定時(shí)間拍照，工業(yè)相機(jī)通過(guò)該接口將拍攝的圖片傳送給工控板8。編碼器信號(hào)采集電路14用于單片機(jī)12讀取編碼器7相位并傳送給工控板，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型與整個(gè)包裝機(jī)控制系統(tǒng)5的相位同步。包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口 15用于單片機(jī)12向控制系統(tǒng)發(fā)送空頭、缺支等剔除信號(hào)。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(guò)液晶屏查看系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)信息，并通過(guò)觸摸屏設(shè)置系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。在圖2中，本實(shí)用新型中的圖像處理程序首先將工業(yè)相機(jī)拍攝到的煙絲端面或?yàn)V嘴端面圖像進(jìn)行分割，每個(gè)煙支位置對(duì)應(yīng)一個(gè)小的圖像。然后對(duì)每個(gè)煙支位置對(duì)應(yīng)的圖像依次進(jìn)行灰度化、二值化、腐蝕、膨脹等處理，查找并繪制煙絲或?yàn)V嘴圖案輪廓，最后計(jì)算出輪廓面積即煙絲或?yàn)V嘴圖案面積的像素?cái)?shù)?；叶然菫榱藢⒐I(yè)相機(jī)拍攝到的煙絲端面或?yàn)V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(jìn)行灰度化處理；對(duì)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(jìn)行區(qū)分，將煙絲像素的灰度值設(shè)為255，煙支盤紙內(nèi)表面像素的灰度值設(shè)為O ;對(duì)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(jìn)行區(qū)分，將濾嘴端面像素的灰度值設(shè)為255，低亮度區(qū)域或煙絲區(qū)域像素的灰度值設(shè)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(diǎn)，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?yàn)V嘴圖案的輪廓線，是后續(xù)計(jì)算煙絲或?yàn)V嘴圖案像素?cái)?shù)的前提；計(jì)算煙絲或?yàn)V嘴圖案輪廓面積是為了計(jì)算圖案輪廓線包圍的煙絲或?yàn)V嘴圖案的像素?cái)?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(duì)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(dāng)模盒中出現(xiàn)缺支或缺嘴時(shí)，由于光源沒(méi)有照射到模盒的內(nèi)部，系統(tǒng)拍攝到的圖像中會(huì)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(duì)比明顯。各LED光源的安裝角度均為通過(guò)試驗(yàn)獲得。在圖4中，煙絲側(cè)工業(yè)相機(jī)鏡頭與煙支成一定的角度安裝，當(dāng)煙支出現(xiàn)空頭時(shí)，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(lái)判斷煙支是否存在空頭，即當(dāng)面積低于系統(tǒng)設(shè)定的基準(zhǔn)值時(shí)則認(rèn)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(cè)范圍為O 5_的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)試驗(yàn)得知鏡頭與煙支之間的角度約50度時(shí)為最佳角度，實(shí)際安裝時(shí)可以允許一定的偏差。濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)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(dāng)模盒中出現(xiàn)缺嘴或缺支時(shí)，系統(tǒng)拍攝到的圖像中會(huì)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(duì)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(shí)，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(duì)比明顯，因此系統(tǒng)也可以對(duì)反支煙進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。
權(quán)利要求1.一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)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(jī)、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)、包裝機(jī)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(jī)、LED光源恒流電源，單片機(jī)的信號(hào)輸入端與編碼器信號(hào)采集電路的信號(hào)輸出端、包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口、工控板雙向連接，單片機(jī)信號(hào)輸出端連接有工業(yè)相機(jī)通訊接口，編碼器信號(hào)采集電路的信號(hào)輸入端連接編碼器，包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口連接包裝機(jī)控制系統(tǒng)，工業(yè)相機(jī)通訊接口分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機(jī)、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)連接，工控板還分別與工業(yè)相機(jī)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(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)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(jī)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(jī)緊貼待檢模盒中煙支的濾嘴端面安裝。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的煙支檢測(cè)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(jī)，單片機(jī)的信號(hào)輸入端與編碼器信號(hào)采集電路的信號(hào)輸出端、包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口、工控板雙向連接，單片機(jī)信號(hào)輸出端連接有工業(yè)相機(jī)通訊接口，編碼器信號(hào)采集電路的信號(hào)輸入端連接編碼器，包裝機(jī)控制系統(tǒng)通訊接口連接包裝機(jī)控制系統(tǒng)，工業(yè)相機(jī)通訊接口分別與煙絲側(cè)工業(yè)相機(jī)、濾嘴側(cè)工業(yè)相機(jī)連接，工控板還分別與工業(yè)相機(jī)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(shí)用新型可以用于市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種香煙包裝機(jī)，比采用傳統(tǒng)檢測(cè)方式的檢測(cè)器更好地保證了最終煙包的煙支質(zhì)量。
文檔編號(hào)B65B19/30GK202935608SQ20122055715
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者鄔一鳴, 張濟(jì)民, 張義偉, 顏魏偉, 余輝, 徐洋, 楊振強(qiáng), 潘捷, 陳華, 彭琛杰 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十一研究所, 上海煙草機(jī)械有限責(zé)任公司