CN103217110B - 基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，包括底板、引导组件、夹持组件、相对夹持组件设置的扫描摄像组件、连接并控制引导组件、夹持组件及扫描摄像组件进行操作的控制单元、数据处理计算机，所述引导组件将待测烟支或滤棒由上而下传动到所述扫描摄像组件的扫描区域中心，所述夹持组件夹持烟支或滤棒并带动烟支或滤棒以烟支或滤棒的中轴为中心做等角速度转动，所述扫描摄像组件记录烟支或滤棒的两端经过其扫描区域中心时的位置，并由控制单元将所述烟支或滤棒的两端的位置图像传送给数据处理计算机分析处理得到所述烟支或滤棒的长度。本发明提高了烟支或滤棒直径(圆周)和长度的测量精度，并保证了测量精度的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟机械技术领域，特别涉及一种基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置。
背景技术
目前，对离线烟支或滤棒圆周(直径)和长度检测方法主要分为两类：一类是平行光束检测法(光电法或激光法)，这种方法以美国Borgwaldt KC公司、法国SD公司的烟支测试台为代表；另一类是CCD照相图像分析法，莫林斯公司开发C2烟支/滤棒检测平台采用的就是这种方法。
然而，当前对上述两种方法的应用均存在某些缺陷：
(1)使用平行光束检测法测量烟支或滤棒长度，是通过寻找烟支或滤棒端头在平行光束的位置来确定的，这种方法对于烟丝露出点烟端的烟支来说，测量结果不够准确；
(2)C2烟支/滤棒检测平台采用CCD照相图像分析法解决了平行光束测量烟支长度的问题，但该方法是通过使烟支或滤棒自由旋转来测量烟支或滤棒的直径平均值，具体方法是将烟支或滤棒放置于两个辊子并排安装中间形成的槽位，通过两个棍子的转动来带动烟支或滤棒自由旋转。由于烟支或滤棒的表面并非完全是圆柱，所以无法保证在测量直径过程中烟支或滤棒等角速度旋转，从而对测量精度造成影响，测量结果重复性较差。
发明内容
本发明的目的是提出一种测量精度较高、测量结果稳定性、重复性较佳的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置。
为达到上述目的，本发明提出了一种基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，包括底板、固定于所述底板上的引导组件、夹持组件、相对所述夹持组件设置的扫描摄像组件、连接并控制所述引导组件、夹持组件及扫描摄像组件进行操作的控制单元、数据处理计算机，所述引导组件将待测烟支或滤棒由上而下传动到所述扫描摄像组件的扫描区域中心，所述夹持组件夹持所述烟支或滤棒并带动所述烟支或滤棒以烟支或滤棒的中轴为中心做等角速度转动，所述扫描摄像组件记录所述烟支或滤棒的两端经过其扫描区域中心时的位置，并由控制单元将所述烟支或滤棒的两端的位置图像传送给数据处理计算机分析处理得到所述烟支或滤棒的长度；且，所述扫描摄像组件在所述烟支或滤棒做等角速度转动时对其进行多次均匀扫描，得出所述烟支或滤棒的平均直径值。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述引导组件包括一推杆、连接于所述推杆的推动电机及移位气缸，且所述推杆的一端开口，用于容置待测烟支或滤棒。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述烟支包括滤嘴端及点烟端，且选择点烟端向上、滤嘴端向下落入推杆。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述推动电机设有用于烟支或滤棒定位的带轴向编码器。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述夹持组件包括转动齿轮组、连接并驱动所述转动齿轮组转动的步进电机，所述转动齿轮组包括相互啮合传动的第一转动齿轮及第二转动齿轮，所述第一转动齿轮的枢轴连接于步进电机，由所述步进电机的驱动转动并带动第二转动齿轮转动。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述夹持组件还包括相对滑动轮、三个夹持爪及夹紧气缸，所述相对滑动轮滑设于第二转动齿轮上，所述相对滑动轮的一端连接于三个夹持爪，另一端可抵持于所述夹紧气缸。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述夹持组件还包括夹持位置磁铁及松开位置磁铁，所述夹持位置磁铁及松开位置磁铁分设于相对滑动轮的两侧，分别用于在夹持组件夹持及松开烟支或滤棒的位置吸住相对滑动轮。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述夹持组件还包括用于对所述相对滑动轮定位的接近开关。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述扫描摄像组件包括一扫描支架及安装于所述扫描支架上的相机，所述扫描支架连接有定位气缸。
进一步，在上述基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置中，所述扫描摄像组件还包括用于提供烟支或滤棒直径数值校准的标定直径棒。
本发明的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置提高了烟支或滤棒直径(圆周)和长度的测量精度，其设计的自动校准功能，减小环境变化对测量精度的影响，使得测量过程更加稳定，具备测量精度较高、测量结果稳定性、重复性较佳的优点；同时，本发明减少了对烟支的破坏，测量之后的烟支可以继续用于其它实验用途。
附图说明
图1为本发明的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置较佳实施例的结构示意图；
图2为本发明的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置另一角度的结构示意图；
图3为图1中的夹持组件及扫描摄像组件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
请参阅图1及图2，本发明的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置包括底板1、固定于所述底板1上的引导组件10、夹持组件20、相对所述夹持组件20设置的扫描摄像组件30、连接并控制所述引导组件10、夹持组件20及扫描摄像组件30进行操作的控制单元(图未标)、数据处理计算机(图未标)，所述引导组件10将待测烟支或滤棒由上而下传动到所述扫描摄像组件30的扫描区域中心，所述夹持组件20夹持所述烟支或滤棒并带动所述烟支或滤棒以烟支或滤棒的中轴为中心做等角速度转动，所述扫描摄像组件30记录所述烟支或滤棒的两端经过其扫描区域中心时的位置，并由控制单元将所述烟支或滤棒的两端的位置图像传送给数据处理计算机分析处理得到所述烟支或滤棒的长度；而且，所述扫描摄像组件30在所述烟支或滤棒做等角速度转动时对其进行多次均匀扫描，得出所述烟支或滤棒的平均直径值。
其中，所述引导组件10包括一推杆12、连接于所述推杆12的推动电机14及移位气缸18，所述推杆12为长条形，其形状与待测烟支或滤棒匹配，且所述推杆10的一端开口，用于容置待测烟支或滤棒(图未标)。所述推杆12在推动电机14驱动下带动烟支或滤棒自上而下垂直移动，进入到所述扫描摄像组件30的扫描区域中心。
所述烟支包括滤嘴端及点烟端，考虑到烟支落入推杆12内，点烟端会受到冲力破坏，故将所述烟支选择点烟端向上、滤嘴端向下落入推杆12，由于烟支的滤嘴端本身带有弹性，可减少对烟支的破坏。
所述推动电机14设有用于烟支或滤棒定位的带轴向编码器。
所述夹持组件20用于实现烟支或滤棒抓紧、对中的功能，其包括转动齿轮组21、连接并驱动所述转动齿轮组21转动的步进电机22、相对滑动轮23、夹持位置磁铁24、松开位置磁铁25、三个夹持爪26及夹紧气缸27，所述转动齿轮组21包括相互啮合传动的第一转动齿轮212及第二转动齿轮214，所述第一转动齿轮212的枢轴连接于步进电机22，由所述步进电机22的驱动转动并带动第二转动齿轮214转动。
所述相对滑动轮23滑设于第二转动齿轮214上，所述相对滑动轮23的一端连接于三个夹持爪26，另一端可抵持于所述夹紧气缸27。所述夹持位置磁铁24、松开位置磁铁25分设于相对滑动轮23的两侧，分别用于在夹持组件20夹持及松开烟支或滤棒的位置吸住相对滑动轮23。所述夹紧气缸27可通过伸缩来抵持相对滑动轮23转动。
所述夹持组件20还包括用于对所述相对滑动轮23定位的接近开关28、29。
请参阅图1、图2及图3，所述扫描摄像组件30包括一扫描支架32及安装于所述扫描支架32上的相机34及标定直径棒36。所述扫描支架32连接于定位气缸38，用于在定位气缸38带动下，保证扫描支架32在与待测烟支或滤棒的中轴、标定直径棒36相平行的平面上移动，所述标定直径棒36用于为扫描摄像组件30提供标准直径长度。所述相机34为高分辨率数字相机，其分辨率为1392×1040，帧率为20fps。
所述控制单元为单片机，其可通过CAN与数据处理计算机进行数据通信。所述数据处理计算机为高速工控机，用于对相机信号进行图像处理和统计分析。
本发明的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置还包括用于显示测量结果及图像处理、统计分析的相关参数设置的触摸显示器(图未示)。
本发明的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置的工作工程如下：
将待测烟支或滤棒(烟支的点烟端向上)自上而下垂直落入所述推杆12的开口端，由推杆12引导烟支或滤棒进入所述扫描摄像组件30的扫描区域。所述推杆12在推动电机14带动下自上而下垂直移动，而烟支或滤棒也在重力的作用下跟随所述推杆12自上而下移动。当所述烟支的滤嘴端(或滤棒的一端)到达所述扫描摄像组件30的扫描区域中心时停止移动，所述扫描摄像组件30完成对烟支或滤棒的滤嘴端水平位置的确定。由带轴向编码器的推动电机14、精密滚珠丝杆16、推杆12组成的引导组件10确定烟支或滤棒移动位置，使得烟支或滤棒的滤嘴端位于视觉范围的中央位置，减小视觉系统的成像误差，提高测量精度。
当烟支或滤棒继续往下移动，根据预设的烟支或滤棒长度及推杆12的轴向编码器位置，使得烟支或滤棒的中央部分进入所述扫描摄像组件30的扫描区域中心。此时，所述夹持组件20的三个夹持爪26处于松开状态时，烟支或滤棒落入所述夹持组件20中，夹紧气缸27伸出，使相对滑动轮23刹车。所述第一转动齿轮212在步进电机22的驱动下顺时针转动，带动三个夹持爪26同时向夹持中心移动，在接近开关28、29的定位下实现烟支或滤棒夹持、对中，并使夹持位置磁铁24吸住相对滑动轮23。
此时，由所述夹持组件20实现对烟支或滤棒抓紧之后，夹紧气缸27缩回，解除对相对滑动轮23刹车，高精度的步进电机22带动烟支或滤棒绕自身纵轴以恒定的角速度旋转2圈，所述扫描摄像组件30对烟支或滤棒每1.8°的位置扫描一次并计算直径值，整个过程扫描100次，所述扫描摄像组件30对烟支或滤棒表面均匀扫描，得出的平均直径值反映烟支或滤棒表面的整体情况。
当完成对烟支或滤棒的直径(圆周)测量后，第一转动齿轮212在步进电机22驱动下带动第二转动齿轮214回到接近开关27、28位置，夹紧气缸27伸出，使相对滑动轮23刹车，第一转动齿轮212在步进电机22的驱动下逆时针转动固定步数，带动三个夹持爪26向外移动，同时使松开位置磁铁25吸住相对滑动轮23。接着，夹紧气缸27缩回，解除对相对滑动轮23刹车，从而完成烟支或滤棒松开功能。推杆12下降，带动烟支或滤棒的点烟端进入所述扫描摄像组件30的扫描区域中心。
第二步，当烟支的点烟端(或滤棒的另一端)处于所述扫描摄像组件30的扫描区域中心时，记录其在视觉范围的垂直位置及推杆12的轴向编码器的位置。通过计算烟支或滤棒两端在视觉范围的垂直位置差及推杆12的轴向编码器的位置差，可以确定烟支或滤棒长度，该方法计算长度的精度高。这样就通过烟支或滤棒两端在视觉范围的位置及轴向编码器位置来测量得到了烟支或滤棒的长度。接着，推杆12下降到极限位置，在移位气缸18水平移动，卸出被测量烟支或滤棒，然后移位气缸18带动推杆12复位，往上移动回到原点。这样就通过合理的测量流程，在一个测量系统内完成了对烟支或滤棒的直径(圆周)和长度的测量，且该测量流程对烟支的破坏较小。
另，所述扫描摄像组件30对于点烟端有烟丝露出的烟支，通过软件设计，能准确判断实际烟支端口位置。所述扫描摄像组件30获取的图像经过处理后得到二值化的边缘图像，由于样品的端面大体与图像的横向平行，所以通过从上至下扫描，获得样品的所有像素宽度，根据统计学方法将端面位置计算出来。当点烟端有烟丝露出时，通过设置亮度阀值、粘连度阀值以及统计分析方面的宽度对比数量、间隔对比百分比，可以将露出点烟端的烟丝部分过滤，得到准确的烟支长度。
所述扫描摄像组件30还通过对标定直径棒36的扫描，可以实现扫描系统的参数自动校准。在烟支或滤棒直径(圆周)和长度测量机构的一边垂直固定标定直径棒36，其中轴位置与直径测量时烟支或滤棒的中轴位置相平行并在同一平面上。扫描支架32在定位气缸38带动、导轨限位的情况下，保证扫描支架32在与测量烟支或滤棒中轴、标定直径棒36相平行的平面上移动，从而实现测量烟支或滤棒时烟支或滤棒到所述扫描摄像组件30的距离与校准时标定直径棒36到所述扫描摄像组件30的距离一致。
相比于现有技术，本发明基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置的有益效果为：
1、在尽量减少或避免对烟支棒本身的破坏的情况下，实现了对烟支或滤棒直径(圆周)和长度的测量，而且实现了对于少量烟丝露出点烟端的烟支的检测，避免这种烟支对长度测量精度造成的影响。
2、根据国标规定，直径(圆周)测量过程中烟支或滤棒绕自身纵轴以恒定角速度旋转半圈或一圈，实现对烟支或滤棒均匀扫描100次，提高了烟支或滤棒直径(圆周)和长度的测量精度，保证测量结果的稳定性。
3、测量过程中实现三维机器视觉的自动校准，保证视觉系统的测量精度的稳定性。
经测试，本发明提高了烟支或滤棒直径(圆周)和长度的测量精度，达到国标规定要求：圆周精度为0.02mm，分辨率为0.001mm，长度精度为0.1mm，分辨率0.01mm。其设计的自动校准功能，减小环境变化对测量精度的影响，使得测量过程更加稳定。同时，本发明减少了对烟支的破坏，测量之后的烟支可以继续用于其它实验用途。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (9)
1.一种基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，包括底板、固定于所述底板上的引导组件、夹持组件、相对所述夹持组件设置的扫描摄像组件、连接并控制所述引导组件、夹持组件及扫描摄像组件进行操作的控制单元、数据处理计算机，所述引导组件将待测烟支或滤棒由上而下传动到所述扫描摄像组件的扫描区域中心，所述夹持组件夹持所述烟支或滤棒并带动所述烟支或滤棒以烟支或滤棒的中轴为中心做等角速度转动，所述扫描摄像组件记录所述烟支或滤棒的两端经过其扫描区域中心时的位置，并由控制单元将所述烟支或滤棒的两端的位置图像传送给数据处理计算机分析处理得到所述烟支或滤棒的长度；且，所述扫描摄像组件在所述烟支或滤棒做等角速度转动时对其进行多次均匀扫描，得出所述烟支或滤棒的平均直径值；
所述夹持组件包括转动齿轮组、连接并驱动所述转动齿轮组转动的步进电机，所述转动齿轮组包括相互啮合传动的第一转动齿轮及第二转动齿轮，所述第一转动齿轮的枢轴连接于步进电机，由所述步进电机的驱动转动并带动第二转动齿轮转动。
2.根据权利要求1所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述引导组件包括一推杆、连接于所述推杆的推动电机及移位气缸，且所述推杆的一端开口，用于容置待测烟支或滤棒。
3.根据权利要求2所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述烟支包括滤嘴端及点烟端，且选择点烟端向上、滤嘴端向下落入推杆。
4.根据权利要求2或3所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述推动电机设有用于烟支或滤棒定位的带轴向编码器。
5.根据权利要求1所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述夹持组件还包括相对滑动轮、三个夹持爪及夹紧气缸，所述相对滑动轮滑设于第二转动齿轮上，所述相对滑动轮的一端连接于三个夹持爪，另一端可抵持于所述夹紧气缸。
6.根据权利要求5所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述夹持组件还包括夹持位置磁铁及松开位置磁铁，所述夹持位置磁铁及松开位置磁铁分设于相对滑动轮的两侧，分别用于在夹持组件夹持及松开烟支或滤棒的位置吸住相对滑动轮。
7.根据权利要求6所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述夹持组件还包括用于对所述相对滑动轮定位的接近开关。
8.根据权利要求1所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述扫描摄像组件包括一扫描支架及安装于所述扫描支架上的相机，所述扫描支架连接有定位气缸。
9.根据权利要求8所述的基于三维视觉技术的离线烟支或滤棒检测装置，其特征在于，所述扫描摄像组件还包括用于提供烟支或滤棒的直径数值校准的标定直径棒。
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Denomination of invention: Off line cigarette or filter rod detection device based on 3D vision technology Effective date of registration: 20201201 Granted publication date: 20170215 Pledgee: Shenzhen small and medium sized small loan Co.,Ltd. Pledgor: SHENZHEN HONGJIEYUAN AUTOMATION SYSTEM Co.,Ltd. Registration number: Y2020980008655 |
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