CN105410988B - 一种香烟隐形喷码完整性检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种香烟隐形喷码完整性检测装置，包括小包图像采集模块、条盒图像采集模块、控制器及触摸显示屏。控制器的接口板内设有单片机，单片机连接有上位机，单片机通过母板分别连接小包图像采集模块、条盒图像采集模块。小包图像采集模块和条盒图像采集模块通过LED光源对香烟表面喷码进行照明，通过工业相机采集喷码图像并进行初步处理后传送给控制器，控制器判定是否存在喷码缺失。在检测到喷码缺失的小包香烟时向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷小包剔除；在检测到喷码缺失的条盒香烟时向包装机组控制系统发送报警信号，提醒操作人员对缺陷条盒进行处理，有效避免存在喷码缺失的香烟流入市场。

Description

一种香烟隐形喷码完整性检测装置

技术领域

本发明涉及一种香烟喷码检测装置，尤其是一种香烟隐形喷码完整性检测装置。

背景技术

为满足防伪及品牌形象需求，有些品牌的香烟采用隐形喷码技术，在小包和条盒香烟的透明包装材料上进行喷码。该喷码在普通光照下隐形，在紫外光照射下才可进行观察。喷码机可能出现不喷墨现象，导致香烟透明包装材料上出现喷码缺失等缺陷。目前各烟厂主要依靠人工抽检的方法保证喷码质量，既增加了人力成本又不能保证所有香烟的质量，对卷烟企业的形象也会造成不良影响。

为杜绝此问题，个别厂家安装了基于色标传感原理的喷码检测装置，但该检测装置人机交互性差，检测精度低，市场急需一种更加直观、检测精度更高的检测方式来代替现有的检测方式。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于机器视觉技术的香烟喷码完整性检测装置，用于检测小包及条盒香烟包装过程中可能出现的喷码缺失问题，避免存在喷码缺失的香烟流入市场。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种香烟隐形喷码完整性检测装置，包括小包图像采集模块、条盒图像采集模块、控制器及触摸显示器；

所述控制器包括工控板、接口板及母板，接口板内设有单片机，单片机连接有上位机，工控板用于连接触摸显示器，单片机通过母板分别连接小包图像采集模块、条盒图像采集模块；

所述小包图像采集模块和条盒图像采集模块均包括工业相机、光学镜头、LED光源及滤光片；

所述小包图像采集模块和条盒图像采集模块通过LED光源对香烟表面喷码进行照明，通过工业相机采集喷码图像并进行初步处理后传送给控制器，控制器利用图像处理技术对小包图像采集模块和条盒图像采集模块采集的摄到的香烟表面喷码图像进行滤波、目标提取、兴趣区域定位和字符完整性检测，根据字符有效区域的长度判定是否存在喷码缺失。

优选地，所述接口板包括图像采集通讯接口、包装机组控制系统通讯接口，图像采集通讯接口连接小包图像采集模块和条盒图像采集模块，包装机组控制系统通讯接口连接有包装机组控制系统。

优选地，所述单片机还连接有输入信号采集电路，输入信号采集电路连接有光纤传感器，单片机接收上位机的控制命令，读取小包拍照触发信号、光纤传感器脉冲信号，并通过图像采集通讯接口控制LED光源的开启和关闭，单片机同时通过图像采集通讯接口控制图像采集模块内的工业相机在指定时间拍照，工业相机通过图像采集通讯接口将拍摄的图片传送给控制器内的工控板，工控板传递给触摸显示器，单片机根据检测信息通过包装机组控制系统通讯接口向包装机组控制系统发送检测结果。

优选地，所述触摸显示器包括用于向控制器下达指令的触摸屏和用于显示检测结果的显示屏。

优选地，所述控制器固定在机箱内，机箱箱体背部紧固有控制器散热片，工控板与散热片紧贴。

优选地，所述工业相机及其镜头、LED光源通过螺钉固定在相机壳体内部，滤光片安装在镜头下方，LED光源为LED紫外光源，LED紫外光源通过光源支架安装在镜头周围。

优选地，所述小包图像采集模块的相机壳体一侧固定有喷气喷嘴，喷气喷嘴通过气管从气源取气，并对相机壳体及LED紫外光源持续吹气散热。

优选地，所述条盒图像采集模块的工业相机和LED光源封装在图像采集模块壳体内，工业相机的光学镜头及LED光源之间安装有挡板，挡板用于防止LED光源发出的光线直接照射到光学镜头。

采用如上技术方案取得的有益技术效果为：

本装置在检测到存在喷码缺失的小包香烟时向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷小包剔除；在检测到存在喷码缺失的条盒香烟时向包装机组控制系统发送报警信号，提醒操作人员对缺陷条盒进行处理。

香烟隐形喷码完整性监测装置采用机器视觉技术更直观、更准确，还可实现喷码缺陷图像存储等辅助功能，方便相关人员对机器运行状态进行分析。

本发明可用于目前市场上大量使用的ZB25/ZB45等包装机，可以有效避免存在喷码缺失的香烟流入市场，具有广泛的应用空间。

附图说明

图1为香烟隐形喷码完整性监测装置结构框图。

图2为香烟隐形喷码完整性监测流程图。

图3为控制器正面剖视图。

图4为控制器侧面剖视图。

图5为触摸显示器正面剖视图。

图6为触摸显示器侧面剖视图。

图7为小包图像采集模块正视图。

图8为条盒图像采集模块侧面剖视图。

图3和图4中，1机箱箱体、2接口板、3工控板、4控制器散热片、5母板、6触摸屏接口插座、7VGA视频插座、8输出接口插座。

图5和图6中，9液晶显示屏、10触摸屏、11显示器开关、12前面板、13VGA及触摸屏接口插座。

图7中，14相机壳体、15相机及光源电缆接口插座、16紫外光源、17滤光片、18光源电缆、19图像采集模块支架、20喷气喷嘴、21气管、22工业相机及镜头、23光源支架。

图8中，24图像采集模块壳体、25工业相机、26光学镜头、27LED光源、28滤光片、29挡板、30相机及光源电缆接口插座、31相机USB电缆、32相机触发电缆、33光源电缆。

具体实施方式

结合附图1至8对本发明的具体实施方式做进一步说明：

一种基于机器视觉技术的香烟隐形喷码完整性检测装置，分别对小包香烟、条盒香烟表面喷码进行拍照，通过对图像进行滤波、目标提取、兴趣区域定位和字符完整性检测，判断香烟是否存在喷码缺失。在检测到存在喷码缺失的小包香烟时向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷小包剔除；在检测到存在喷码缺失的条盒香烟时向包装机组控制系统发送报警信号，提醒操作人员对缺陷条盒进行处理。

检测装置主要由小包图像采集模块、条盒图像采集模块、控制器、触摸显示器及光纤放大器等外围设备组成。其中，控制器内包含一个工控板、一个接口板及一个母板，小包图像采集模块和条盒图像采集模块内包含一个CMOS工业相机、一个光学镜头、一组LED光源及一块滤光片。小包图像采集模块和条盒图像采集模块负责通过紫外光源对香烟表面喷码进行照明，通过工业相机采集喷码图像并进行初步处理后传送给控制器。控制器通过图像处理技术对小包图像采集模块和条盒图像采集模块采集的图像数据进行处理并判断是否存在喷码缺失，根据检测结果向包装机组控制系统发送信号，并通过VGA口、串口和触摸显示器相连，触摸显示器用于显示系统运行状态并接收检测者的设定信息。

图1中，工控板用于操作系统及上位机软件的运行。单片机负责执行上位机软件的控制命令，读取小包拍照触发信号、光纤传感器脉冲信号，向包装机组控制系统发送检测结果信号等。图像采集通讯接口用于连接小包图像采集模块和条盒图像采集模块，单片机通过该接口控制光源的开启和关闭，系统拍照时打开光源，其它时间关闭光源，保证了光源的有效寿命；同时，通过该接口控制图像采集模块内的工业相机在指定时间拍照。工业相机通过该接口将拍摄的图片传送给控制器内的工控板。由于喷码材料的特殊性，其在紫外光下呈蓝色，本装置在工业相机及镜头前方安装有蓝色滤光片，使喷码与其他部分颜色形成鲜明对比。当条盒香烟经过条盒图像采集模块时，光纤传感器会发出脉冲有效信号，输入信号采集电路读取光纤放大器的脉冲信号并传送给单片机。包装机组控制系统通讯接口用于从包装机组控制系统接收小包拍照触发信号，并发送小包喷码及条盒喷码检测结果信号。操作者可以通过触摸显示器查看系统运行相关信息，并设置相关参数。

图2中，本装置中的图像处理程序依次对小包及条盒图像采集模块拍摄到的香烟表面喷码图像进行滤波、目标提取、兴趣区域定位和字符完整性检测，根据字符有效区域的长度判定是否存在喷码缺失。滤波，减少了喷码图像中噪声点的干扰，保证了后续喷码特征提取的准确性；对滤波后图像中的蓝色分量及红色分量进行分析，当图像中各像素点灰度值满足一定阈值时认定为喷码，实现了目标提取；对图像每一列像素点计算平均灰度值，得到垂直投影曲线(即喷码长度的投影)，若垂直投影曲线中非零区域过小或过大，则认为喷码首尾有字符缺失或多次喷码，若垂直投影曲线中非零区域有分段，则认为喷码字符串内部存在字符缺失。

图3和图4中，控制器机箱箱体上焊装有触摸屏接口插座6、VGA视频插座7、输出接口插座8。母板5通过螺钉固定到机箱箱体1上，接口板2、工控板3通过螺钉固定到一起之后再通过螺柱固定到机箱箱体1上。机箱箱体背部紧固有控制器散热片4，工控板3与散热片4紧贴，以达到散热的效果。

图5和图6中，触摸显示屏包括液晶显示屏9、触摸屏10，液晶显示屏9、触摸屏10通过安装支架固定到前面板12上，VGA及触摸屏接口插座13分别通过VGA电缆和串口线与控制器的VGA视频插座7、触摸屏接口插座6相连，实现视频信号和触摸屏信号的传输。前面板12上有显示器开关11，用于控制显示器电源通断。

在图7中，工业相机及其镜头22通过螺钉固定在相机壳体14内部。镜头22下方安装有滤光片(4)，有效避免喷码以物体颜色干扰。滤光片17通过紧固胶固定到相机壳体14上。紫外光源16通过螺钉固定到光源支架23上，并通过光源电缆18与相机壳体14相连。光源电缆18与相机相关电缆在相机壳体14内部组合并连接到相机及光源电缆接口插座15上。相机及光源电缆接口插座15通过自带的锁紧螺母固定到相机壳体14上，相机及光源电缆接口插座15连接控制器。光源支架23及相机壳体14通过螺钉固定在图像采集模块支架19上。图像采集模块支架19右侧，固定有喷气喷嘴20，喷气喷嘴20通过气管21从包装机气源取气，并对相机壳体14及紫外光源16持续吹气散热，保证了小包图像采集模块各电路部分工作的稳定性。

在图8中，光学镜头26通过镜头座固定到工业相机25上。光学镜头26下方安装有滤光片28，有效避免喷码外物体颜色干扰。滤光片28通过紧固胶固定到图像采集模块壳体24上。工业相机25及LED光源27通过螺钉固定到图像采集模块壳体24上，为防止LED光源27发出的光线直接照射到光学镜头26，在光学镜头26及LED光源27之间安装有挡板29。LED光源27及工业相机25分别通过光源电缆33、相机USB电缆31及相机触发电缆32连接到一起，并接到相机及光源电缆接口插座30上。相机及光源电缆接口插座30通过自带的锁紧螺母固定到图像采集模块壳体24上，并连接控制器。

本装置在检测到存在喷码缺失的小包香烟时向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷小包剔除；在检测到存在喷码缺失的条盒香烟时向包装机组控制系统发送报警信号，提醒操作人员对缺陷条盒进行处理。

本发明中使用到的图像处理算法都是机器视觉领域成熟的常用算法，各种商用或开源的机器视觉函数库中都包含了这些算法，开发人员可以直接调用。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种香烟隐形喷码完整性检测装置，其特征在于，包括小包图像采集模块、条盒图像采集模块、控制器及触摸显示器；

所述控制器包括工控板、接口板及母板，接口板内设有单片机，单片机连接有上位机，工控板用于连接触摸显示器，单片机通过母板分别连接小包图像采集模块、条盒图像采集模块；

所述小包图像采集模块和条盒图像采集模块均包括工业相机、光学镜头、LED光源及滤光片；

所述小包图像采集模块和条盒图像采集模块通过LED光源对香烟表面喷码进行照明，通过工业相机采集喷码图像并进行初步处理后传送给控制器，控制器利用图像处理技术对小包图像采集模块和条盒图像采集模块采集的摄到的香烟表面喷码图像进行滤波、目标提取、兴趣区域定位和字符完整性检测，根据字符有效区域的长度判定是否存在喷码缺失；

所述接口板包括图像采集通讯接口、包装机组控制系统通讯接口，图像采集通讯接口连接小包图像采集模块和条盒图像采集模块，包装机组控制系统通讯接口连接有包装机组控制系统；

所述单片机还连接有输入信号采集电路，输入信号采集电路连接有光纤传感器，单片机接收上位机的控制命令，读取小包拍照触发信号、光纤传感器脉冲信号，并通过图像采集通讯接口控制LED光源的开启和关闭，单片机同时通过图像采集通讯接口控制图像采集模块内的工业相机在指定时间拍照，工业相机通过图像采集通讯接口将拍摄的图片传送给控制器内的工控板，工控板传递给触摸显示器，单片机根据检测信息通过包装机组控制系统通讯接口向包装机组控制系统发送检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种香烟隐形喷码完整性检测装置，其特征在于，所述触摸显示器包括用于向控制器下达指令的触摸屏和用于显示检测结果的显示屏。

3.根据权利要求1所述的一种香烟隐形喷码完整性检测装置，其特征在于，所述控制器固定在机箱内，机箱箱体背部紧固有控制器散热片，工控板与散热片紧贴。

4.根据权利要求1所述的一种香烟隐形喷码完整性检测装置，其特征在于，所述工业相机及其镜头、LED光源通过螺钉固定在相机壳体内部，滤光片安装在镜头下方，LED光源为LED紫外光源，LED紫外光源通过光源支架安装在镜头周围。

5.根据权利要求4所述的一种香烟隐形喷码完整性检测装置，其特征在于，所述小包图像采集模块的相机壳体一侧固定有喷气喷嘴，喷气喷嘴通过气管从气源取气，并对相机壳体及LED紫外光源持续吹气散热。

6.根据权利要求1所述的一种香烟隐形喷码完整性检测装置，其特征在于，所述条盒图像采集模块的工业相机和LED光源封装在图像采集模块壳体内，工业相机的光学镜头及LED光源之间安装有挡板，挡板用于防止LED光源发出的光线直接照射到光学镜头。