CN109275948B - 一种卷烟机烟丝分布检测装置及联合调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卷烟机烟丝分布检测装置，该装置包括中央处理单元、摄像存储模块、高速摄像采集模块、供电模块、显示模块、数据分析模块、报警模块，所述中央处理单元分别与供电模块、摄像存储模块、高速摄像采集模块、数据分析模块、报警模块以及显示模块连接，其中：所述高速摄像采集模块用于高速拍摄帆布带上的烟丝；所述高速存储模块用于将高速摄像采集模块采集到的高速影像进行实时存储；所述数据分析模块用于将采集到的高速烟丝影像进行分区域分析，进而表征烟丝均匀分布情况；所述报警模块用于当烟丝均匀分布情况超出预先设定的允差，装置将发出报警指示；显示模块用于提供人机控制界面和回放显示。

Description

一种卷烟机烟丝分布检测装置及联合调节方法

技术领域

本发明专利涉及卷烟生产领域，尤其涉及一种卷烟机烟丝分布检测装置及联合调节方法。

背景技术

烟支内烟丝分布的均匀性是影响卷烟物理指标、感官质量及烟气化学指标的重要因素，而在烟丝吸丝成型前，卷烟机喂料部分烟丝输送的均匀性直接影响烟支内烟丝分布的均匀性。在卷烟机喂料部分，烟丝经过落料窗后，由针辊和弹丝辘将烟丝输送至帆布带上，帆布带快速输送烟丝，经过一次风分的气流，形成气帘，重的部分分离至二次风分，轻的部分输送至烟支吸丝成型。在帆布带这一关键部位，烟丝均匀与否直接决定了输送至吸丝通道内烟丝的均匀性及一次、二次风分效果。

因此，如何在生产过程中快速、精准地通过卷烟机喂料部分输送的均匀性反映过程中存在的如输送带机械偏位等设备问题、烟丝内含梗量异常、湿团烟丝过多等来料问题便尤为重要。

发明内容

第一方面，本发明提供一种卷烟机烟丝分布检测装置，该装置包括中央处理单元、摄像存储模块、高速摄像采集模块、供电模块、显示模块、数据分析模块、报警模块，所述中央处理单元分别与供电模块、摄像存储模块、高速摄像采集模块、数据分析模块、报警模块以及显示模块连接，其中：所述高速摄像采集模块用于高速拍摄帆布带上的烟丝；所述高速存储模块用于将高速摄像采集模块采集到的高速影像进行实时存储；所述数据分析模块用于将采集到的高速烟丝影像进行分区域分析，进而表征烟丝均匀分布情况；所述报警模块用于当烟丝均匀分布情况超出预先设定的允差，装置将发出报警指示；显示模块用于提供人机控制界面和回放显示。

作为优选，所述高速摄像采集模块采用8mm焦距的近摄镜头、分辨率1920*100、快门速度1250μs以及200帧速率对高速中的烟丝影像进行摄像，且该高速摄像采集模块还配备有高速摄像光源组件。

作为优选，所述数据分析模块包括图像处理单元以及面积占比计算单元，图像处理单元依次采用图像滤波、二值化分割、图像形态学处理过程处理图像；所述面积占比计算单元将图像处理单元处理后的图像分为多个感兴趣的区域，逐一分析每个感兴趣区域的烟丝图像占比，最后分析N个通道的标准偏差来表征卷烟机烟丝分布均匀程度。

作为优选，图像滤波采用中值滤波，速度适中，图像处理效果好，边缘信息被保留；所述二值化分割由于背景颜色偏绿，颜色偏黄，采用在HSV颜色空间进行数据分割，将图像色调域的360个等级的灰度图像通过阈值选取后，获得可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即可以反映烟丝的分布；所述形态学处理采用膨胀和腐蚀两种组合的形态学处理方法。

作为优选，该装置还包括设备调节模块，所述设备调节模块根据卷烟机烟丝分布的分析信息识别故障类别，并对卷烟设备上的部分装置进行反馈调节。

作为优选，所述高速摄像采集模块的镜头高于帆布带50m～100mm，向下倾斜约45°左右，能将帆布带全景拍摄到。

作为优选，所述高速摄像光源组件采用六片条形光源。

作为优选，所述摄像存储模块采用高速内存，能够适应每秒采集500帧以上百万像素级别的图像。

作为优选，所述中央处理单元采用实时压缩技术，可以将原始的视频流压缩成标准的AVI格式。

作为优选，所述高速摄像采集模块采用像元面积为14μm*14μm的大面积CMOS芯片。

作为优选，所述高速内存可直接和CMOS芯片直连，提供高速的数据通道。

作为优选，所述中央处理单元采用ARM9内核的CPU芯片，对系统所有数据通道进行控制，并且在其上运行Linux操作系统，为用户提供友好的人机界面。

第二方面，本发明提供一种卷烟机烟丝分布检测方法，该卷烟机烟丝分布检测方法包括如下步骤：

步骤1)采用采用六片条形组合光源，8mm焦距的近摄镜头、分辨率1920*100、快门速度1250μs以及200帧速率对高速中的烟丝影像进行摄像；

步骤2)烟丝高速影像实时传输到所述高速存储模块中的高速内存中，然后再转移到硬盘中；高速内存与所述中央处理单元中的CMOS芯片直接相连，提供高速的数据通道；

步骤3)依次采用图像滤波、二值化分割、形态学处理对步骤2)得到的高速影像进行处理得到整张图像，将该图像分为多个感兴趣的区域，并提取每个区域的烟丝占用的面积比；最后分析N个通道的标准偏差来表征卷烟机烟丝分布均匀程度；

步骤4)当烟丝均匀分布情况超出预先设定的允差，装置将发出报警指示。

进一步地，所述步骤2)中图像滤波采用中值滤波，速度适中，图像处理效果好，边缘信息被保留；所述二值化分割由于背景颜色偏绿，颜色偏黄，采用在HSV颜色空间进行数据分割，将图像色调域的360个等级的灰度图像通过阈值选取后，获得可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即可以反映烟丝的分布；所述形态学处理采用膨胀和腐蚀两种组合的形态学处理方法。

第三方面，本发明提供一种卷烟机烟丝分布的联合调节方法，该卷烟机烟丝分布的调节方法包括如下步骤：

步骤1)同时启动卷烟机和针辊；

步骤2)烟丝分布检测装置开启自检模式，当通过自检状态后，整个装置开启检测模式，若装置未通过自检状态，装置将连续多个周期确认卷烟机和针辊两个启动信号直至装置通过自检，进入下一步骤；

步骤3)烟丝分布均匀状态在检测过程中若不满足设定值，将开启自动调整指令模式直至烟丝分布均匀性符合要求，若系统的自动调整指令无法完成调整，系统将开启手动调整指令模式直至完成设备调整。

本发明提供的装置以及方法具有以下有益效果：

1、本发明在生产过程中能够快速、精准地通过卷烟机喂料部分输送的均匀性反映输送带机械偏位等设备问题，以及反映烟丝内含梗量异常、湿团烟丝过多等来料问题。

2、本系统结构简单紧凑，使用方便，拍摄高速物体时不会出现拖影现象。

3、本系统有很强的高速运动图像采集能力以及图像处理能力，能够广泛应用于卷包车间超高速、高速、中速等卷烟机以及制丝车间生产设备等应用场合。

附图说明

图1为烟丝分布检测装置的原理示意图；

图2数据分析模块界面示意图；

图3为图像处理后的示意图；

图4为图像分区域标记示意图；

图5为最终得到的分析图表；

图6为联合调节流程框图。

具体实施方式

如图1所示，一种卷烟机烟丝分布检测装置，其特征在于：该装置包括中央处理单元1、高速摄像光源组件2、摄像存储模块3、高速摄像采集模块4、供电模块5、显示模块6、数据分析模块7、报警模块8以及设备调节模块9，所述中央处理单元1分别与供电模块5、高速摄像光源组件2、摄像存储模块3、高速摄像采集模块4、数据分析模块7、报警模块8以及显示模块9连接，其中：所述高速摄像光源组件2采用六片条形组合光源对850mm宽度帆布带上的烟丝进行高速拍摄，所述高速摄像采集模块4采用8mm焦距的近摄镜头、分辨率1920*100、快门速度1250μs以及200帧速率对高速中的烟丝影像进行摄像；烟丝高速影像实时传输到所述摄像存储模块3中的高速内存中，然后再转移到硬盘中。高速内存与所述中央处理单元1中的CMOS芯片直接相连，提供高速的数据通道。

供电模块5给中央处理单元1供电，中央处理单元1提供高速摄像光源组件2、高速存储模块3、高速摄像采集模块4、显示模块6以及数据分析模块相应电源。

显示模块6配备640*480液晶屏，提供人机控制界面和回放显示；

报警模块2嵌入在数据分析模块7中，当烟丝均匀分布情况超出预先设定的允差，装置将发出报警指示，报警信息实时保存在显示模块6中；

设备调节模块2根据烟丝分布的分析信息识别故障类别，并对卷烟设备上的部分装置进行反馈调节。

为了实现本发明的目的，精确地检测烟丝分布的情况，本发明提供的数据分析模块用于将采集到的高速烟丝影像进行分区域分析，进而表征烟丝均匀分布情况；具体地，作为较佳的实施方式，本发明提供的数据分析模块包括图像处理单元以及面积占比计算单元，图像处理单元依次采用图像滤波、二值化分割、图像形态学处理过程处理图像；所述面积占比计算单元将图像处理单元处理后的图像分为多个感兴趣的区域，逐一分析每个感兴趣区域的烟丝图像占比，最后分析N个通道的标准偏差来表征卷烟机烟丝分布均匀程度；

为了更好理解本发明，本发明提供一个具体实施例中，如图2所示，数据分析模块7软件主界面从上至下依次为：影像窗口、分析图表窗口、参数设置窗口。所述影像窗口71分成6个等分通道，中间以虚线分隔，所述分析图表窗口有区域面积占比、统计平均占比、统计频率、总平均占比、标准差。所述参数设置窗口中主要有设备参数和界面参数，设备参数中有高速影像位置选择、高速影像起始位置设置等，界面参数中主要包括通道分组个数选择、图片统计频率选择、二值化数值选择、膨胀系数选择、腐蚀系数选择等。

本实施例中图像处理采用三个过程，分别是图像滤波、二值化分割、形态学处理等过程，所述图像滤波采用中值滤波，速度适中，图像处理效果好，边缘信息被保留；所述二值化分割由于背景颜色偏绿，颜色偏黄，采用在HSV颜色空间进行数据分割，通过对图像的色调(H)域，将色调域的360个等级的灰度图像通过适当的阈值选取后，获得可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即可以反映烟丝的分布；所述形态学处理采用膨胀和腐蚀两种组合的形态学处理方法，参见图3；

如图4所示，本实施例中在图像处理过程中，把整张图片的烟丝标记为白色，皮带标记为黑色；数据分析分为6个感兴趣的区域(虚线代表区域之间的分界线)，并提取每个一个区域的烟丝占用的面积比；

假如在连续的1000秒内，采集了500000张图片，每一张图片就有烟丝占比，每20张图片统计一次，作为每次的采样数据：

每个区域的平均占比分别为Avg CH1/2/3/4/5/6:

每次采样完成后，会计算6个区域的平均占比的标准差：当前SD

当前SD＝标准差(Avg CHl/2/3/4/5/6)

采样N次会计算总平均占比：

N次采样也会计算出一个总的SD(总的标准差)：

最终结果参见图5的分析图表窗口，清直接反映了各个区域的烟丝分布情况，对调整卷接设备、发现生产过程中存在的潜在异常有很大的指导作用，进一步提升产品品质。

另外，本实施例提供高速摄像采集模块的镜头高于帆布带50mm～100mm，向下倾斜约45°左右，能将帆布带全景拍摄到。

另外，所述摄像存储模块采用高速内存，能够适应每秒采集500帧以上百万像素级别的图像；所述中央处理单元采用实时压缩技术，可以将原始的视频流压缩成标准的AVI格式；所述高速摄像采集模块采用像元面积为14μm*14μm的大面积CMOS芯片；所述高速内存可直接和CMOS芯片直连，提供高速的数据通道；所述中央处理单元采用ARM9内核的CPU芯片，对系统所有数据通道进行控制，并且在其上运行Linux操作系统，为用户提供友好的人机界面。

进一步地，本发明提供一种卷烟机烟丝分布的联合调节方法，具体参照图6，

该卷烟机烟丝分布的调节方法包括如下步骤：

步骤1)同时启动卷烟机和针辊；

步骤2)烟丝分布检测装置开启自检模式，当通过自检状态后，整个装置开启检测模式，若装置未通过自检状态，装置将连续多个周期确认卷烟机和针辊两个启动信号直至装置通过自检，进入下一步骤；

步骤3)烟丝分布均匀状态在检测过程中若不满足设定值，将开启自动调整指令模式直至烟丝分布均匀性符合要求，若系统的自动调整指令无法完成调整，系统将开启手动调整指令模式直至完成设备调整。

在烟机设备调整中涉及到烟丝分布均匀性的部件调整主要有以下几个方面：

1.陡角提升带；若陡角提升带的安装角度、耙钉的损坏等会影响到烟丝分布均匀性，采用手动或自动调整模式，自动模式采用转速调整。

2.回丝输送振槽掉落回丝的均匀性，影响陡角提升带横向烟丝组分的不均匀(回丝较碎)，采用手动调整模式。

3.匀丝辊，匀丝辊的作用是均衡陡角提升带上的烟丝，若匀丝辊与陡角提升带的距离或角度不准确，会造成横向烟丝不均匀。采用手动或自动调整模式，自动模式采用转速调整。

4.计量料槽，若料槽背板和有机玻璃板之间间距不等，可能会造成针辊在拨烟丝时，水平方向拨的烟丝量不同。采用手动调整模式。

5.针辊，若耙钉损坏，针辊将计量料槽内的烟丝拨的不均匀。采用手动或自动调整模式。自动模式采用转速调整。

6.弹丝辘，若耙钉损坏、与针辊之间的间距未调整到位等因素，可能会造成将针辊送下的烟丝拨的不均匀。采用转速自动调整模式。

7.帆布带，安装的角度不对等会造成烟丝输送及一次风分的不均匀。采用手动调整模式。

8.抛丝辊，若抛丝辊与挡板之间的间距不等、抛丝辊耙钉损坏、抛丝辊不水原因，可能会造成抛丝辊向风室内输送的烟丝不均匀。采用转速自动调整模式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种卷烟机烟丝分布检测方法，其特征在于：应用于该方法的装置包括中央处理单元、摄像存储模块、高速摄像采集模块、供电模块、显示模块、数据分析模块、报警模块以及设备调节模块，所述中央处理单元分别与供电模块、摄像存储模块、高速摄像采集模块、数据分析模块、报警模块以及显示模块连接，其中：所述高速摄像采集模块用于高速拍摄帆布带上的烟丝；所述摄像存储模块用于将高速摄像采集模块采集到的高速影像进行实时存储；所述数据分析模块用于将采集到的高速烟丝影像进行分区域分析，进而表征烟丝均匀分布情况；所述报警模块用于当烟丝均匀分布情况超出预先设定的允差，装置将发出报警指示；显示模块用于提供人机控制界面和回放显示；所述设备调节模块根据卷烟机烟丝分布的分析信息识别故障类别，通过手动或自动的模式来调整设备部件；该卷烟机烟丝分布检测方法包括如下步骤：

步骤1)采用六片条形组合光源，8mm焦距的近摄镜头、分辨率1920*100、快门速度1250μs以及200帧速率对高速中的烟丝影像进行摄像；

步骤2)烟丝高速影像实时传输到所述摄像存储模块中的高速内存中，然后再转移到硬盘中；高速内存与所述中央处理单元中的CMOS芯片直接相连，提供高速的数据通道；

步骤3)依次采用图像滤波、二值化分割、形态学处理对步骤2)得到的高速影像进行处理得到整张图像，将该图像分为多个感兴趣的区域，并提取每个区域的烟丝占用的面积比；最后分析N个通道的标准偏差来表征卷烟机烟丝分布均匀程度；

步骤4)当烟丝均匀分布情况超出预先设定的允差，装置将发出报警指示。

2.根据权利要求1所述的卷烟机烟丝分布检测方法，其特征在于：所述高速摄像采集模块采用8mm焦距的近摄镜头、分辨率1920*100、快门速度1250μs以及200帧速率对高速中的烟丝影像进行摄像，且该高速摄像采集模块还配备有高速摄像光源组件。

3.根据权利要求1所述的卷烟机烟丝分布检测方法，其特征在于：所述数据分析模块包括图像处理单元以及面积占比计算单元，图像处理单元依次采用图像滤波、二值化分割、图像形态学处理过程处理图像；所述面积占比计算单元将图像处理单元处理后的图像分为多个感兴趣的区域，逐一分析每个感兴趣区域的烟丝图像占比，最后分析N个通道的标准偏差来表征卷烟机烟丝分布均匀程度。

4.根据权利要求1所述的卷烟机烟丝分布检测方法，其特征在于：所述步骤2)中图像滤波采用中值滤波，速度适中，图像处理效果好，边缘信息被保留；所述二值化分割由于背景颜色偏绿，颜色偏黄，采用在HSV颜色空间进行数据分割，将图像色调域的360个等级的灰度图像通过阈值选取后，获得可以反映图像整体和局部特征的二值化图像，即可以反映烟丝的分布；所述形态学处理采用膨胀和腐蚀两种组合的形态学处理方法。

5.根据权利要求2所述的卷烟机烟丝分布检测方法，其特征在于：所述高速摄像采集模块的镜头高于帆布带50m～100mm，向下倾斜45°，能将帆布带全景拍摄到。

6.一种卷烟机烟丝分布的联合调节方法，其特征在于：该卷烟机烟丝分布的调节方法包括如下步骤：

步骤1)同时启动卷烟机和针辊；

步骤2)烟丝分布检测装置开启自检模式，当通过自检状态后，整个装置开启检测模式，若装置未通过自检状态，装置将连续多个周期确认卷烟机和针辊两个启动信号直至装置通过自检，进入下一步骤；

步骤3)烟丝分布均匀状态在检测过程中若不满足设定值，将开启自动调整指令模式直至烟丝分布均匀性符合要求，若系统的自动调整指令无法完成调整，系统将开启手动调整指令模式直至完成设备调整。

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