CN110125046A - 复合滤棒段长的视觉检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合滤棒段长的视觉检测系统，具有滤棒鼓轮组件、机器视觉系统、滤棒收集输送组件、工业处理器等部件。滤棒鼓轮组件由检测鼓轮、剔除鼓轮、传递鼓轮组成。复合滤棒成型机组末端的主分烟轮与检测鼓轮、剔除鼓轮、传递鼓轮之间通过机械齿轮啮合方式装配在一起并同步转动。检测鼓轮按照由外至内，由检测鼓轮外壳、分光罩、视觉成像光阑、高光光源组成；剔除鼓轮外壳内侧具有分气罩，分气罩有部分数量的通孔联通负压配气套管路，另有部分数量的通孔联通正压配气套管路。本发明能够在线检测滤棒中各段段长，测量结果的准确性和一致性均高，而且能够自动分选剔除不合格滤棒，检测效率高、劳动强度低。
Description
技术领域
本发明涉及一种滤棒数据检测，以及合格品与不合格品的分选技术。
背景技术
普通滤棒为一种材质制成的滤段；其长度的测量很简单，直接用直尺测量即可。复合滤棒是一种功能性滤棒，是卷烟滤嘴行业里重要的产品分支，复合滤棒具有两种或多种材质制成的滤段，再按轴向拼接复合而成，其总长度的测量与普通滤棒的测量方法一样简单，而其包裹在成形纸中两段或多段滤段因为肉眼不可见，各段的长度不能采用简单的尺子直接测量。
国内的复合滤棒生产厂家主要采用微波测量仪器在复合机切断前进行相位检测，对不合格的产品在切断后剔除。而这种装置，存在着以下弊端：（1）相位检测的测量原点依赖于切刀对刀信号，在成型机走棒速度或切刀电机速度有瞬时漂移的情况下，两次对刀信号之间的物理棒长将不再一致，相位测量结果也不再准确；（2）微波测量精度为1mm左右，存在理论误差较大的问题；（3）在设备运行速度加速或减速的情况下，由于速度存在较大差异，因此在变化过程中的微波测量结果将存在更大差异。
申请号：2017111560424的发明涉及一种空管复合滤棒空管段的检测方法，采用微波发同时检测空管复合滤棒空管段的长度、位置偏差情况。利用微波密度仪测量空管复合滤棒的密度，以长度为横轴、以密度为竖轴，以长度单位为mm、密度单位为g/cm3绘制空管复合滤棒密度曲线；利用空管复合滤棒密度曲线中密度的变化来确定空管复合滤棒空管段的长度及位置偏差情况。该发明的采用微波设备，造价较贵；而且不能在滤棒生产线上进行测量。
申请号：201310123758X的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。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。该发明的视觉检测只是测量总的滤棒长度，复合滤棒各段的长度不能测量。
申请号：2017101244399的发明公开了一种基于视觉检测的空管复合滤棒段长测量方法，包括以下步骤：(1)图像采集以及预处理；(2)滤棒区域粗定位：通过固定阈值分割、水平方向累加、自适应阈值分割得到滤棒区域的上下限；(3)滤棒区域精确定位；(4)使用滤棒区域内归一化水平近邻差分响应均值构造稀疏矩阵，并在复合滤棒的不同区域选择种子线配合稀疏矩阵构造线性方程组，通过线性方程组的解对滤棒区域进行段标记，找出段标记的分界线位置；(5)在上一步找出的段分界处选取一小段图像重复上一步操作，寻找新的段准分界线位置；(6)确定的最终的分界线位置。该本发明虽可测量复合滤棒各段的长度，但是不能与生产线和次品剔除功能组合在一起，使用效率较低。
发明内容
发明目的：
提供一种可以在复合滤棒生产线上直接装配使用、具有传递、检测并剔除掉段长不合格滤棒的复合滤棒段长的视觉检测系统。
技术方案：
本发明的复合滤棒段长的视觉检测系统，具有滤棒鼓轮组件、机器视觉系统、滤棒收集输送组件（不合格滤棒分流或收集装置和合格滤棒输送装置）、工业处理器（安装有检测软件，以及控制其余多个系统部件的动作）等部件。
滤棒鼓轮组件，由检测鼓轮、剔除鼓轮、传递鼓轮组成。
滤棒鼓轮组件可以与复合滤棒成型机组末端的主分烟轮连接，主分烟轮与检测鼓轮、检测鼓轮与剔除鼓轮，剔除鼓轮与传递鼓轮之间都是通过机械齿轮啮合的方式装配在一起并同步转动的，动力源来自于主分烟轮的驱动电机。
1）检测鼓轮是整个系统最为关键的组件，按照由外至内的顺序，由检测鼓轮外壳、分光罩、视觉成像光阑、高光光源组成。其中，检测鼓轮外壳上具有沿外圆周平均设置的滤棒槽（槽宽略大于滤棒直径，供嵌入滤棒）；分光罩为透明材质制成，分光罩紧靠在检测鼓轮外壳的内测，在滤棒槽部位可以看到分光罩裸露的局部，每块分光罩裸露的局部设置有数只通孔，每个通孔的内侧联通有配气套管路，配气套管路与检测鼓轮外面的负压装置联通，提供足够的负压气流以便从分烟轮上吸附滤棒，并在检测完成后传递滤棒至剔除鼓轮。
高光光源提供高亮照明，通过视觉成像光阑将高光光源集中的光源变成均匀分散基本没有阴影的光源，保证下文的机器视觉系统拍照获得清晰的滤棒图像。由于滤棒的材质不同、不同滤棒段结合面的密度变化，在高亮的背光透射照明下，能够观察到不同材质的滤棒透光性不尽相同，在图像上就体现为不同灰度的明暗区块。本文提出的图像处理算法核心内容就是在不同灰度的明暗区块中找到合理的分界位置。使得光线照射复合滤棒后形成明暗变化的图形，供检测软件处理，判定合格滤棒和不合格滤棒。
2）剔除鼓轮位于检测鼓轮之后，剔除鼓轮的外壳上也同样具有沿外圆周平均设置的滤棒槽，剔除鼓轮外壳内侧具有分气罩。分气罩在每条滤棒槽裸露的部位设置有数只通孔，其中至少有部分数量的通孔联通负压配气套管路，以便从检测鼓轮上将滤棒吸附过来。分气罩上另有部分数量（优选两只，位于滤棒槽的两端，保证被剔除的不合格滤棒基本平行于剔除鼓轮，便于统一收集）的通孔联通正压配气套管路（并配有电磁阀控制其正压吹气动作）。
检测过的滤棒到达剔除鼓轮时，软件将根据对当前滤棒的检测结果给出剔除或通过的信号。检测结果为合格的滤棒将传递到传递鼓轮上再送至合格滤棒输送装置。检测结果为不合格的滤棒将在特定的剔除位置（剔除鼓轮旋转到某一角度的剔除工位，便于收集装置准确收集不合格滤棒）瞬间通入气压大于负压的正压气体，消除负压的吸附力量，用正压进行有效剔除，不合格滤棒被剔除到不合格品分流装置上。
3）传递鼓轮结构最为简单，只需配置负压配气套管路以提供吸附和传送合格滤棒即可，文中不再赘述。
4）本系统中的机器视觉系统具有相机、激光传感器、视觉检测电路及检测软件。相机位于检测鼓轮的正上方呈俯拍状态，并正对检测鼓轮的检测工位（优选正上方的工位，便于垂直拍照，获得精确位置的俯视图），对旋转到达检测工位的滤棒依次进行拍照检测。
系统运行过程简介：
当滤棒在检测鼓轮上转动至检测工位时，工业处理器在收到激光传感器的触发信号，视觉检测电路触发高光光源点亮，被视觉成像光阑散射成均匀的照明光，透过分光罩透射到复合滤棒上，形成明暗不同的图像，显示出复合滤棒各段及各段之间结合部位的不同照明效果，并触发相机采集图像。
检测软件能够将采集到的复合滤棒的图像，进行运算识别，运算出各段的段长，以及对合格的滤棒与不合格的滤棒做出判断。
软件运算原理：
滤棒在高亮背光透射照明下，不同灰度的段长部分在光照下呈现不同灰度特征，在整个滤棒区域呈现不同的灰度变化，通过图像增强变换增加对比度，将增强后的图像逐行进行纵向累加，得到累加结果图像。因此在相同灰度的段长部分灰度分布均匀，灰度梯度变化微小，在不同段连接部分灰度分布发生突变，灰度梯度变化比较大，根据灰度梯度的变化曲线，得到灰度梯度最大值的位置，该位置即为不同段连接部分。
有益效果：
本文针对复合滤棒段长在线检测需求设计了一套在在线检测的实时性系统，并结合硬件装置给出了一套专用的图像处理方法。本系统的测量结果的准确性和一致性很高。生产质量跟踪观察的结果证明，本系统能够为复合滤棒的生产质量控制提供更加严格有效的保障。检测分选的速度快，自动化程度高，减少人工作业量。检测鼓轮兼具几种功能，结构紧凑，快速实现检测和输送、转运的动作，大幅提高生产效率。该检测方法是无损检测，废弃物稍浪费较少，环保性高。当然本系统也存在一个缺点，针对不同规格的复合滤棒，需要设计相应的通光光阑和检测鼓轮机构。但这和产品质量管控的风险相比，这种付出是值得的。正负压的组合运用，使得吸取和释放滤棒（尤其在合适的角度）的动作都很容易实现，比人工或其它机械结构更加简单可靠。
附图说明
图1是本发明一种平面结构示意图；
图2是图1中放大的检测鼓轮轴向剖面结构示意图。
图中，1-高光光源；2-通孔；3-视觉成像光阑；4-分光罩；5-复合滤棒；6-负压管路；7-检测鼓轮；8-剔除鼓轮；9-传递鼓轮；10-主分烟轮；16-正压管路；18-分气罩。
具体实施方式
如图1所示的复合滤棒段长的视觉检测系统，具有与滤棒成型机的分烟轮按顺序依次连接的检测鼓轮、剔除鼓轮、传递鼓轮，还有滤棒收集输送组件，另有机器视觉系统。
检测鼓轮按照由外至内的顺序，由检测鼓轮外壳、分光罩、视觉成像光阑、高光光源组成；其中，分光罩紧靠在检测鼓轮外壳的内测，每块分光罩的局部设置有数只通孔，每个通孔的内侧联通负压气路，便于吸附滤棒。
高光光源能够提供高亮照明，通过视觉成像光阑将高光光源集中的光源变成均匀分散光源，保证机器视觉系统拍照获得清晰的复合滤棒后形成明暗变化的图像；
机器视觉系统具有位于检测鼓轮的正上方的相机、激光传感器、视觉检测电路及检测软件；相机采集的图像供检测软件处理，判定为合格滤棒或不合格滤棒。
剔除鼓轮的外壳上具有沿外圆周平均设置的滤棒槽，剔除鼓轮外壳内侧具有分气罩；分气罩在每条滤棒槽裸露的部位设置有数只通孔，其中有部分数量的通孔联通负压配气套管路；分气罩上另有部分数量的通孔联通正压配气套管路至少有两只通孔联通正压配气套管路；检测结果为不合格的滤棒时，剔除鼓轮将在剔除工位通入正压管路中的正压气体进行剔除。
Claims (6)
1.一种复合滤棒段长的视觉检测系统，具有与滤棒成型机的分烟轮连接的滤棒鼓轮组件，还有滤棒收集输送组件、工业处理器部件，其特征在于：
另有机器视觉系统；滤棒鼓轮组件由检测鼓轮、剔除鼓轮、传递鼓轮组成；主分烟轮与检测鼓轮、检测鼓轮与剔除鼓轮，剔除鼓轮与传递鼓轮之间都是通过机械齿轮啮合的方式装配在一起并同步转动；
检测鼓轮按照由外至内的顺序，由检测鼓轮外壳、分光罩、视觉成像光阑、高光光源组成；其中，检测鼓轮外壳上具有沿外圆周平均设置的滤棒槽；分光罩为透明材质制成，分光罩紧靠在检测鼓轮外壳的内测，在滤棒槽部位分光罩裸露，每块分光罩裸露的局部设置有数只通孔，每个通孔的内侧联通有配气套管路，配气套管路与检测鼓轮外面的负压装置联通，便于吸附滤棒；
高光光源能够提供高亮照明，通过视觉成像光阑将高光光源集中的光源变成均匀分散光源，保证机器视觉系统拍照获得清晰的复合滤棒后形成明暗变化的图像；
机器视觉系统具有相机、激光传感器、视觉检测电路及检测软件；相机采集的图像供检测软件处理，判定为合格滤棒或不合格滤棒。
2.如权利要求书1所述的复合滤棒段长的视觉检测系统，其特征在于：剔除鼓轮的外壳上具有沿外圆周平均设置的滤棒槽，剔除鼓轮外壳内侧具有分气罩；分气罩在每条滤棒槽裸露的部位设置有数只通孔，其中有部分数量的通孔联通负压配气套管路；
检测鼓轮检测过的滤棒到达剔除鼓轮时，检测软件将当前滤棒的检测结果信号输送给工业处理器，工业处理器给剔除鼓轮下达剔除或通过的指令；检测鼓轮的检测结果为合格的滤棒时，由剔除鼓轮传送到传递鼓轮上，再送至合格滤棒输送装置。
3.如权利要求书1所述的复合滤棒段长的视觉检测系统，其特征在于：分气罩上至少有两只通孔联通正压配气套管路；检测结果为不合格的滤棒时，剔除鼓轮将在剔除工位通入正压气体进行剔除。
4.如权利要求书1所述的复合滤棒段长的视觉检测系统，其特征在于：相机位于检测鼓轮的正上方呈俯拍状态，并正对检测鼓轮正上方的检测工位，对旋转到达检测工位的滤棒依次进行拍照检测。
5.如权利要求书1所述的复合滤棒段长的视觉检测系统，其特征在于：检测软件能够将采集到的复合滤棒的图像进行运算识别，根据灰度梯度的变化曲线，得到灰度梯度最大值的位置，该位置即为不同段连接部分，以此获得各段段长的数据。
6.如权利要求书1所述的复合滤棒段长的视觉检测系统，其特征在于：检测软件还能够对合格的滤棒与不合格的滤棒做出判断。
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