CN110451035A - 一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置及方法 - Google Patents

一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置及方法，具体涉及电子烟烟支检测技术领域。该装置由包装机提供的触发信号作为图像采集信号，包括壳体，壳体内安装有控制器和图像采集模块，控制器连接工控机，所述图像采集模块包括工业相机，当控制器接收到触发信号时进行光源曝光、工业相机触发拍照、图像上传至控制器、图像处理、处理结果输出操作，当连续缺陷包数小于三包时，缺陷烟包将在指定的位置进行剔除，当大于等于三包时包装机将会停车并提醒排查包装机机械结构故障。基于该检测装置的方法解决了现有检测方法的不足，保证烟包的质量，降低产品的不良率。

Description

一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置及方法
技术领域
本发明涉及电子烟烟支检测技术领域，具体涉及一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置及方法。
背景技术
电子烟烟丝通过电加热在抽吸时产生烟雾，未抽吸时无烟雾产生，抽烟造成的危害相对较小。近年来，电子烟作为一种新型香烟在全球发展较为迅速，卷烟企业对电子烟的研发力度也逐渐增大，电子烟的种类变得越来越丰富。
作为一种新型香烟，烟支规格相比传统香烟差异较大，包装机采用新型结构，其在生产过程中很容易发生烟支的烟丝端或者滤嘴缺失、烟支破损、烟支错排、商标缺失或错位等缺陷，缺陷一旦产生，在后续烟支包装过程中很难被人工发现。目前在包装机进行烟包铝箔纸包装之前采用光电检测法，光电检测法只能检测固定位置的烟支有无，无法进行较为全面的检测，这将会造成缺陷烟包流入市场，造成质量事故，因此需要一种全面的检测装置及方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提出了一种基于视觉技术，能够对烟支表面进行全面检测的电子烟烟支检测装置及方法。
本发明具体采用如下技术方案：
一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，该装置由包装机提供的触发信号作为图像采集信号，包括壳体，壳体内安装有控制器和图像采集模块，控制器连接工控机，所述图像采集模块包括工业相机，当控制器接收到触发信号时进行光源曝光、工业相机触发拍照、图像上传至控制器、图像处理、处理结果输出操作，当连续缺陷包数小于三包时，缺陷烟包将在指定的位置进行剔除，当大于等于三包时包装机将会停车并提醒排查包装机机械结构故障。
优选地，所述控制器包括图像采集模块接口、CPU模块、载板、输入输出接口板和以太网口，图像采集模块接口和以太网接口焊接于载板上，CPU模块和输入输出接口板安装在载板上后，通过螺钉进行紧固，最后将载板安装进壳体中，通过螺钉将所有壳体连接成一体。
优选地，所述图像采集模块包括图像采集模块支架、工业相机、相机支架、相机通信接口、LED光源支架、把手、LED光源和有机玻璃板；
LED光源通过螺钉固定于LED光源支架上，LED光源支架通过螺钉固定在壳体上，相机通过螺钉固定于相机支架上，相机支架通过螺钉固定在壳体上，相机通信接口、有机玻璃板、图像采集模块支架和把手固定于壳体上。
一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测方法，采用如上所述的基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，对烟支缺支、烟丝或滤嘴缺失、卷纸破损缺陷检测时：
首先选择图像当中的感兴趣区域，进行N分割以后，对每一小块进行灰度化处理及均值计算，计算完成后的值与原图像相应值对比得到灰度差异值；
得到的灰度差异值与设定的阈值进行比较，当灰度差异值大于设定阈值时则判断烟包存在缺陷；
对于烟包的商标缺失及商标错位缺陷，首先选择图像中的感兴趣区域，进行灰度化、垂直投影处理，得到投影曲线，由投影曲线确定商标位置，当商标位置超出设定的范围则认为当前烟包存在缺陷。
本发明具有如下有益效果：
与传统的光电传感器相比，视觉技术中检测算法种类丰富，可根据现场实际情况进行选择，所以该检测装置及方法具有准确性高、直观性强、灵活方便等特点。
该装置及方法用于电子烟烟支检测，作为烟支封装前的最后一道工序，从源头上减少烟包缺支、烟丝端缺失、滤嘴缺失、爆口、商标错位及缺失等缺陷，避免缺陷烟包进入市场造成质量事故。另外，采用带有触摸显示屏的工控机进行实时显示当前烟包烟支的状况，人机交互性更加友好。
附图说明
图1为基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置的原理框图；
图2为控制器的剖视图；
图3为图像采集模块示意图；
图4为图像处理操作流程框图；
图5a为烟包烟支原始图像；
图5b为图5a灰度化处理后的图像；
图6a为烟丝端爆口缺陷对应的匹配结果示意图；
图6b为滤嘴缺失缺陷对应的匹配结果示意图；
图6c为烟丝端缺失缺陷对应的匹配结果示意图；
图6d为缺支缺陷对应的匹配结果示意图；
图7a为正常烟支的商标区域投影曲线；
图7b为正常烟支的商标区域投影曲线；
图8a为两种商标缺陷烟支对应的投影曲线；
图8b两种商标缺陷烟支对应的投影曲线。
其中，1为图像采集模块接口，2为壳体，3为CPU模块，4为载板，5为输入输出接口板，6为以太网口，7为图像采集模块支架，8为工业相机，9为相机支架，10为相机通信接口，11为LED光源支架，12为把手，13为LED光源，14为有机玻璃板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
如图1-图4所示，一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，该装置由包装机提供的触发信号作为图像采集信号，包括壳体2，壳体2内安装有控制器和图像采集模块，控制器连接工控机，所述图像采集模块包括工业相机，当控制器接收到触发信号时进行光源曝光、工业相机触发拍照、图像上传至控制器、图像处理、处理结果输出操作，当连续缺陷包数小于三包时，缺陷烟包将在指定的位置进行剔除，当大于等于三包时包装机将会停车并提醒排查包装机机械结构故障。
控制器包括图像采集模块接口1、CPU模块3、载板4、输入输出接口板5和以太网口6，图像采集模块接口1和以太网接口6焊接于载板4上，CPU模块3和输入输出接口板5安装在载板4上后，通过螺钉进行紧固，最后将载板安装进壳体2中，通过螺钉将所有壳体连接成一体。
CPU模块3用于操作系统和图像处理软件的运行。控制器通过网口与工控机相连，工控机用于人机界面的运行，用户可以通过工控机观察系统的运行状态和修改系统的运行参数。载板4由CPU模块正常运行的基本电路、单片机电路、输入输出电路、光源电路等组成。单片机电路主要用于与上位机通信、执行上位机下达的命令、上传系统的运行状态等。输入电路用于接收包装机控制柜发送的触发信号，单片机接收到触发信号后进行光源开启与图像采集。输出电路用于将上位机的图像处理结果传送至包装机控制器。光源控制电路为LED光源提供恒流源，保证LED光源的亮度始终保持在设定值。
当控制器接收到包装机控制柜的触发信号时，控制工业相机进行拍照操作。工业相机拍照完成后将图像上传至CPU模块，CPU模块对拍摄的图像进行相应处理。灰度化处理有利于提高后续处理的速度。图5a为原始图像，图5b为灰度化处理后的图像。
图像采集模块包括图像采集模块支架7、工业相机8、相机支架9、相机通信接口10、LED 光源支架11、把手12、LED光源13和有机玻璃板14；
LED光源通过螺钉固定于LED光源支架上，LED光源支架通过螺钉固定在壳体上，相机通过螺钉固定于相机支架上，相机支架通过螺钉固定在壳体上，相机通信接口、有机玻璃板、图像采集模块支架和把手固定于壳体上。
一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测方法，采用如上所述的基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，对烟支缺支、烟丝或滤嘴缺失、卷纸破损缺陷检测时：
首先选择图像当中的感兴趣区域，进行N分割以后，对每一小块进行灰度化处理及均值计算，计算完成后的值与原图像相应值对比得到灰度差异值；
得到的灰度差异值与设定的阈值进行比较，当灰度差异值大于设定阈值时则判断烟包存在缺陷；
对于烟包的商标缺失及商标错位缺陷，首先选择图像中的感兴趣区域，进行灰度化、垂直投影处理，得到投影曲线，由投影曲线确定商标位置，当商标位置超出设定的范围则认为当前烟包存在缺陷。
对于烟支缺支、烟丝或滤嘴缺失、卷纸破损等缺陷检测时，首先在兴趣区域内划分多个检测单元格，计算采集到的图像与标准模板图像的对应检测单元格的平均灰度差异，取最大值作为该感兴趣区域的灰度差异值，其计算如式(1)所示：
Δ(A，B)＝max1≤i≤k|A(i)-B(i)| (1)
其中，Δ(A，B)为待匹配烟包图像的灰度差异最大值，B(i)为模板烟包第i的单元格的像素平均灰度值，A(i)为待匹配烟包图像第i的单元格的像素平均灰度值，k为感兴趣区域划分的检测单元格个数，根据式(1)可计算出被测烟包与模板烟包之间的灰度差异最大值。计算结果越大时，表明两者之间的灰度差异越大，计算结果越小，表明两者之间的灰度差异越小。当灰度差异最大值超过设定的阈值时，则认为烟包有缺陷。
对于商标缺失及商标错位缺陷，首先对兴趣区域内图像进行逐列扫描，将每一列的各像素灰度值进行相加后取平均值，使得二维函数转化为一维函数，计算如式(2)：
其中，f(xi，yj)为坐标点(xi，yj)的灰度值，N为感兴趣区域的高度(单位为像素)，f(xi) 为垂直投影后xi点的灰度值。函数f(xi)的波谷位置xb对应商标的位置，当xb的值在设定区域内时认为无缺陷，反之有缺陷。最后将相似性处理和垂直投影处理后的综合结果发送给包装机控制柜完成本次烟包烟支检测。
图6a、6b、6c、6d为相似度值低于设定阈值。其中图6a为烟丝端爆口缺陷，图6b为滤嘴缺失缺陷，图6c为烟丝端缺失缺陷，图6d为缺支缺陷。
图7a、7b为正常烟支的商标垂直投影曲线，其波谷位置在120附近，设定其允许波动范围为110～130，当测试结果超过这个范围时认为烟支的商标有缺陷。图8a商标向左偏移，进行垂直位置处理时找到的波谷为99，超过设定范围，认为商标有缺陷。图8b缺少商标，在进行垂直位置处理时没有找到明显的波谷位置，认为商标有缺陷。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，该装置由包装机提供的触发信号作为图像采集信号，其特征在于，包括壳体，壳体内安装有控制器和图像采集模块，控制器连接工控机，所述图像采集模块包括工业相机，当控制器接收到触发信号时进行光源曝光、工业相机触发拍照、图像上传至控制器、图像处理、处理结果输出操作，当连续缺陷包数小于三包时，缺陷烟包将在指定的位置进行剔除，当大于等于三包时包装机将会停车并提醒排查包装机机械结构故障。
2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，其特征在于，所述控制器包括图像采集模块接口、CPU模块、载板、输入输出接口板和以太网口，图像采集模块接口和以太网接口焊接于载板上，CPU模块和输入输出接口板安装在载板上后，通过螺钉进行紧固，最后将载板安装进壳体中，通过螺钉将所有壳体连接成一体。
3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，其特征在于，所述图像采集模块包括图像采集模块支架、工业相机、相机支架、相机通信接口、LED光源支架、把手、LED光源和有机玻璃板；
LED光源通过螺钉固定于LED光源支架上，LED光源支架通过螺钉固定在壳体上，相机通过螺钉固定于相机支架上，相机支架通过螺钉固定在壳体上，相机通信接口、有机玻璃板、图像采集模块支架和把手固定于壳体上。
4.一种基于机器视觉技术的电子烟烟支检测方法，采用如权利要求1-3任一所述的基于机器视觉技术的电子烟烟支检测装置，其特征在于，对烟支缺支、烟丝或滤嘴缺失、卷纸破损缺陷检测时：
首先选择图像当中的感兴趣区域，进行N分割以后，对每一小块进行灰度化处理及均值计算，计算完成后的值与原图像相应值对比得到灰度差异值；
得到的灰度差异值与设定的阈值进行比较，当灰度差异值大于设定阈值时则判断烟包存在缺陷；
对于烟包的商标缺失及商标错位缺陷，首先选择图像中的感兴趣区域，进行灰度化、垂直投影处理，得到投影曲线，由投影曲线确定商标位置，当商标位置超出设定的范围则认为当前烟包存在缺陷。
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