CN110953985B - 一种卷接机接装纸的图像检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于卷接机接装纸的图像检测系统，本发明包括：图像传感器、控制器、工控机、卷接机构成，控制器根据卷接机提供的烟支同步信号产生图像传感器中相机和光源的触发信号给图像传感器，图像传感器采集烟支图像，并将烟支图像传送到工控机进行分析处理计算出烟支接装纸的长度，对超差烟支给控制器发出剔除信号。本发明可以在线检测每一支烟的接装纸长度，将长度超过允差的烟支剔除。
Description
技术领域
本发明属于烟草技术领域，尤其涉及一种卷接机接装纸的图像检测系统。
背景技术
烟支接装纸长度是重要的外观质量指标。卷接机运行速度快，每秒需要检测约100至200只烟支的接装纸长度，高速非接触测量，机器视觉是首选。在卷接机烟支运行路径中，经过最终分切后才能开始检测接装纸长度，至剔除鼓轮止，在这个路径中，过渡鼓轮上方有空间并且能同时拍摄到内外排烟支，可以获取切口位置和接装位置，可获得的信息量最大，是测量接装纸长度最理想的位置。该位置空间仍然有限，只有通过特殊的光路设计才能解决安装空间的问题，我们采用直角三棱镜将光路转折，使得传感器呈管状与鼓轮平行布局，传感器巧妙地将相机、镜头、光源集成在一体，不仅解决了安装空间的问题也解决了防尘问题。利用图像携带的大量信息，不仅可以测量出每支烟的接装纸长度，还可以利用时间轴将切口和接装位置轨迹计算出来，根据轨迹的变化及其规律判断出切刀和接装纸纸路运行的状况。
现有技术方案中有利用机器视觉在在导出鼓轮处斜拍烟支接装纸从而计算长度。该法只能抽样检测30％左右的烟支，斜拍对安装位置及其敏感难以调校，在导出鼓轮处拍照不能判断误差方向。该方法无法100％剔除超差烟支。
根据已有文献和对兄弟单位了解。现有接装纸纠偏技术主要有三类：
第一类是通过加装张力检测及控制机构保证接装纸张力，如张力配重法，张力传感器法等。该方法可以在一定程度上提高接装纸张力的稳定性，减少接装纸错长短的可能性。由于不能获取烟支接装纸长度，所以无法判断超差烟支。
第二类是加装光电纠偏系统，自动调节导轨。接装纸错长短产生的主要原因并非因为导轨不居中中造成的，将诸多的影响因素通过调节导轨来解决，可能将本来居中的导轨调整至偏离中心。由于不能获取烟支接装纸长度，所以无法判断超差烟支。
第三类是图像检测法。根据文献，有方案在导出鼓轮处斜拍烟支接装纸从而计算长度。该法只能抽样检测30％左右的烟支，斜拍对安装位置及其敏感难以调校，在导出鼓轮处拍照不能判断误差方向。该方法无法100％剔除超差烟支。
本发明的主要目的是彻底杜绝接装纸不合格烟支流入下道工序，同时便于操作人员快速调整设备，减少超差烟支产生的可能性降低消耗。本发明通过100％的在线测量每一支烟的接装纸长度，将超差烟支剔除使其不会流入下道工序，同时通过实时动态导轨标尺引导操作人员快速准确的调校导轨，并根据切口及接装位置轨迹分析相关设备部件运行状况，有异常及时提醒操作人员处理。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提出了一种卷接机接装纸的图像检测系统。
本发明系统的技术方案为一种卷接机接装纸的图像检测系统，其特征在于，包括：工控机、图像传感器、控制器、卷接机构成；所述的工控机、图像传感器、控制器构成依次通过有线方式连接；所述图像传感器由相机、镜头、光源、直角三棱镜构成；所述控制器与所述卷接机连接；
作为优选，所述相机采用工业面阵相机，并采用千兆网接口与所述工控机连接；
作为优选，所述直角三棱镜将光路转折90度；
作为优选，所述光源直接安装在底板上，所述底板的底部安装高透视窗，使得传感器结构紧凑；
作为优选，所述图像传感器可以和鼓轮平行布局，视窗的中心正对于切口，横截面尺寸50mm*50mm；
作为优选，所述控制器与所述工控机通过USB接口连接，一路光源电源输出口驱动频闪灯，与所述卷接机连接以接受烟丝烟支同步信号，并给所述相机提供触发信号，将剔除信号传输至所述卷接机。
本发明方法的技术方案为一种卷接机接装纸的图像检测方法，其特征在于：
所述控制器采集所述卷接机的烟丝烟支同步信号，并向所述图像传感器的相机传输触发信号以采集烟支图像，所述图像传感器将采集的信号传输至所述工控机；所述工控机识别出内外排烟支的切口位置以及内外排烟支接装纸的搭接位置，并计算内外排烟支接装纸长度，根据设定的允差发出剔除指令至工控机，由工控机将剔除指令传输至所述控制器，所述控制器产生剔除信号并传输至所述卷接机；
所述工控机识别出内外排烟支的切口位置，具体为：
第n对烟图像使用边沿查找算法根据烟支接装纸与切口部分灰度差异找到烟支的切口位置；
其中，Xn1为第n对烟图像中内排烟支切口边缘线，反应的是内排烟支的切口位置；
其中，Xn2为第n对烟图像中外排烟支切口边缘线，反应的是外排烟支的切口位置；
所述工控机识别内外排烟支接装纸的搭接位置，具体为：
使用边沿查找算法根据接装纸与卷烟纸部分灰度区别找到接装纸的搭接位置；
其中，Xn0为第n对烟图像中内排烟支接装纸边缘线，反应的是内排烟支接装纸的搭接位置；
其中，Xn3为第n对烟图像中外排烟支接装纸边缘线，反应的是外排烟支接装纸的搭接位置；
所述工控机计算内外排烟支接装纸长度，具体为：
内排烟支接装纸长度为：
Dn1＝Xn1-Xn0
外排烟支接装纸长度为：
Dn2＝Xn3-Xn2
所述工控机根据设定的允差发出剔除信号，具体为：
计算烟支接装纸长度误差为：
dn＝|Dn2-Dn1|/2
其中，ε为设定的允差；
如果dn>ε，由工控机将剔除指令传输至所述控制器，所述控制器产生剔除信号并传输至所述卷接机。
本发明优点在于：
高速、精确、非接触的烟支接装纸长度紧凑系统，在线100％全检，具备超差剔除功能。
传感器结构紧凑、中防尘等级高、维护保养简单，可以安装在灰度大空间小的卷接机。
体系结构简单，充分利用卷接机自带的工控机、人机接口和剔除系统，和卷接机原装系统融为一体。
附图说明
图1：本发明系统框图。
图2：图像传感器侧视图。
图3：图像传感器俯视图。
图4：第n对烟支图像的内外排烟支切口及搭载位置示意图。
图5：第n对烟支图像的内外排烟支接装纸长度示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明系统框图，一种卷接机接装纸的图像检测系统，其特征在于，包括：工控机、图像传感器、控制器、卷接机构成；
所述的工控机、图像传感器、控制器构成依次通过有线方式连接；
如图2和图3所示，所述图像传感器由相机、镜头、光源、直角三棱镜构成；所述控制器与所述卷接机连接；所述相机采用工业面阵相机，并采用千兆网接口与所述工控机连接；所述直角三棱镜将光路转折90度；所述光源直接安装在底板上，所述底板的底部安装高透视窗，使得传感器结构紧凑；所述图像传感器可以和鼓轮平行布局，视窗的中心正对于切口，横截面尺寸50mm*50mm。
所述控制器与所述工控机通过USB接口连接，一路光源电源输出口驱动频闪灯，与所述卷接机连接以接受烟丝烟支同步信号，并给所述相机提供触发信号，将剔除信号传输至所述卷接机。
所述卷接机选型为：YJ17卷接机。
所述工控机选型为：YJ17卷接机自带的工控机。
所述相机选型为：BFS-PGE-16S2M-CS。
所述镜头选型为：FL-CC0614A-2M。
所述光源选型为：LED条光。
所述直角三棱镜选型为：40(mm)*40(mm)*25(mm)。
所述控制器选型为：STM32F429与FPGA LCMXO2-400的组合。
下面结合图1至图5，介绍本发明的具体实施方式为一种卷接机接装纸的图像检测方法，具体为：
所述控制器采集所述卷接机的烟丝烟支同步信号，并向所述图像传感器的相机传输触发信号以采集烟支图像，所述图像传感器将采集的信号传输至所述工控机；所述工控机识别出内外排烟支的切口位置以及内外排烟支接装纸的搭接位置，并计算内外排烟支接装纸长度，根据设定的允差发出剔除指令至工控机，由工控机将剔除指令传输至所述控制器，所述控制器产生剔除信号并传输至所述卷接机；
所述工控机识别出内外排烟支的切口位置，如图4所示，具体为：
第n对烟图像使用边沿查找算法根据烟支接装纸与切口部分灰度差异找到烟支的切口位置；
其中，Xn1为第n对烟图像中内排烟支切口边缘线，反应的是内排烟支的切口位置；
其中，Xn2为第n对烟图像中外排烟支切口边缘线，反应的是外排烟支的切口位置；
所述工控机识别内外排烟支接装纸的搭接位置，如图5所示，具体为：
使用边沿查找算法根据接装纸与卷烟纸部分灰度区别找到接装纸的搭接位置；
其中，Xn0为第n对烟图像中内排烟支接装纸边缘线，反应的是内排烟支接装纸的搭接位置；
其中，Xn3为第n对烟图像中外排烟支接装纸边缘线，反应的是外排烟支接装纸的搭接位置；
所述工控机计算内外排烟支接装纸长度，具体为：
内排烟支接装纸长度为：
Dn1＝Xn1-Xn0
外排烟支接装纸长度为：
Dn2＝Xn3-Xn2
所述工控机根据设定的允差发出剔除信号，具体为：
计算烟支接装纸长度误差为：
dn＝|Dn2-Dn1|/2
其中，ε＝0.50mm为设定的允差；
如果dn>ε，由工控机将剔除指令传输至所述控制器，所述控制器产生剔除信号并传输至所述卷接机。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (1)
1.一种基于卷接机接装纸的图像检测系统的图像检测方法，其特征在于，
所述卷接机接装纸的图像检测系统包括：工控机、图像传感器、控制器、卷接机构成；所述的工控机、图像传感器、控制器构成依次通过有线方式连接；所述图像传感器由相机、镜头、光源、直角三棱镜构成；所述控制器与所述卷接机连接；
所述相机采用工业面阵相机，并采用千兆网接口与所述工控机连接；所述直角三棱镜将光路转折90度；所述光源直接安装在底板上，所述底板的底部安装高透视窗，使得传感器结构紧凑；所述图像传感器和鼓轮平行布局，视窗的中心正对于切口，横截面尺寸50mm*50mm；所述控制器与所述工控机通过USB接口连接，一路光源电源输出口驱动频闪灯，与所述卷接机连接以接受烟丝烟支同步信号，并给所述相机提供触发信号，将剔除信号传输至所述卷接机；
所述图像检测方法具体步骤如下：
所述控制器采集所述卷接机的烟丝烟支同步信号，并向所述图像传感器的相机传输触发信号以采集烟支图像，所述图像传感器将采集的信号传输至所述工控机；所述工控机识别出内外排烟支的切口位置以及内外排烟支接装纸的搭接位置，并计算内外排烟支接装纸长度，根据设定的允差发出剔除指令至工控机，由工控机将剔除指令传输至所述控制器，所述控制器产生剔除信号并传输至所述卷接机；
所述工控机识别出内外排烟支的切口位置，具体为：
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