CN111096473A - 一种卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测装置及方法，属于机器视觉技术领域。本发明装置包括图像采集模块、控制模块和触摸显示屏；图像采集模块与控制模块经USB通信连接，控制模块与触摸显示屏经以太网通信连接；本方法将图像采集模块固定在原FLO烟支检测器滤嘴光电检测传感器处，方便现场安装调试；图像采集模块通过可调节安装板固定，使得图像采集模块相对检测鼓轮距离可调，检测头相对烟支滤嘴端面距离全方位可调，保证了良好的检测效果；同时，光源分立镜头两侧，成30°倾角两侧打光，使得待测烟支滤嘴端面补光更均匀成像更清晰，提高了测试精度；采用多种算法对图像数据进行处理，提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测装置及方法。
背景技术
随着烟草行业的不断发展，很多烟厂已推出带有凹陷图案的滤嘴香烟，以满足广大消费者对于香烟口感、吸味等品质的渴求。在这种滤嘴香烟的生产过程中，会出现滤嘴凹陷图案不完整、污损等情况造成烟支质量不合格，流入市场会导致消费者抱怨，降低品牌的满意度。如果在卷接机上烟支刚卷制完成时对滤嘴进行质量检测并剔除，防止滤嘴缺陷烟支进入包装环节，必将降低原辅材料消耗，提升香烟品质。
目前，卷接机上标配的FLO烟支检测器只能检测普通滤嘴的有无、无法检测滤嘴凹陷图案的完整性。卷烟厂在生产带凹陷图案的滤嘴烟支时，原机组上的滤嘴检测功能失效，只能依靠人工观察的方法进行抽检，这样既增加了工人的工作量又不能保证整体质量。因此，在卷接机原FLO烟支检测器滤嘴光电传感器处采用机器视觉技术检测烟支滤嘴的有无、凹陷图案的完整性，将不合格烟支单支剔除是一个较好的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测装置及方法，解决现有的滤嘴烟支生产中存在的问题，杜绝不合格烟支流入包装环节，减少原辅材料消耗，降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，包括图像采集模块、控制模块和触摸显示屏；图像采集模块与控制模块经USB通信连接，控制模块与触摸显示屏经以太网通信连接；
图像采集模块，固定于原FLO烟支检测器光电传感器位置处，被配置为用于采集滤嘴端面的图像并进行初步处理后传送给控制模块，它既负责补光，又负责图像采集；
控制模块，被配置为用于通过图像处理技术对图像采集模块采集的图像进行处理并判断烟支滤嘴的图案是否完整、是否存在污损缺陷，根据判断结果向CIS烟支质量检测系统发送剔除信号；
触摸显示器，被配置为用于显示运行信息及进行参数设置。
优选地，所述图像采集模块主要由检测头和调节安装板组成，检测头固定在调节安装板上，正对烟支滤嘴的端面进行图像采集；调节安装板固定在FLO烟支检测器机体上。
优选地，所述检测头主要由光源、工业相机、光源支架和光学镜头组成；光学镜头与烟支滤嘴的端面垂直安装，检测头拍摄到的是单支烟的滤嘴端面的正面图像；光源支架与光学镜头的底座一体化设计；光源固定在光源支架的光源安装面上，光源支架的光源安装面分立在光学镜头的左右两侧，且与垂直面成30°倾角设计，光学镜头的中心与光源支架的中心对齐；工业相机为板级工业相机，安装在光学镜头与光学镜头的底座之间；工业相机拍摄的是待测烟支滤嘴经两侧光源补光后的端面图像。
优选地，调节安装板上设置有长圆形通孔计，调节安装板由螺钉固定在FLO烟支检测器机身滑轨内。
优选地，光源支架采用消光染黑处理，防止反光干扰工业相机采集图像信号。
优选地，光学镜头的中间圆形通孔为光学镜头采集图像的预留空间，使得待测烟支滤嘴端面补光成像均匀清晰。
优选地，所述光源为LED阵列，光源前部加装有扩散板。
优选地，所述控制模块主要由工控板、接口板及壳体组成；工控板和接口板分布在壳体内，工控板和接口板通过线路连接。
优选地，所述工控板采用COM Express模块；所述接口板用于工控板的外围扩展，主要包括单片机、DCP/MCP脉冲采集电路、图像采集组件通讯接口和卷接机组控制柜通讯接口；单片机和图像采集组件通讯接口分别通过线路与工控板连接，DCP/MCP脉冲采集电路和卷接机组控制柜通讯接口分别通过线路与单片机连接，卷接机组控制柜通讯接口通过线路与CIS烟支质量检测系统连接，DCP/MCP脉冲采集电路通过线路连接有DCP/MCP光电开关。
此外，本发明还提到一种卷接机烟支滤嘴缺陷检测方法，该方法采用如上所述的一种卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，具体包括如下步骤：
步骤1：使DCP/MCP脉冲采集电路输出的DCP信号和MCP信号与卷接机相位同步，采用MCP脉冲的10分频信号触发控制图像采集模块中的检测头打开光源、采集卷接机烟支滤嘴端面图像；
步骤2：图像采集模块对采集到的滤嘴端面图像进行初步处理后将图像传输给控制模块；
步骤3：控制模块对获取的滤嘴端面图像数据进行兴趣区域的选择，即进行灰度化、二值化、腐蚀及膨胀处理；灰度化与二值化处理是将烟支滤嘴凹陷图案与周围白色的滤嘴端面进行区分；腐蚀及膨胀处理是消除经过二值化处理后的图像中的小噪点；
步骤4：查找并绘制凹陷图案轮廓；
步骤5：计算出轮廓面积即凹陷图案的像素数量；
若像素数量低于设置阀值，则判断当前烟支滤嘴凹陷图案存在缺陷；控制模块根据分析结果将判定信号与MCP的10分频信号进行异或作为接口板的输出信号发送给CIS烟支质量检测系统，由CIS烟支质量检测系统控制剔除阀在剔除点将不合格烟支剔除，由卷接机的人机交互系统进行烟支滤嘴缺陷数量统计。
本发明所带来的有益技术效果：
1、本发明的烟支滤嘴在线检测装置，采用机器视觉技术对烟支进行在线检测，检测准确度高，而原FLO烟支检测器无带凹陷图案滤嘴缺陷检测功能，因原FLO烟支检测器带的滤嘴传感器为光电传感器，只能检测普通滤嘴的有无，如果检测带凹陷图案滤嘴，光电滤嘴传感器会误判误检；
2、本发明的烟支滤嘴在线检测装置，将图像采集模块固定在原FLO烟支检测器滤嘴光电传感器位置处，无需对机组结构进行改动，方便现场安装调试，不会对操作人员的正常操作造成影响；
3、本发明的烟支滤嘴在线检测装置，光源支架集成光源安装面与光学镜头通孔一体化设计；光源安装面分立光学镜头通孔左右两侧，且与垂直面成30°倾角设计，使得待测烟支滤嘴端面补光更均匀成像更清晰，提高了测试精度；
4、本发明的卷接机烟支滤嘴在线检测装置，通过设计可调节安装板，使得图像采集模块相对检测鼓轮距离可调，检测头相对待检测烟支滤嘴端面距离全方位可调，良好的结构设计保证了良好的检测效果；
5、本发明的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，检测结果信号送入CIS烟支质量检测系统，由烟支质量检测系统控制剔除阀将滤嘴缺陷烟支剔除，并由卷接机组的人机交互系统进行滤嘴缺陷烟支数量统计，与卷接机组融为一体，有别于机组上的外挂检测器。
6、本发明的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，可以仅对FLO烟支检测器的滤嘴光电传感器进行替换，进行局部改造，又可将FLO烟支检测器整体升级改造。
附图说明
图1为本发明实施例卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测装置的原理框图。
图2为本发明实施例图像采集模块的安装示意图。
图3为本发明实施例图像采集模块检测头的内部结构示意图。
图4为本发明实施例DCP、MCP、光源及相机触发信号的时序关系图。
图5为本发明实施例烟支滤嘴缺陷图像处理效果图。
其中，101-图像采集模块；102-控制模块；103-触摸显示屏。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，本实施例提供一种基于机器视觉技术的卷接机烟支滤嘴在线检测装置，包括图像采集模块101、控制模块102和触摸显示屏103。图像采集模块101负责通过工业相机采集烟支滤嘴端面图像并进行初步处理后传送给控制模块102，其既负责补光，又负责图像采集，主要由检测头和调节安装板组成；其中检测头主要由光源、CMOS工业相机、光学镜头及光源支架等元件组成。控制模块102通过图像处理技术对图像采集模块101采集的图像进行处理并判断烟支滤嘴凹陷图案是否完整，根据判断结果向CIS烟支质量检测系统发送相应信号；触摸显示器103用于显示系统运行信息及进行参数设置，主要由12.1寸带触摸屏的彩色液晶屏、接口板等组成。采用全金属壳体，前面板符合IP65防护等级。图像采集模块101与控制模块102经USB通信连接，控制模块102与触摸显示屏103经以太网通信连接。
如图2所示，本实施例提供一种基于机器视觉技术的卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测装置，图像采集模块101固定于原FLO烟支检测器光电传感器位置处，图像采集模块的可调节安装板采用长圆形通孔设计，图像采集模块的相机镜头位置上下可调。可调节安装板由螺钉固定在FLO烟支检测器机身滑轨内，相机镜头位置左右可调。通过在可调节安装板上加工圆弧型通孔，使得图像采集模块的相机镜头角度可微调。图像采集模块检测头相对待检测烟支滤嘴端面距离全方位可调，良好的结构设计保证了良好的检测效果。
如图3所示，本实施例提供一种基于机器视觉技术的烟支滤嘴缺陷在线检测装置，所述检测头主要由光源、工业相机、光源支架和光学镜头组成；光学镜头与烟支滤嘴的端面垂直安装，检测头拍摄到的是单支烟的滤嘴端面的正面图像；光源支架与光学镜头的底座一体化设计；光源固定在光源支架的光源安装面上，光源支架的光源安装面分立在光学镜头的左右两侧，且与垂直面成30°倾角设计，光学镜头的中心与光源支架的中心对齐；工业相机为板级工业相机，安装在光学镜头与光学镜头的底座之间；工业相机拍摄的是待测烟支滤嘴经两侧光源补光后的端面图像。光源支架采用消光染黑处理，防止反光干扰工业相机采集图像信号。光学镜头的中间的圆形通孔为光学镜头采集图像的预留空间，使得待测烟支滤嘴端面补光成像均匀清晰。
如图4所示，本实施例滤嘴接装机MAX的DCP信号、MCP信号及图像采集模块光源及相机触发信号的时序图。接口控制板采集到MCP信号后，将MCP信号10分频信号作为相机采集图像及光源打开的触发信号，通过调节10分频信号上升沿相对DCP信号上升沿的延迟时间，保证在滤嘴端面正对相机镜头时拍照，接口控制板的输出信号由MCP的10分频信号与经过一定延迟的判定信号异或组成，确保滤嘴缺陷烟支被准确剔除。如果滤嘴没有缺陷，判定信号为低电平，如果滤嘴存在缺陷，判定信号为5个MCP周期宽度的脉冲信号。
如图5所示，本实施例还提供一种基于机器视觉技术的卷接机烟支滤嘴缺陷在线检测方法，MCP脉冲的10分频信号每触发一次控制图像采集模块中的检测头，同时打开光源，采集卷接机烟支滤嘴端面图像，图像采集模块101对采集到的滤嘴端面图像进行初步处理后将图像传输给控制模块102，先对获取的图像数据进行兴趣区域的选择，之后依次进行查找轮廓、绘制轮廓、计算像素数量，若像素数量低于设置阀值、则判断当前烟支滤嘴凹陷图案存在缺陷；控制模块102根据分析结果将相应信号发送给CIS烟支质量检测系统，由烟支质量检测系统控制剔除阀在剔除点将不合格烟支剔除。
综上，本实施例的烟支滤嘴在线检测装置及方法，将图像采集模块固定在原FLO烟支检测器滤嘴光电检测传感器处，只需对FLO烟支检测传感器机体稍作改造，无需改动原机组结构，方便现场安装调试，不会对操作人员的正常操作造成影响；图像采集模块通过可调节安装板固定，使得图像采集模块相对检测鼓轮距离可调，检测头相对烟支滤嘴端面距离全方位可调，良好的结构设计保证了良好的检测效果；同时，光源分立镜头两侧，成30°倾角两侧打光，使得待测烟支滤嘴端面补光更均匀成像更清晰，提高了测试精度；引入滤嘴接装机MAX的DCP和MCP信号，取得速度同步和细分相位，采用多种算法对图像数据进行处理，提高了检测精度。
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 (10)
1.一种卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：包括图像采集模块、控制模块和触摸显示屏；图像采集模块与控制模块经USB通信连接，控制模块与触摸显示屏经以太网通信连接；
图像采集模块，固定于原FLO烟支检测器光电传感器位置处，被配置为用于采集滤嘴端面的图像并进行初步处理后传送给控制模块，它既负责补光，又负责图像采集；控制模块，被配置为用于通过图像处理技术对图像采集模块采集的图像进行处理并判断烟支滤嘴的图案是否完整、是否存在污损缺陷，根据判断结果向CIS烟支质量检测系统发送剔除信号；
触摸显示器，被配置为用于显示运行信息及进行参数设置。
2.根据权利要求1所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：所述图像采集模块主要由检测头和调节安装板组成，检测头固定在调节安装板上，正对烟支滤嘴的端面进行图像采集；调节安装板固定在FLO烟支检测器机体上。
3.根据权利要求2所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：所述检测头主要由光源、工业相机、光源支架和光学镜头组成；光学镜头与烟支滤嘴的端面垂直安装，检测头拍摄到的是单支烟的滤嘴端面的正面图像；光源支架与光学镜头的底座一体化设计；光源固定在光源支架的光源安装面上，光源支架的光源安装面分立在光学镜头的左右两侧，且与垂直面成30°倾角设计，光学镜头的中心与光源支架的中心对齐；工业相机为板级工业相机，安装在光学镜头与光学镜头的底座之间；工业相机拍摄的是待测烟支滤嘴经两侧光源补光后的端面图像。
4.根据权利要求2所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：调节安装板上设置有长圆形通孔计，调节安装板由螺钉固定在FLO烟支检测器机身滑轨内。
5.根据权利要求3所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：光源支架采用消光染黑处理，防止反光干扰工业相机采集图像信号。
6.根据权利要求3所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：光学镜头的中间圆形通孔为光学镜头采集图像的预留空间，使得待测烟支滤嘴端面补光成像均匀清晰。
7.根据权利要求3所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：所述光源为LED阵列，光源前部加装有扩散板。
8.根据权利要求1所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：所述控制模块主要由工控板、接口板及壳体组成；工控板和接口板分布在壳体内，工控板和接口板通过线路连接。
9.根据权利要求8所述的卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，其特征在于：所述工控板采用COM Express模块；所述接口板用于工控板的外围扩展，主要包括单片机、DCP/MCP脉冲采集电路、图像采集组件通讯接口和卷接机组控制柜通讯接口；单片机和图像采集组件通讯接口分别通过线路与工控板连接，DCP/MCP脉冲采集电路和卷接机组控制柜通讯接口分别通过线路与单片机连接，卷接机组控制柜通讯接口通过线路与CIS烟支质量检测系统连接，DCP/MCP脉冲采集电路通过线路连接有DCP/MCP光电开关。
10.一种卷接机烟支滤嘴缺陷检测方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种卷接机烟支滤嘴缺陷检测装置，具体包括如下步骤：
步骤1：使DCP/MCP脉冲采集电路输出的DCP信号和MCP信号与卷接机相位同步，采用MCP脉冲的10分频信号触发控制图像采集模块中的检测头打开光源、采集卷接机烟支滤嘴端面图像；
步骤2：图像采集模块对采集到的滤嘴端面图像进行初步处理后将图像传输给控制模块；
步骤3：控制模块对获取的滤嘴端面图像数据进行兴趣区域的选择，即进行灰度化、二值化、腐蚀及膨胀处理；灰度化与二值化处理是将烟支滤嘴凹陷图案与周围白色的滤嘴端面进行区分；腐蚀及膨胀处理是消除经过二值化处理后的图像中的小噪点；
步骤4：查找并绘制凹陷图案轮廓；
步骤5：计算出轮廓面积即凹陷图案的像素数量；
若像素数量低于设置阀值，则判断当前烟支滤嘴凹陷图案存在缺陷；控制模块根据分析结果将判定信号与MCP的10分频信号进行异或作为接口板的输出信号发送给CIS烟支质量检测系统，由CIS烟支质量检测系统控制剔除阀在剔除点将不合格烟支剔除。
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