CN112557415A - 卷烟质检装置、卷烟质量控制设备 - Google Patents

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Abstract

一种卷烟质检装置，属于卷烟质量控制领域。它包括卷烟识别线标识器和卷烟识别线图像采集器，卷烟识别线标识器包括条形光束发生器，条形光束发生器用于条形光束，条形光束照射在卷烟表面形成发出平行于卷烟轴线的条形卷烟识别线，卷烟识别线图像采集器用于采集带条形卷烟识别线的卷烟图像。它采集的条形卷烟识别线图像的质检误差小。一种卷烟质量控制设备，包括识别触发装置、质检装置和不合格卷烟剔除装置。它可以提高卷烟的质检效率。

Description

卷烟质检装置、卷烟质量控制设备
技术领域
本发明涉及卷烟质量控制领域，具体涉及一种卷烟质检装置、一种卷烟质量控制设备。
背景技术
低温不燃烧卷烟是一种新型卷烟产品，使用时，利用加热设备低温烘烤卷烟，使卷烟的温度控制在“既不发生燃烧，又能释放烟支中的尼古丁及芳香物质”的范围内。在卷烟不燃烧时，其释放的有毒有害物质种类、含量就较少。
一种低温不燃烧卷烟包括过滤段、隔热段和烟支段，在制造低温不燃烧烟的过程中，需要烟皮连接过滤段和隔热段、隔热段和烟支段，并在过滤段与隔热段之间、隔热段与烟支段之间预留空腔。低温不燃烧卷烟的特殊结构造成其卷制难度大，卷烟表面易出现褶皱、翘边等形变缺陷。当前，烟厂主要采用人工识别的方式质检低温不燃烧卷烟，并剔除存在缺陷的卷烟。
专利文献CN209624433U记载了一种烟嘴表面缺陷视觉检测系统，包括全反射棱镜、工业相机、工控机、光源；全反射棱镜的底面与水平面的夹角为45°，全反射棱镜固定在卷烟机中烟支的上方，其底面朝向烟支；工业相机固定在全反射棱镜的一侧，工业相机的镜头朝向全反射棱镜的底面；工业相机连接工控机；光源固定在卷烟机中烟支的侧上方。它是通过条状光源照射卷烟的圆柱表面，工业相机采集卷烟的被照射面的图像，通过圆柱表面的光强差异识别卷烟的被照射面的缺陷的。由于光强差异的可识别性差，所以其实现难度大。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种适于检测控制卷烟的产品的卷烟质检装置。
本发明的第二目的是提供一种卷烟质量控制设备，它的构造适用于质检卷烟。
本发明是这样实现的：
一种卷烟质检装置，包括卷烟识别线标识器和卷烟识别线图像采集器，所述卷烟识别线标识器包括条形光束发生器，所述条形光束发生器用于发出条形光束，所述条形光束照射在卷烟表面形成平行于卷烟轴线的条形卷烟识别线，所述卷烟识别线图像采集器用于采集带条形卷烟识别线的卷烟图像。
优选的，所述卷烟识别线图像采集器包括条形感光元件，所述条形感光元件平行于所述条形卷烟识别线设置。
优选的，所述条形光束发生器的光轴与所述条形感光元件的光轴设有15°～25°的夹角。
进一步的，所述条形光束发生器的光轴与所述条形感光元件的光轴设有20°的夹角。
进一步的，所述条形光束发生器的光轴、所述条形感光元件的光轴和卷烟轴线共面设置。
优选的，所述条形光束生发器与卷烟之间设有用于转换一条光束为多条光束的分光栅，所述分光栅的栅条缝隙平行于卷烟轴线设置。
优选的，所述卷烟识别线图像采集器还包括变焦镜头。
优选的，所述条形感光元件为线阵式CCD感光元件。
优选的，还包括用于清洁所述卷烟识别线标识器与卷烟之间光路及卷烟与所述条形感光元件之间光路的光路清洁器。
进一步的，所述光路清洁器包括吸尘风机，所述吸尘风机吸入的气流行经所述卷烟识别线标识器与卷烟之间和卷烟与所述条形感光元件之间；或者，所述光路清洁器包括吹尘风机，所述吹尘风机吹出的气流行经所述卷烟识别线标识器与卷烟之间和卷烟与所述条形感光元件之间；或者，所述光路清洁器包括镜头清洁刷和清洁机构，所述清洁机构用于带动所述镜头清洁刷清洁所述条形光束发生器或所述卷烟识别线图像采集器。
一种卷烟质量控制设备，包括识别触发装置、质检装置和不合格卷烟剔除装置；所述识别触发装置用于输出识别信号；所述质检装置用于响应识别信号，识别卷烟是否合格；所述不合格卷烟剔除装置用于分离合格卷烟与不合格卷烟。
本发明的有益效果包括：
1.卷烟识别线图像采集器采集到条形卷烟识别线图像后，与人工识别或图像识别设备配合，若条形卷烟识别线的条形存在变形，则可以确定卷烟表面易出现褶皱、翘边等形变缺陷，进而确定卷烟为合格卷烟，若条形卷烟识别线的条形为条形，则可以确定卷烟为合格卷烟。
2.条形感光元件感测的条形反射光不存在曲率变形，这样采集的条形卷烟识别线图像的质检误差小，且易于识别烟的缺陷。
3.条形光束发生器的光轴与条形感光元件的光轴设有15°～25°的夹角，若条形光束发生器的光轴、条形感光元件的光轴和卷烟轴线共面设置，这个范围内的卷烟识别线的一端与另一端相比变形较小；若条形光束发生器的光轴、条形感光元件的光轴均垂直于卷烟轴线设置，与能够发出多条条形卷烟识别线的条形光束发生器相配合，这个范围内质检的卷烟的侧面约在155°～165°之间，质检效率较高。
4.所述条形光束发生器的光轴、所述条形感光元件的光轴和卷烟轴线共面设置时，与能够发出多条条形卷烟识别线的条形光束发生器相配合，质检的卷烟的侧面接近于180°。
5.通过选择光栅数量，可以使激光平行光栅光源发生器发出合适宽度和合适数量的条形卷烟识别线。
6.卷烟识别线图像采集器还包括变焦镜头后，卷烟识别线图像采集器与卷烟的距离可以根据需要设置，安装较为方便。
7.带有光路清洁器的卷烟质检装置非常适于工厂等生产环境。
8.卷烟质量控制设备包括识别触发装置、质检装置和不合格卷烟剔除装置后，其装载带有图像识别软件的计算机可读介质后，可以提高卷烟的质检效率。
附图说明
图1为一种本发明的卷烟质量控制设备安装在卷烟生产设备上的俯视图。
图2为一种本发明的卷烟质检装置与卷烟生产设备的输送鼓轮的结构示意图。
图3为图2的左视图。
图4为又一种本发明的卷烟质检装置与卷烟生产设备的输送鼓轮的结构示意图。
附图标记说明：11-第一鼓轮输送装置，12-第一卷烟转移装置，13-第二鼓轮输送装置，14-第二卷烟转移装置，15-第三鼓轮输送装置，151-输送鼓轮，152-限位环，16-第三卷烟转移装置，17-合格卷烟输送装置，18-卷烟，201-第一质检装置，202-第二质检装置，21-条形光束发生器，22-卷烟识别线图像采集器，23-光路清洁器，31-第一不合格卷烟剔除装置，32-第一废品收集桶，33-第二不合格卷烟剔除装置，34-第二废品收集桶，41-光电开关，42-反射镜面。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。
实施例1：本发明的卷烟质检装置，用于识别卷烟18的外观是否存在褶皱、翘边等形变缺陷。参见图2-3，它包括卷烟识别线标识器和卷烟识别线图像采集器22。参见图4，根据需要，卷烟质检装置还可以包括用于清洁卷烟识别线标识器与卷烟之间光路、卷烟与条形感光元件之间光路的光路清洁器。应当明白，光路清洁器是根据清洁卷烟识别线标识器与卷烟之间光路是否影响卷烟18识别效果、卷烟与条形感光元件之间光路是否影响卷烟18识别效果的需要而设置的，即使设置光路清洁器，其可能也不需要清洁一条完整的光路。
其中，卷烟识别线标识器用于在卷烟的表面上设置一条或多条卷烟识别线，卷烟识别线平行于卷烟的轴线。卷烟识别线标识器包括条形光束发生器21，条形光束发生器21用于发出条形光束，条形光束照射在卷烟表面形成平行于卷烟18轴线的条形卷烟识别线，条形光束发生器21发出的条形光束照射在卷烟18上时，会在卷烟18上显示出一条条形光带，该条形光带平行于卷烟18的轴线，当条形光带的光强、色彩或其它能够被卷烟识别线图像采集器识别出的特征中的一种区别于卷烟18时，就会形成一条卷烟识别线。
其中，卷烟识别线图像采集器22用于采集带条形卷烟识别线的卷烟图像。卷烟识别线图像采集器22包括感光元件，感光元件最好采用条形感光元件，条形感光元件平行于条形卷烟识别线设置。一般的，感光元件有条形的、圆形的，圆形的感光元件采集长条图案时，距离较近时感测的长条图案的外轮廓存在曲率变形，但条形的感光元件的延伸方向与长条图案的延伸方向相同时，其感测的长条图案的外轮廓变形较小。
由于卷烟18的外表面为曲面，所以条形光束发生器21的光轴、条形感光元件的光轴和卷烟18轴线最好共面设置，这样，一次识别的卷烟18的外表面为半个圆柱面。
本实施例中，条形光束发生器21的光轴与条形感光元件的光轴设有20°的夹角。条形光束发生器21的光轴与条形感光元件的光轴夹角可以设置在15°～25°的范围内，这个范围内的卷烟识别线的一端与另一端相比变形较小。当然，条形光束发生器21的光轴与条形感光元件的光轴夹角还可以设置在0°～90°的范围中的某一角度。
其中，条形光束生发器21与卷烟之间设有用于转换一条光束为多条光束的分光栅，分光栅的栅条缝隙平行于卷烟轴线设置。条形光束生发器21可以选择激光平行光栅光源发生器，光栅的狭缝平行于卷烟18的轴线设置。激光平行光栅光源发生器的光栅就属于分光栅。激光平行光栅光源发生器发出的激光波长选择405nm。
其中，卷烟识别线图像采集器22还可以包括变焦镜头。
其中，条形感光元件可以选择线阵式CCD感光元件。线阵式CCD感光元件的线条平行于卷烟18的轴线设置。
一般的，条形光束生发器21的镜头外表面容易粘附灰尘、卷烟识别线图像采集器22的镜头外表面容易粘附灰尘，影响卷烟18识别效果。因此，光路清洁器23可以包括吸尘风机，吸尘风机吸入的气流行经卷烟识别线标识器21与卷烟18之间和卷烟18与条形感光元件之间；或者，光路清洁器23可以包括吹尘风机，吹尘风机吹出的气流行经卷烟识别线标识器21与卷烟18之间和卷烟18与条形感光元件之间；或者，光路清洁器可以包括镜头清洁刷和清洁机构，清洁机构用于带动镜头清洁刷清洁条形光束发生器21的镜头或卷烟识别线图像采集器22的镜头，当然，光路清洁器可以设置两个，以分别清洁条形光束发生器21的镜头、卷烟识别线图像采集器22的镜头。清洁机构可以包括摆动输出驱动部和摆杆，摆杆与摆动输出驱动部的输出部固定连接，镜头清洁刷安装在摆杆上。摆动输出驱动部可以是电动机、角行程气缸。
实施例2：一种卷烟质量控制设备，包括识别触发装置、质检装置和不合格卷烟剔除装置。当然，卷烟质量控制设备还可以包括控制处理模块。
参见图1，卷烟质量控制设备可以安装在卷烟生产设备上，比如卷烟接装机。
其中，识别触发装置用于输出识别信号。一般的，卷烟生产设备具有卷烟输送装置、烟识别触发装置。所以，卷烟质量控制设备的识别触发装置可以由卷烟生产设备提供。
图1示出的一种卷烟生产设备包括第一鼓轮输送装置11、第一卷烟转移装置12、第二鼓轮输送装置13、第二卷烟转移装置14、第三鼓轮输送装置15、第三卷烟转移装置16和卷烟输送装置17。在第一鼓轮输送装置11的旋转轴上设置圆柱式或棱柱式反射镜面，在第一鼓轮输送装置11的卷烟输送工位的另一侧设置光电开关41，当光电开关41与反射镜面42之间存在卷烟时，光电开关41的光接收器与反射镜面42之间的光路被阻断，当光电开关41与反射镜面42之间存在卷烟时，光电开关41的光接收器与反射镜面42之间的光路是畅通的。
光电开关41与反射镜面42就构成一种识别触发装置。此外，卷烟接装机还可以输出同步轮信号，同步轮信号就是一种识别信号。在其它实施例中，识别触发装置还可以是限位开关；或者，识别触发装置还可以是压感开关。
其中，质检装置用于响应识别信号，识别卷烟是否合格。质检装置使用前述的卷烟质检装置。由于一套质检装置仅能识别卷烟的半个侧面，因此，在图1中采用了两套质检装置，分别为第一质检装置201、第二质检装置202。若需要使卷烟识别线在卷烟的侧面完整体现，参见图1-4，以第三鼓轮输送装置为例，输送鼓轮151周向侧方的限位环152最好采用透明材料制作，比如亚克力板。
其中，不合格卷烟剔除装置用于分离合格卷烟与不合格卷烟。不合格卷烟剔除装置可以包括用于抓取不合格卷烟的机械手；或者，不合格卷烟剔除装置可以包括用于推出不合格卷烟的推杆机构，不合格卷烟的推杆机构将卷烟从合格低温燃烧卷烟中推出，或将卷烟推出低温燃烧卷烟输送装置的输送位上。参见图1，在输送鼓轮的质检工位后方的不合格卷烟剔除工位处，在输送鼓轮下方的卷烟支撑板上设有漏烟孔，并设置漏烟孔开合闸门，漏烟孔开合闸门与闸门开合机构的输出部固定连接，这样，闸门开合机构可以带动漏烟孔开合闸门打开或关闭漏烟孔开合闸门，在漏烟孔开合闸门处于打开状态时，低温燃烧卷烟就可以从漏烟孔漏下。
若卷烟质量控制设备包括有控制处理模块，识别触发装置的输出端与控制处理模块的输入端电连接，控制处理模块与质检装置的输入端及输出端对应电连接，控制处理模块的输出端还与不合格卷烟剔除装置的驱动器对应电连接。
控制处理模块可以采用工控机，也可以采用PLC、微控制器。
一般的，为使质检装置识别卷烟是否合格，一般的，质检装置的控制处理器还连接有存储有图像识别程序的计算机可读介质。当然，存储有图像识别程序的计算机可读介质也可以连接在控制处理模块的控制处理器上。
一种图像识别程序可以是先处理图像，得到图像中的卷烟识别线的轮廓，一条卷烟识别线的轮廓对应有两条线条，通过直线检测算法确定卷烟识别线的轮廓线条是否存在弯曲形变，若卷烟识别线的轮廓线条存在弯曲形变，则弯曲形变处对应的卷烟位置存在质量缺陷。
又一种图像识别程序可以是：使用卷烟质检装置获取完好的卷烟的带有卷烟识别线的图像，作为基准模板。将采集的其它卷烟的带有卷烟识别线的图像与基准模板进行对比，若存在可识别的区别点，则区别点处对应的卷烟位置存在质量缺陷。
对于第二种方法，它包括以下步骤：
步骤1，使用同样的分割方式分别切割基准模板、待测图像为n个点；由于采用同一设备采集带条形卷烟识别线的卷烟图像，所以基准模板与待测图像的大小、方向是一致的。
步骤2，计算基准模板中的特定点t(r,c)与待测图像中的特定点i(r,c)的归一化相关量的相似度ncc(r,c)。
Figure BDA0002830899960000061
式(1)中，n表示基准模板中的点数，R表示基准模板的域(ROI)，Mt是基准模板的平均灰度值，st 2是基准模板中灰度值的方差；mi(r,c)是模板所有点的位置(r,c)处图像的平均灰度值(即模板点的偏移向量(r,c))；si 2(r,c)是在模板所有点上位置(r,c)处图像的灰度值的方差。
ncc(r,c)基准模板和待测图像在特定点(r,c)的对应程度，它的取值介于-1和1之间。相关的绝对值越大，模板与图像之间的对应程度就越大。ncc(r,c)＝1表示图像中的灰度值是模板中灰度值的线性变换：i(r+u,c+v)＝a×t(u,v)+b。
步骤3，输出ncc(r,c)≤Z的点，Z为缺陷阈值，-1≤Z＜1。ncc(r,c)≤Z的点就是该卷烟表面存在形变缺陷的点。
本发明的卷烟质检装置还可以应用在质检其它圆柱状物的外观形变缺陷上。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明的发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。

Claims (10)

1.一种卷烟质检装置，其特征在于，包括卷烟识别线标识器和卷烟识别线图像采集器，所述卷烟识别线标识器包括条形光束发生器，所述条形光束发生器用于发出条形光束，所述条形光束照射在卷烟表面形成平行于卷烟轴线的条形卷烟识别线，所述卷烟识别线图像采集器用于采集带条形卷烟识别线的卷烟图像。
2.如权利要求1所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述卷烟识别线图像采集器包括条形感光元件，所述条形感光元件平行于所述条形卷烟识别线设置。
3.如权利要求1所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述条形光束发生器的光轴与所述条形感光元件的光轴设有15°～25°的夹角。
4.如权利要求3所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述条形光束发生器的光轴与所述条形感光元件的光轴设有20°的夹角。
5.如权利要求1-4中任一项所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述条形光束发生器的光轴、所述条形感光元件的光轴和卷烟轴线共面设置。
6.如权利要求1所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述条形光束生发器与卷烟之间设有用于转换一条光束为多条光束的的分光栅，所述分光栅的栅条缝隙平行于卷烟轴线设置。
7.如权利要求1所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述卷烟识别线图像采集器还包括变焦镜头。
8.如权利要求1所述的卷烟质检装置，其特征在于，还包括用于清洁所述卷烟识别线标识器与卷烟之间光路及卷烟与所述条形感光元件之间光路的光路清洁器。
9.如权利要求8所述的卷烟质检装置，其特征在于，所述光路清洁器包括吸尘风机，所述吸尘风机吸入的气流行经所述卷烟识别线标识器与卷烟之间和卷烟与所述条形感光元件之间；或者，所述光路清洁器包括吹尘风机，所述吹尘风机吹出的气流行经所述卷烟识别线标识器与卷烟之间和卷烟与所述条形感光元件之间；或者，所述光路清洁器包括镜头清洁刷和清洁机构，所述清洁机构用于带动所述镜头清洁刷清洁所述条形光束发生器或所述卷烟识别线图像采集器。
10.一种卷烟质量控制设备，包括识别触发装置、质检装置和不合格卷烟剔除装置；所述识别触发装置用于输出识别信号；所述质检装置用于响应识别信号，识别卷烟是否合格；所述不合格卷烟剔除装置用于分离合格卷烟与不合格卷烟；其特征在于，所述质检装置为如权利要求1-9任一项所述的卷烟质检装置。
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