CN115178479A - 一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置及方法，特征是：该装置包括雪茄进样系统、滚筒落料系统、雪茄采样平台、雪茄贮存系统、图像采集检测系统以及控制系统。其方法是利用采样平台中的两个转辊的同向转动带动雪茄样品旋转，通过CCD工业相机拍摄雪茄烟表面图像并通过计算机图像处理系统进行图像处理拼接获得雪茄表面全景图像，对雪茄图像进行杂点杂色检测判别、计算雪茄长度宽度信息，识别出缺陷雪茄和合格雪茄，最后通过控制系统控制两转辊的转向及转速，将缺陷雪茄和合格雪茄推送至不同的存放箱中。本发明的最大特点是可以利用机器视觉技术对雪茄工业中生产出的缺陷雪茄和正常雪茄进行快速准确的无损识别与分装，全程自动化。

Description

一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置和方法
技术领域
本发明属于烟草加工领域，具体是一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置和方法。
背景技术
雪茄烟是我国烟草制品的重要组成，是定位高端的烟草消费品，雪茄烟相关技术的发展对于我国烟草产品消费市场的转型升级具有重要的意义。目前雪茄消费的主要种类有手卷雪茄、机制雪茄和半机制雪茄等。其中手卷雪茄属于人力技术密集型产品，且产品定位高端，对雪茄原材料要求很高，半机制雪茄和机制雪茄对原材料要求较高。雪茄主要包含茄衣、茄套和茄芯三种由雪茄烟叶制成的部分，其中雪茄茄衣的质量要求主要集中在烟叶的外观质量和包裹特性，雪茄茄套的质量要求主要集中在烟叶包裹特性和燃烧特性，而茄芯烟叶是雪茄烟风味和吃味的主要来源，对感官质量的要求较高。雪茄外部特征完全由雪茄茄衣体现出来，茄衣是雪茄视觉美感的主要体现部分，优质高端的雪茄往往拥有完美美观的雪茄茄衣。雪茄茄衣主要包括雪茄的质地、颜色和形貌特点，好的雪茄茄衣在触觉上往往是紧密松软的，外观上没有不均匀或烟皮的褶皱、压痕、松垮等。由于极高的经济价值，对于优质雪茄茄衣的追求是不遗余力的。 在标准《GB15269.3-2011》中，特别规定了雪茄烟包装、卷制和贮存的技术要求，其中，对于烟支外观的要求包括了中心轴线的最大偏移量、切口斜面高低差、指环、脉纹、折痕、病斑、污痕、缝口、洞眼、脱皮、破碎、周长等一系列的外观参数。这些标准目前主要由人力完成，受人为因素影响较大且效率较低。
公开号CN113624772A的专利申请公开了一种输送带间停托举回转式雪茄烟外观检测装置，该装置在雪茄烟传送输送过程中，通过夹持的方法将雪茄烟托举至一组面阵相机中对雪茄进行无死角拍照来获得雪茄茄衣的外貌，进而对雪茄茄衣质量进行评价。但该发明由于夹持夹具限制难免有一些死角未能拍摄到。
发明内容
本发明针对现行装置存在的问题，提出一种基于机器视觉的缺陷雪茄检测分装装置与方法，本发明可以利用机器视觉技术对雪茄工业中生产出的缺陷雪茄和正常雪茄进行快速准确的无损识别与分装。本发明提出一种单相机拍摄跟随辊柱旋转的雪茄的手段，利用全景图像拼接等机器视觉技术，获得雪茄的全景图像并对雪茄的外貌进行评估，分析鉴别缺陷雪茄与正常雪茄，并将两者分装。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，包括雪茄进样系统、滚筒落料系统、雪茄采样平台、雪茄贮存系统、图像采集检测系统以及控制系统；
所述滚筒落料系统设置在雪茄进样系统的下方，包括由电机驱动的滚筒、设置在滚筒圆周上呈均布的V形雪茄卡槽以及倾斜设置的落料滑面构成，V形雪茄卡槽一侧固接在滚筒上，另一侧与落料滑面抵接，V形雪茄卡槽的开口方向与滚筒转动方向相反，可使得滚筒在旋转过程中V形雪茄卡槽中的雪茄样品自由下落至落料滑面上；
所述雪茄采样平台由两个并排水平设置的转辊构成，两转辊分别由各自的转辊电机驱动，转辊的旋转方向及转速均由转辊电机控制；由两转辊形成的采样平台设置在落料滑面落料端的侧下方；
所述雪茄贮存系统包括对应设置在两转辊两侧的缺陷雪茄存放箱、正常雪茄存放箱；
所述图像采集检测系统包括设置在雪茄采样平台上方的相机以及与相机相连的计算机及图像处理系统和数据传输线；
所述控制系统分别与上述各系统（包括采样平台）中的电动器件相连接。
所述雪茄进样系统包括雪茄放置匣、落料槽以及设置在匣中的三个斜板形成“之”字形下落通道，落料槽开设在雪茄放置匣的一侧底部并通过挡板控制，挡板的开合由隔板电机控制。
所述相机为CCD工业相机。
所述落料滑面的倾斜角度≤30°。
所述滚筒直径为50-100cm，V形雪茄卡槽根据滚筒直径安装8-16个。
所述雪茄采样平台中的转辊直径为3-6cm，转辊上均设有橡胶套。
在缺陷雪茄存放箱、正常雪茄存放箱中均设有用于降低雪茄下落高度的倾斜式落茄板。
本发明利用上述装置进行雪茄烟支外观质量检测分选方法，是利用采样平台中的两个转辊的同向转动带动雪茄样品旋转，通过CCD工业相机拍摄雪茄烟表面图像并通过计算机图像处理系统进行图像处理拼接获得雪茄表面全景图像，对雪茄图像进行杂点杂色检测判别、计算雪茄长度宽度信息，识别出缺陷雪茄和合格雪茄，最后通过控制系统控制两转辊的转向及转速，将缺陷雪茄和合格雪茄推送至不同的存放箱中。
所述检测分选方法的具体步骤如下：
1）打开CCD工业相机，将雪茄装入雪茄放置匣中；
2）打开滚筒电机，控制第一、二转辊同向转动；
3）控制系统调控一定频率通过挡板电机打开推板，雪茄通过雪茄放置匣的落料槽落入滚筒落料系统的卡槽中，挡板复位；
4）雪茄落料系统的V形卡槽随滚筒的转动角度变化，在转动至下方某角度时，雪茄落入雪茄采样平台上；
5）CCD相机开始采集图像，雪茄在采样平台上随着转辊转动至少720°，同时CCD相机采集10帧图像并传输进计算机中经图像处理系统进行处理；
6）图像处理系统最终识别雪茄是否为缺陷雪茄，并将结果传输给控制系统，若结果为缺陷雪茄，控制系统将控制缺陷雪茄存放箱对侧的转辊转速快于另一侧转辊转速，将雪茄推入缺陷雪茄贮存箱中，正常雪茄同理。
之后按步骤3）至6）循环往复。
更具体的说，所述雪茄进样系统的雪茄放置匣为一方形匣，作为进样贮存装置，长度略长于雪茄，宽度与雪茄宽度一致；落料槽开在雪茄放置匣的下部一侧，落料槽比雪茄长度略长，供雪茄在此落下至滚筒落料系统的雪茄卡槽；所述斜板放置在雪茄放置匣中，三个斜板按‘之‘字形排列，最下层斜板下端与落料槽对接；雪茄挡板设置在雪茄放置匣落料槽处，可以受挡板电机按一定频率控制开启和关闭每次使单支雪茄落下；
进一步，所述滚筒落料系统的滚筒为一直径在50cm-100cm的圆柱形滚筒，表面每隔一定距离分布V形雪茄卡槽，根据滚筒直径大小放置8-16个为宜，所述雪茄卡槽为V形的板条，材质可为塑料或钢材，卡槽V形开口方向与滚筒转动方向相反；所述滚筒电机控制滚筒转动至一定角度雪茄卡槽的雪茄落在落料滑面上，所述落料滑面的角度不能大于30°，下端位于两转辊侧上方；
进一步，所述雪茄采样平台中的两转辊上套装有橡胶套；两转辊并排水平邻近放置，转辊直径约为3-6cm；分别由转辊电机控制转辊的转动，两转辊同向转动时采集雪茄图像，两转辊反向外旋时可利用两者速度差使雪茄落入不同的存放箱；
进一步，所述雪茄贮存系统的缺陷雪茄存放箱和正常雪茄存放箱分别设置在采样平台的两侧；所述缺陷雪茄存放箱和正常雪茄存放箱中均设有斜置的落茄板，雪茄落在落茄板上可滚入雪茄存放箱，用以降低雪茄下落的高度。
进一步，所述图像采集检测系统的CCD工业相机位于两转辊正上方20-50cm左右，在雪茄落在采集平台后受到控制指令开始采集雪茄表面图像，在雪茄转动过程中采集10帧左右包含雪茄所有表面的图像，将雪茄图像输送入计算机中；图像处理系统能够对雪茄表面图像进行图像拼接，获得雪茄的全景图像，并且实现对雪茄全景图像的二值化、去噪、增强、边缘检测，裁出雪茄图像，对雪茄图像进行杂点杂色检测判别，计算雪茄的长度宽度等信息，将缺陷雪茄判别结果传输给控制系统，控制系统可以控制转辊的转向及转速进而将雪茄送至相应的存放箱中。
本发明的主要特征是设置一种非夹持的雪茄表面图像采集平台，利用两根表面粗糙辊柱的同向转动带动雪茄旋转，方便CCD工业相机拍出雪茄烟表面的全景图像，同时在图像处理系统的指令下，辊柱反向外旋把雪茄推出，控制两辊柱的相对转速可以实现缺陷雪茄和正常雪茄分装在不同的雪茄存放箱中。
本发明的最大特点是可以利用机器视觉技术对雪茄工业中生产出的缺陷雪茄和正常雪茄进行快速准确的无损识别与分装，全程自动化。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图，
图中：1-雪茄放置匣，2-落料槽，3-第一斜板，4-第二斜板，5-第三斜板，6-档板，7-滚筒，8-卡槽，9-落料滑面，10-滚筒电机，11-第一转辊，12-第二转辊，13-第一转辊电机，14第二转辊电机，15-缺陷雪茄存放箱，16-正常雪茄存放箱，17-落茄板，18-CCD工业相机，19-计算机，20-数据传输线。
具体实施方式
本发明以下结合附图做进一步描述：
如图1所示：一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，包括雪茄进样系统、滚筒落料系统、雪茄采样平台、雪茄贮存系统、图像采集检测系统以及控制系统；
所述滚筒落料系统设置在雪茄进样系统的下方，包括由电机10驱动的滚筒7、设置在滚筒圆周上呈均布的V形雪茄卡槽8以及倾斜（倾斜角度小于30°）设置的落料滑面9构成，V形雪茄卡槽8一侧固接在滚筒7上，另一侧与落料滑面9抵接，V形雪茄卡槽8的开口方向与滚筒7转动方向相反，可使得滚筒7在旋转过程中V形雪茄卡槽8中的雪茄样品自由下落至落料滑面9上；
所述雪茄采样平台由两个并排水平设置的转辊（即第一转辊11，第二转辊12）构成，两转辊分别由各自的转辊电机（即第一转辊电机13，第二转辊电机14）驱动，转辊的旋转方向及转速均由转辊电机控制；由两转辊形成的采样平台设置在落料滑面9落料端的侧下方；
所述雪茄贮存系统包括对应设置在两转辊两侧的缺陷雪茄存放箱、正常雪茄存放箱；
所述图像采集检测系统包括设置在雪茄采样平台上方的CCD工业相机18以及与相机相连的计算机19及图像处理系统和数据传输线20；
所述控制系统分别与上述各系统中的电动器件相连接。
所述雪茄进样系统包括雪茄放置匣1、落料槽2以及设置在匣中的三个斜板（3、4、5）形成“之”字形下落通道，落料槽3开设在雪茄放置匣1的一侧底部并通过挡板6控制，挡板的开合由档板电机控制。
所述滚筒7直径为50-100cm，V形雪茄卡槽8根据滚筒直径安装8-16个。
所述雪茄采样平台中的转辊（11、12）直径为3-6cm，转辊上均设有橡胶套。
在缺陷雪茄存放箱15、正常雪茄存放箱16中均设有用于降低雪茄下落高度的倾斜式落茄板17。
本发明利用上述装置进行雪茄烟支外观质量检测分选方法，是利用采样平台中的两个转辊（11、12）的同向转动带动雪茄样品旋转，通过CCD工业相机18拍摄雪茄烟表面图像并通过计算机图像处理系统进行图像处理拼接获得雪茄表面全景图像，对雪茄图像进行杂点杂色检测判别、计算雪茄长度宽度信息，识别出缺陷雪茄和合格雪茄，最后通过控制系统控制两转辊的转向及转速，将缺陷雪茄和合格雪茄推送至不同的存放箱中。
利用上述装置进行缺陷雪茄检测分选方法的具体步骤如下：
1）打开CCD工业相机18，将雪茄装入雪茄放置匣1中；
2）打开滚筒电机10，控制第一、二转辊同向转动；
3）计算机控制系统按一定频率调控档板电机打开挡板，雪茄通过雪茄放置匣的落料槽2落入滚筒落料系统的卡槽8中，档板复位；
4）雪茄落料系统的V形卡槽8随滚筒7的转动角度变化，在转动至下方某角度时，雪茄落入雪茄采集平台上；
5）CCD相机18开始采集图像，雪茄在雪茄图像采集平台上随着转辊转动至少720°，同时CCD相机采集10帧图像并传输进计算机中供图像处理系统处理；
6）图像处理系统识别雪茄是否为缺陷雪茄，并将结果传输给计算机控制系统，若结果为缺陷雪茄，控制系统将控制缺陷雪茄存放箱对侧的转辊转速快于另一侧的转速，将雪茄推入缺陷雪茄存放箱中，正常雪茄同理。
循环重复3）-6）步骤，直到完成预定检测雪茄数量。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：包括雪茄进样系统、滚筒落料系统、雪茄采样平台、雪茄贮存系统、图像采集检测系统以及控制系统；
所述滚筒落料系统设置在雪茄进样系统的下方，包括由电机驱动的滚筒、设置在滚筒圆周上呈均布的V形雪茄卡槽以及倾斜设置的落料滑面构成，V形雪茄卡槽一侧固接在滚筒上，另一侧与落料滑面抵接，V形雪茄卡槽的开口方向与滚筒转动方向相反，可使得滚筒在旋转过程中V形雪茄卡槽中的雪茄样品自由下落至落料滑面上；
所述雪茄采样平台由两个并排水平设置的转辊构成，两转辊分别由各自的转辊电机驱动，转辊的旋转方向及转速均由转辊电机控制；由两转辊形成的采样平台设置在落料滑面落料端的侧下方；
所述雪茄贮存系统包括对应设置在两转辊两侧的缺陷雪茄存放箱、正常雪茄存放箱；
所述图像采集检测系统包括设置在雪茄采样平台上方的相机以及与相机相连的计算机及图像处理系统和数据传输线；
所述控制系统分别与上述各系统中的电动器件相连接。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：所述雪茄进样系统包括雪茄放置匣、落料槽以及设置在匣中的三个斜板形成“之”字形下落通道，落料槽开设在雪茄放置匣的一侧底部并通过挡板控制，挡板的开合由挡板电机控制。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：所述相机为CCD工业相机。
4.根据权利要求1或3所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：所述相机位于两转辊正上方20-50cm处。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：所述落料滑面的倾斜角度≤30°。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：所述滚筒直径为50-100cm，V形雪茄卡槽根据滚筒直径安装8-16个。
7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：所述雪茄采样平台中的转辊直径为3-6cm，转辊上均设有橡胶套。
8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的雪茄烟支外观质量检测分选装置，其特征在于：在缺陷雪茄存放箱、正常雪茄存放箱中均设有用于降低雪茄下落高度的倾斜式落茄板。
9.一种利用权利要求1-8所述装置进行雪茄烟支外观质量检测分选方法，其特征在于：通过滚筒落料系统中滚筒的旋转，使落至滚筒上V形卡槽中的雪茄逐一经过落料滑面滑落至采样平台上，利用采样平台中的两个转辊的同向转动带动雪茄样品旋转，通过CCD工业相机拍摄雪茄烟表面图像并通过计算机图像处理系统进行图像处理拼接获得雪茄表面全景图像，对雪茄图像进行杂点杂色检测判别、计算雪茄长度宽度信息，识别出缺陷雪茄和合格雪茄，最后通过控制系统指令控制两转辊的转向及转速，将缺陷雪茄和合格雪茄推送至不同的存放箱中。
10.根据权利要求9所述的检测分选方法，其特征在于：具体步骤如下：
1）打开CCD工业相机，将雪茄装入雪茄贮存匣中；
2）打开滚筒电机，控制第一、二转辊同向转动；
3）控制系统调控一定频率通过挡板电机打开推板，雪茄通过雪茄贮存匣的落料槽落入滚筒落料系统的卡槽中，挡板复位；
4）雪茄落料系统的V形卡槽随滚筒的转动角度变化，在转动至下方某角度时，雪茄会落入雪茄采集平台上；
5）CCD相机开始采集图像，雪茄在雪茄采集平台上随着转辊转动至少720°，同时CCD相机采集10帧图像并传输进计算机中经图像处理系统进行处理；
6）图像处理系统最终识别雪茄是否为缺陷雪茄，并将结果传输给控制系统，若结果为缺陷雪茄，控制系统将控制缺陷雪茄存放箱对侧的转辊转速快于另一侧转辊转速，将雪茄推入缺陷雪茄贮存箱中，正常雪茄同理。
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