CN116834095A - 一种切丝机磨刀火花视觉监测装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟草切丝机的技术领域，更具体地，涉及一种切丝机磨刀火花视觉监测装置及其控制方法，本发明通过分析火花状态从而判断磨刀状态，视觉分析系统和控制系统配合可将磨刀状态调至最优，视觉分析系统实时监控切削火花数量，控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮及刀辊进给量，避免了切削过量或者切削不足的情况，有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性，解决了现有技术中刀辊和砂轮的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

Description

一种切丝机磨刀火花视觉监测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及烟草切丝机的技术领域，更具体地，涉及一种切丝机磨刀火花视觉监测装置及其控制方法。

背景技术

切丝机是生产卷烟的重要设备之一，在烟草工业高质量发展的要求下，切丝机的切丝质量被投入了更多关注，对切丝机生产时的磨刀效果也提出了更高要求。生产运行过程中，原有切丝机是通过人眼观察火花量来手动调整刀和砂轮的进给量，造成磨刀质量差异，导致切梗丝厚度不均匀，不稳定。

现有技术公开了一种切丝机刀辊系统的刀片进给机构与磨刀系统，进给机构在刀辊旋转中给刀片提供均匀连续的进给量，磨刀系统位于刀辊前面其作用是对旋转的刀片进行连续磨削，以保证刀口锋利。安装在滑动砂轮架上的磨刀砂轮沿着刀辊转动轴线平行的方向作往复运动，砂轮随同磨刀支架运行到一端时沿刀辊方向自动进给一次。

现有技术中的进给机构与磨刀系统会随着刀辊的运转自动进给，但是该进给机构与磨刀系统的进给量只能通过操作工基于经验人工预先设定，不能随着生产的实际情况自动调节，造成磨刀质量差异，导致切梗丝厚度不均匀，存在刀辊和砂轮的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中刀辊和砂轮的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的不足，提供一种切丝机磨刀火花视觉监测装置及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，安装于切丝机，所述切丝机内设有用于切烟丝的刀辊和径向设于所述刀辊旁的砂轮，所述刀辊环绕设有若干刀片，所述砂轮可沿着所述刀辊转动轴线平行的方向作往复运动对所述刀片进行磨削，监测装置包括检测部、视觉分析系统和控制系统，所述检测部用于捕捉砂轮与刀辊之间的火花状态并采集到所述视觉分析系统，所述视觉分析系统根据火花状态分析磨刀状态并发送至所述控制系统，所述控制系统根据所述磨刀状态调节所述刀辊和砂轮的进给量。

本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，由于刀辊环绕设有若干刀片，将砂轮径向设置在刀辊旁，砂轮可以沿着所述刀辊转动轴线平行的方向作往复运动对所述刀片进行磨削产生火花；检测部用于捕捉砂轮与刀辊之间的火花状态并采集到所述视觉分析系统，视觉分析系统根据火花状态分析磨刀状态，辅助判定切削的磨刀状态是否符合工艺要求，所述控制系统根据所述磨刀状态调节所述刀辊和砂轮的进给量；本发明通过分析火花状态从而判断磨刀状态，视觉分析系统和控制系统配合可将磨刀状态调至最优，视觉分析系统实时监控切削火花数量，控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮及刀辊进给量，避免了切削过量或者切削不足的情况，有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性，解决了现有技术中刀辊和砂轮的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

进一步地，所述检测部可与所述砂轮同步运动。设置检测部可与所述砂轮同步运动，保证检测部每一次采集的图像不会因为检测部与砂轮之间的距离产生偏差。

进一步地，所述检测部和所述砂轮均安装于磨刀支架，所述磨刀支架在所述检测部和所述砂轮之间设有火花观察窗。在磨刀支架上将火花观察窗设置在检测部和所述砂轮之间，起到保护检测部的效果，避免火花与检测部直接接触。

本发明还提供一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，包括以下步骤：S1.启动所述切丝机、刀辊、砂轮、检测部、视觉分析系统和控制系统；

S2.在所述砂轮沿着刀片往复运动的过程中设定若干样本采集点，所述检测部在若干所述样本采集点分别采集火花图像，将若干所述火花图像发送至所述视觉分析系统；

S3.所述视觉分析系统量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，将磨刀状态发送至控制系统；

S4.所述控制系统根据磨刀状态分别调整刀辊和砂轮的进给量。

本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，步骤S1先启动所述切丝机、刀辊、砂轮、检测部、视觉分析系统和控制系统；步骤S2在所述砂轮沿着刀片往复运动的过程中设定若干样本采集点，所述检测部在若干所述样本采集点分别采集火花图像，将若干所述火花图像发送至所述视觉分析系统；步骤S3中视觉分析系统量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，将磨刀状态发送至控制系统；步骤S4中控制系统根据磨刀状态分别调整刀辊和砂轮的进给量；本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法通过在所述砂轮沿着刀片往复运动的过程中设定若干样本采集点，利用检测部在若干所述样本采集点分别采集火花图像，将若干所述火花图像发送至所述视觉分析系统，视觉分析系统通过量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，视觉分析系统将磨刀状态发送至控制系统后控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮及刀辊进给量，避免了切削过量或者切削不足的情况，有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性，解决了现有技术中刀辊和砂轮的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

进一步地，步骤S2中，所述砂轮沿着刀片的两端往复一次作为一个完整的采样周期，若干个样本采集点之间的距离间隔相等，所述检测部每次向视觉分析系统发送一次完整的采样结果。设置砂轮沿着刀片的两端往复一次作为一个完整的采样周期，便于统计采样周期；设置若干个样本采集点之间的距离间隔相等，使样本的数据差异更扁平化；设置检测部每次向视觉分析系统发送一次完整的采样结果，保持样本数量读取的一致性。

进一步地，步骤S3中所述火花量化指标的包括：

1)图像中单体火花的数目；

2)图像中连接的或非常接近的多个所述单体火花形成的火花簇的面积；

3)图像中所述单体火花与火花簇共同形成的飞溅区域的面积；

4)图像中所述单体火花、火花簇及飞溅区域的亮度信息。

进一步地，步骤S3中，所述视觉分析系统综合火花量化指标的数据按值由高到低划分为若干个区间，一个完整的采样周期内一共会得到区间数目的样本采集点数目次方种区间排列组合，每一种所述区间组合反映一种磨刀状态，所述视觉分析系统将得到的区间组合发送至所述控制系统。由于视觉分析系统综合火花量化指标的数据按值由高到低划分为若干个区间，因此一个完整的采样周期内一共会得到区间数目的样本采集点数目次方种的区间排列组合，设置每一种所述区间组合反映一种磨刀状态，视觉分析系统将得到的磨刀状态发送至所述控制系统。

进一步地，所述视觉分析系统对火花量化指标划分数据区间的方式为：基于技术员的经验，人工标识每张图像的火花的数目、面积以及亮度的高低值形成评价标准，所述视觉分析系统根据所述评价标准对每张图像的磨刀状态高低值综合判定对应区间。由于视觉分析系统对火花量化指标划分数据区间需要制定标准，因此通过人工标识每张图像的火花的数目、面积以及亮度的高低值形成评价标准，视觉分析系统根据制定的评价标准对每张图像的磨刀状态高低值综合判定对应区间，保证磨刀状态判定的客观性。

进一步地，用户可以在所述控制系统内自行定义每种区间组合对应的运行状态，全部运行状态包括：

1)刀辊进给增加同时砂轮进给保持；

2)刀辊进给减少同时砂轮进给保持；

3)刀辊进给保持同时砂轮进给增加；

4)刀辊进给保持同时砂轮进给减少；

5)刀辊进给保持同时砂轮进给保持。

进一步地，还包括步骤：S5.所述控制系统执行完步骤S4的指令后，回到步骤S2。设置步骤S5返回执行步骤S2，实现装置实时监测磨刀状态，反复调整砂轮和刀辊的进给量至最优状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，通过分析火花状态从而判断磨刀状态，视觉分析系统和离职系统配合可将磨刀状态调至最优，视觉分析系统实时监控切削火花数量，控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮及刀辊进给量，调整后的磨削情况又通过火花数量统计反馈给系统，从而实现设备对于切削工艺的闭环控制。这样避免了切削过量或者切削不足的情况，从而有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性。

本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，通过在所述砂轮沿着刀片往复运动的过程中设定若干样本采集点，利用检测部在若干所述样本采集点分别采集火花图像，将若干所述火花图像发送至所述视觉分析系统，视觉分析系统通过量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，视觉分析系统将磨刀状态发送至控制系统后控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮及刀辊进给量，避免了切削过量或者切削不足的情况，有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性，解决了现有技术中刀辊和砂轮的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

附图说明

图1为一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的侧视图；

图2为一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的俯视图；

图3为一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法的流程图；

图4为控制部的控制逻辑图。

附图中：1、刀辊；11、刀片；2、砂轮；3、检测部；4、磨刀支架。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

如图1和图2所示为本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的第一实施例。

一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，安装于切丝机，切丝机内设有用于切烟丝的刀辊1和径向设于刀辊1旁的砂轮2，刀辊1环绕设有若干刀片11，砂轮2可沿着刀辊1转动轴线平行的方向作往复运动对刀片11进行磨削，监测装置包括检测部3、视觉分析系统和控制系统，检测部3用于捕捉砂轮2与刀辊1之间的火花状态并采集到视觉分析系统，视觉分析系统根据火花状态分析磨刀状态并发送至控制系统，控制系统根据磨刀状态调节刀辊1和砂轮2的进给量。其中，检测部3可与砂轮2同步运动。其中，检测部3和砂轮2均安装于磨刀支架4，磨刀支架4在检测部3和砂轮2之间设有火花观察窗。

在本实施例中，如图1和图2所示，由于刀辊1环绕设有若干刀片11，将砂轮2径向设置在刀辊1旁，砂轮2可以沿着刀辊1转动轴线平行的方向作往复运动对刀片11进行磨削产生火花；检测部3用于捕捉砂轮2与刀辊1之间的火花状态并采集到视觉分析系统，视觉分析系统根据火花状态分析磨刀状态，辅助判定切削的磨刀状态是否符合工艺要求，控制系统根据磨刀状态调节刀辊1和砂轮2的进给量；本发明通过分析火花状态从而判断磨刀状态，视觉分析系统和控制系统配合可将磨刀状态调至最优，视觉分析系统实时监控切削火花数量，控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮2及刀辊1进给量，避免了切削过量或者切削不足的情况，有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性，解决了现有技术中刀辊1和砂轮2的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

在本实施例中，设置检测部3可与砂轮2同步运动，保证检测部3每一次采集的图像不会因为检测部3与砂轮2之间的距离产生偏差。

在本实施例中，在磨刀支架4上将火花观察窗设置在检测部3和砂轮2之间，起到保护检测部3的效果，避免火花与检测部3直接接触。

此外，在本实施中，检测部3为工业相机。

实施例二

如图1至图4所示为本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法的第一实施例。

S1.启动切丝机、刀辊1、砂轮2、检测部3、视觉分析系统和控制系统；

S2.在砂轮2沿着刀片11往复运动的过程中设定5个样本采集点，检测部3在5个若干样本采集点分别采集火花图像，将5张火花图像发送至视觉分析系统；

S3.视觉分析系统量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，将磨刀状态发送至控制系统；

S4.控制系统根据磨刀状态分别调整刀辊1和砂轮2的进给量；

S5.控制系统执行完步骤S4的指令后，回到步骤S2。

其中，步骤S2中，砂轮2沿着刀片11的两端往复一次作为一个完整的采样周期，5个样本采集点之间的距离间隔相等，检测部3每次向视觉分析系统发送一次完整的采样结果。其中，步骤S3中，视觉分析系统综合火花量化指标的数据按值由高到低划分为3个区间，如果在合理范围内设为0，大于合理范围上限设为1，小于合理范围下限设为-1，一个完整的采样周期内一共会得到35＝243种区间排列组合，每一种区间组合反映一种磨刀状态，视觉分析系统将得到的区间组合发送至控制系统。其中，用户可以在控制系统内自行定义每种区间组合对应的运行状态，全部运行状态包括：

1)刀辊1进给增加同时砂轮2进给保持；

2)刀辊1进给减少同时砂轮2进给保持；

3)刀辊1进给保持同时砂轮2进给增加；

4)刀辊1进给保持同时砂轮2进给减少；

5)刀辊1进给保持同时砂轮2进给保持。

在本实施例中，如图3所述，步骤S1先启动切丝机、刀辊1、砂轮2、检测部3、视觉分析系统和控制系统；步骤S2在砂轮2沿着刀片11往复运动的过程中设定若干样本采集点，检测部3在若干样本采集点分别采集火花图像，将若干火花图像发送至视觉分析系统；步骤S3中视觉分析系统量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，将磨刀状态发送至控制系统；步骤S4中控制系统根据磨刀状态分别调整刀辊1和砂轮2的进给量；本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法通过在砂轮2沿着刀片11往复运动的过程中设定若干样本采集点，利用检测部3在若干样本采集点分别采集火花图像，将若干火花图像发送至视觉分析系统，视觉分析系统通过量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，视觉分析系统将磨刀状态发送至控制系统后控制系统依据磨刀状态及时、自动调整砂轮2及刀辊1进给量，避免了切削过量或者切削不足的情况，有效提升了设备的自动化和智能化水平、数字化，进而提升了产品品质的稳定性，解决了现有技术中刀辊1和砂轮2的进给量不能随着生产的实际情况自动调节的技术问题。

在本实施例中，设置砂轮2沿着刀片11的两端往复一次作为一个完整的采样周期，便于统计采样周期；设置若干个样本采集点之间的距离间隔相等，使样本的数据差异更扁平化；设置检测部3每次向视觉分析系统发送一次完整的采样结果，保持样本数量读取的一致性。

在本实施例中，设置步骤S5返回执行步骤S2，实现装置实时监测磨刀状态，反复调整砂轮2和刀辊1的进给量至最优状态。

此外，在本实施例中，如图4所示，控制部为PLC，启动本装置后，PLC发送新周期信号，接着发送拍照信号至检测部3，检测部3拍照处理后记录数据到当前周期，直到拍照5张图像后控制视觉分析系统利用一个周期数据计算结果，同时PLC继续发送新周期信号，把当前周期数据保存到上一周期后清空当前周期数据，便于对不同周期的数据进行统计比较。

实施例三

本实施例为本发明的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法的第二实施例。

本实施例与实施例二类似，不同之处在于：步骤S3中火花量化指标的包括：

1)图像中单体火花的数目；

2)图像中连接的或非常接近的多个单体火花形成的火花簇的面积；

3)图像中单体火花与火花簇共同形成的飞溅区域的面积；

4)图像中单体火花、火花簇及飞溅区域的亮度信息。

其中，视觉分析系统对火花量化指标划分数据区间的方式为：基于技术员的经验，人工标识每张图像的火花的数目、面积以及亮度的高低值形成评价标准，视觉分析系统根据评价标准对每张图像的磨刀状态高低值综合判定对应区间。

在本实施例中，由于视觉分析系统对火花量化指标划分数据区间需要制定标准，因此通过人工标识每张图像的火花的数目、面积以及亮度的高低值形成评价标准，视觉分析系统根据制定的评价标准对每张图像的磨刀状态高低值综合判定对应区间，保证磨刀状态判定的客观性。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，安装于切丝机，所述切丝机内设有用于切烟丝的刀辊(1)和径向设于所述刀辊(1)旁的砂轮(2)，所述刀辊(1)环绕设有若干刀片(11)，所述砂轮(2)可沿着所述刀辊(1)转动轴线平行的方向作往复运动对所述刀片(11)进行磨削，其特征在于：监测装置包括检测部(3)、视觉分析系统和控制系统，所述检测部(3)用于捕捉砂轮(2)与刀辊(1)之间的火花状态并采集到所述视觉分析系统，所述视觉分析系统根据火花状态分析磨刀状态并发送至所述控制系统，所述控制系统根据所述磨刀状态调节所述刀辊(1)和砂轮(2)的进给量。

2.根据权利要求1所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，其特征在于：所述检测部(3)可与所述砂轮(2)同步运动。

3.根据权利要求2所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置，其特征在于：所述检测部(3)和所述砂轮(2)均安装于磨刀支架(4)，所述磨刀支架(4)在所述检测部(3)和所述砂轮(2)之间设有火花观察窗。

4.一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.启动所述切丝机、刀辊(1)、砂轮(2)、检测部(3)、视觉分析系统和控制系统；

S2.在所述砂轮(2)沿着刀片(11)往复运动的过程中设定若干样本采集点，所述检测部(3)在若干所述样本采集点分别采集火花图像，将若干所述火花图像发送至所述视觉分析系统；

S3.所述视觉分析系统量化火花图像中的火花状态得到火花量化指标，对火花量化指标进行评估得到磨刀状态，将磨刀状态发送至控制系统；

S4.所述控制系统根据磨刀状态分别调整刀辊(1)和砂轮(2)的进给量。

5.根据权利要求4所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于：步骤S2中，所述砂轮(2)沿着刀片(11)的两端往复一次作为一个完整的采样周期，若干个样本采集点之间的距离间隔相等，所述检测部(3)每次向视觉分析系统发送一次完整的采样结果。

6.根据权利要求5所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于，步骤S3中所述火花量化指标的包括：

1)图像中单体火花的数目；

2)图像中连接的或非常接近的多个所述单体火花形成的火花簇的面积；

3)图像中所述单体火花与火花簇共同形成的飞溅区域的面积；

4)图像中所述单体火花、火花簇及飞溅区域的亮度信息。

7.根据权利要求6所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于：步骤S3中，所述视觉分析系统综合火花量化指标的数据按值由高到低划分为若干个区间，一个完整的采样周期内一共会得到区间数目的样本采集点数目次方种区间排列组合，每一种所述区间组合反映一种磨刀状态，所述视觉分析系统将得到的区间组合发送至所述控制系统。

8.根据权利要求7所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于，所述视觉分析系统对火花量化指标划分数据区间的方式为：基于技术员的经验，人工标识每张图像的火花的数目、面积以及亮度的高低值形成评价标准，所述视觉分析系统根据所述评价标准对每张图像的磨刀状态高低值综合判定对应区间。

9.根据权利要求7所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于，用户可以在所述控制系统内自行定义每种区间组合对应的运行状态，全部运行状态包括：

1)刀辊(1)进给增加同时砂轮(2)进给保持；

2)刀辊(1)进给减少同时砂轮(2)进给保持；

3)刀辊(1)进给保持同时砂轮(2)进给增加；

4)刀辊(1)进给保持同时砂轮(2)进给减少；

5)刀辊(1)进给保持同时砂轮(2)进给保持。

10.根据权利要求4所述的一种切丝机磨刀火花视觉监测装置的控制方法，其特征在于，还包括步骤：

S5.所述控制系统执行完步骤S4的指令后，回到步骤S2。