CN202935608U - 基于机器视觉技术的烟支检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉技术的烟支检测器，包括有控制器，控制器内包括工控板、接口板，接口板上包括有单片机，单片机的信号输入端与编码器信号采集电路的信号输出端、包装机控制系统通讯接口、工控板双向连接，单片机信号输出端连接有工业相机通讯接口，编码器信号采集电路的信号输入端连接编码器，包装机控制系统通讯接口连接包装机控制系统，工业相机通讯接口分别与烟丝侧工业相机、滤嘴侧工业相机连接，工控板还分别与工业相机通讯接口、触摸屏接口、LVDS显示接口，触摸屏接口、LVDS显示接口分别与触摸屏、液晶屏连接。本实用新型可以用于市场上现有的各种香烟包装机，比采用传统检测方式的检测器更好地保证了最终烟包的烟支质量。

Description

基于机器视觉技术的烟支检测器

技术领域

本实用新型涉及一种基于机器视觉技术的烟支检测器，用于对香烟包装机模盒内的烟支进行空头、缺嘴、缺支及反支检测，并对存在缺陷的烟包向包装机控制系统发送剔除信号，由包装机控制系统在相应位置将缺陷烟包剔除。

背景技术

在香烟加工生产的过程中，从卷接机输送到包装线的烟支因为种种原因会有各种次品。为了保证最终烟包的烟支质量，包装线上需要安装烟支检测器，用于检测烟支是否存在空头、缺嘴、缺支及反支等缺陷。

随着电子技术的发展，烟支检测方式先后出现了机械接触式、静态红外光电式及动态红外光电式等多种检测方式。机械接触式检测方式无法对烟包内的反支烟进行检测。红外光电式检测方式根据烟丝与滤嘴对红外光线反射程度的差异可以实现对烟包内的反支烟进行检测，但由于其差异不是十分明显，需要将灵敏度设置的很高才能够对反支烟进行检测，这同时可能会造成系统误判断出现正常烟包被剔除的情况。

在国内外烟草行业中，机器视觉技术的应用越来越广泛，主要应用在小包外观质量检测、条盒外观质量检测和制丝过程中的异物探测等，针对烟支检测的应用还很少。随着机器视觉技术的不断成熟，采用机器视觉技术的烟支检测方式将会得到更加广泛的应用。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有烟支检测器对反支烟检测不理想的问题，设计一种基于机器视觉技术的新型烟支检测器，既具有传统检测方式的空头、缺嘴及缺支检测功能，又能对反支烟进行准确的检测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于机器视觉技术的烟支检测器，包括有烟丝侧LED光源、滤嘴侧LED光源、烟丝侧工业相机、滤嘴侧工业相机、包装机控制系统，其特征在于：还包括有控制器、编码器，控制器内包括工控板、接口板、触摸屏、液晶屏，所述的接口板上包括有单片机、LED光源恒流电源，单片机的信号输入端与编码器信号采集电路的信号输出端、包装机控制系统通讯接口、工控板双向连接，单片机信号输出端连接有工业相机通讯接口，编码器信号采集电路的信号输入端连接编码器，包装机控制系统通讯接口连接包装机控制系统，工业相机通讯接口分别与烟丝侧工业相机、滤嘴侧工业相机连接，工控板还分别与工业相机通讯接口、触摸屏接口、LVDS显示接口，触摸屏接口、LVDS显示接口分别与触摸屏、液晶屏连接。

所述的烟丝侧LED光源、烟丝侧工业相机贴近待检模盒中烟支的烟丝端面安装，滤嘴侧LED光源、滤嘴侧工业相机紧贴待检模盒中烟支的滤嘴端面安装。

本实用新型的工作原理是：

烟丝侧光源负责照亮烟丝及烟支出现空头后露出的白色盘纸，使烟丝与盘纸对比明显，便于后续的图像处理。滤嘴侧光源负责照亮烟支滤嘴的表面，当模盒中出现缺嘴或缺支时，由于光源没有照射到模盒的内部，系统拍摄到的图像中会出现亮度明显变暗的区域，与正常滤嘴端面的白色图像对比明显。烟丝侧工业相机贴近待检模盒中烟支的烟丝端面安装，负责采集待检烟支烟丝端面的图像并进行初步处理后传送给控制器。滤嘴侧工业相机紧贴待检模盒中烟支的滤嘴端面安装，负责采集待检烟支滤嘴端面的图像并进行初步处理后传送给控制器。控制器负责通过图像处理技术对烟丝侧及滤嘴侧工业相机采集的图像数据进行处理并判断烟包中是否存在空头、缺嘴、缺支、反支等缺陷，根据判断结果向包装机控制系统发送相应剔除信号。包装机控制系统在接收到烟支检测器发送的剔除信号后，在剔除口把相应缺陷烟包剔除。

本实用新型的有益效果是：

新颖性：本实用新型采用基于机器视觉技术的新型检测方式，不仅能够像传统的检测方式一样准确判断出是否存在空头、缺嘴、缺支等缺陷，而且还能够准确判断出是否存在反支烟，弥补了其它检测方式的不足。

科学性：机器视觉技术是一门比较成熟的技术，本实用新型中使用到的图像处理算法都是机器视觉领域成熟的常用算法，各种商用或开源的机器视觉函数库中都包含了这些算法，开发人员可以直接调用。

实用性：本实用新型可以用于市场上现有的各种香烟包装机，比采用传统检测方式的检测器更好地保证了最终烟包的烟支质量。另外，由于采用了是机器视觉技术，而且带有触摸屏，操作人员操作更加直观、方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型的图像处理流程。

图3是烟丝侧及滤嘴侧光源的安装示意图。

图4是烟丝侧及滤嘴侧工业相机镜头安装示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于机器视觉技术的烟支检测器，包括有烟丝侧LED光源1、滤嘴侧LED光源2、烟丝侧工业相机3、滤嘴侧工业相机4、包装机控制系统5、控制器6、编码器7，控制器6内包括工控板8、接口板9、触摸屏10、液晶屏11，接口板9上包括有单片机12、LED光源恒流电源13，单片机12的信号输入端与编码器信号采集电路14的信号输出端、包装机控制系统通讯接口15、工控板8双向连接，单片机12信号输出端连接有工业相机通讯接口16，编码器信号采集电路14的信号输入端连接编码器7，包装机控制系统通讯接口15连接包装机控制系统5，工业相机通讯接口16分别与烟丝侧工业相机3、滤嘴侧工业相机4连接，工控板8还分别与工业相机通讯接口16、触摸屏接口17、LVDS显示接口18，触摸屏接口17、LVDS显示接口18分别与触摸屏10、液晶屏11连接。

烟丝侧LED光源1、烟丝侧工业相机3贴近待检模盒中烟支19的烟丝端面安装，滤嘴侧LED光源2、滤嘴侧工业相机4紧贴待检模盒中烟支19的滤嘴端面安装。

工控板8用于操作系统以及上位机软件的运行。单片机12负责执行上位机软件的控制命令，包括读取编码器相位、与包装机组控制系统通讯等。工业相机通讯接口用于连接烟丝侧及滤嘴侧工业相机，单片机通过该接口控制工业相机在指定时间拍照，工业相机通过该接口将拍摄的图片传送给工控板8。编码器信号采集电路14用于单片机12读取编码器7相位并传送给工控板，实现本实用新型与整个包装机控制系统5的相位同步。包装机控制系统通讯接口15用于单片机12向控制系统发送空头、缺支等剔除信号。LED光源恒流电源为烟丝侧及滤嘴侧LED光源提供恒流电源，以保证LED光源的稳定工作。LVDS显示接口用于工控板与彩色液晶屏的连接。触摸屏接口用于工控板与触摸屏的连接。操作者可以通过液晶屏查看系统运行的相关信息，并通过触摸屏设置系统的相关参数。

在图2中，本实用新型中的图像处理程序首先将工业相机拍摄到的烟丝端面或滤嘴端面图像进行分割，每个烟支位置对应一个小的图像。然后对每个烟支位置对应的图像依次进行灰度化、二值化、腐蚀、膨胀等处理，查找并绘制烟丝或滤嘴图案轮廓，最后计算出轮廓面积即烟丝或滤嘴图案面积的像素数。灰度化是为了将工业相机拍摄到的烟丝端面或滤嘴端面的彩色图像转换为灰度图像，如果采用的是黑白图像传感器则不需要进行灰度化处理；对烟丝侧图像二值化是为了将烟丝与烟支盘纸内表面进行区分，将烟丝像素的灰度值设为255，烟支盘纸内表面像素的灰度值设为0；对滤嘴侧图像二值化是为了将滤嘴端面与因缺少烟支形成的低亮度区域或烟支颠倒出现的烟丝区域进行区分，将滤嘴端面像素的灰度值设为255，低亮度区域或烟丝区域像素的灰度值设为0；腐蚀及膨胀是为了消除经二值化处理后的图像中的一些小噪点，这样可以提高后续查找凹陷图案轮廓的速度；查找轮廓是为了绘制出烟丝或滤嘴图案的轮廓线，是后续计算烟丝或滤嘴图案像素数的前提；计算烟丝或滤嘴图案轮廓面积是为了计算图案轮廓线包围的烟丝或滤嘴图案的像素数。

在图3中，烟丝侧LED光源与烟支成一定角度安装的目的是为了照亮烟丝及烟支出现空头后露出的白色盘纸，使烟丝与盘纸对比明显，便于后续的图像处理。滤嘴侧LED光源与烟支成一定角度安装的目的是为了照亮烟支滤嘴的表面，当模盒中出现缺支或缺嘴时，由于光源没有照射到模盒的内部，系统拍摄到的图像中会出现亮度明显变暗的区域，与正常滤嘴端面的白色图像对比明显。各LED光源的安装角度均为通过试验获得。

在图4中，烟丝侧工业相机镜头与烟支成一定的角度安装，当烟支出现空头时，系统拍摄到的烟丝区域比正常烟支要小，烟支的空头程度越大，拍摄到的烟丝区域就越小，系统根据每支烟拍摄到的烟丝区域图像面积来判断烟支是否存在空头，即当面积低于系统设定的基准值时则认为该烟支为空头烟支。以最常见的直径为7.8mm的烟支为例，为了满足检测范围为0～5mm的设计要求，通过试验得知镜头与烟支之间的角度约50度时为最佳角度，实际安装时可以允许一定的偏差。滤嘴侧工业相机镜头与滤嘴端面垂直安装，系统拍摄到的是滤嘴端面的正面图像，当模盒中出现缺嘴或缺支时，系统拍摄到的图像中会出现颜色明显变暗的区域，与正常滤嘴端面的白色图像对比明显，系统可以判断出该烟包存在缺嘴或缺支。如果烟包中存在反支烟时，系统拍摄到的是烟丝端面的图像，与正常滤嘴端面的白色图像同样对比明显，因此系统也可以对反支烟进行准确检测。

Claims (2)

1.一种基于机器视觉技术的烟支检测器，包括有烟丝侧LED光源、滤嘴侧LED光源、烟丝侧工业相机、滤嘴侧工业相机、包装机控制系统，其特征在于：还包括有控制器、编码器，控制器内包括工控板、接口板、触摸屏、液晶屏，所述的接口板上包括有单片机、LED光源恒流电源，单片机的信号输入端与编码器信号采集电路的信号输出端、包装机控制系统通讯接口、工控板双向连接，单片机信号输出端连接有工业相机通讯接口，编码器信号采集电路的信号输入端连接编码器，包装机控制系统通讯接口连接包装机控制系统，工业相机通讯接口分别与烟丝侧工业相机、滤嘴侧工业相机连接，工控板还分别与工业相机通讯接口、触摸屏接口、LVDS显示接口，触摸屏接口、LVDS显示接口分别与触摸屏、液晶屏连接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的烟支检测器，其特征在于：所述的烟丝侧LED光源、烟丝侧工业相机贴近待检模盒中烟支的烟丝端面安装，滤嘴侧LED光源、滤嘴侧工业相机紧贴待检模盒中烟支的滤嘴端面安装。

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