基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201410569197.0 (22)申请日 2014.10.23 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 104432498 A (43)申请公布日 2015.03.25 (73)专利权人 阚晖 地址 650000 云南省昆明市五华区五台路8 号6幢1单元102室 专利权人 杨树青 辛茂松 (72)发明人 阚晖 杨树青 辛茂松 颜西斌 焦俊 卢洪林 (74)专利代理机构 昆明祥和知识产权代理有限 公司 53114 代理人 张亦凡 (51)Int.Cl. A24C 5/3

2、45(2006.01) 审查员 邱思 (54)发明名称 基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测 装置 (57)摘要 基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测 装置， 其特征在于包括光学成像单元， 图像预处 理单元， 控制和图像分析单元， 触发信号单元， 其 中： 光学成像单元包括相机组件A和相机组件B， 相机组件A和相机组件B分别位于卷烟机传送鼓 轮的 两个 侧面 ； 图 像预处理单元主要包括 CAMLINK接口的PCI图像采集卡； 控制和图像分析 单元主要包括工业计算机； 触发信号单元主要由 FPGA组成； 光学成像单元、 图像预处理单元、 控制 和图像分析单元一一连接； 触发信号单元同时与 光学

3、成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分 析单元连接。 该装置采集到的烟支图像已经包含 水松纸过滤嘴部分， 能对完整的成品卷烟烟支进 行检测。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 104432498 B 2017.04.05 CN 104432498 B 1.基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置， 其特征在于包括光学成像单元， 图 像预处理单元， 控制和图像分析单元， 触发信号单元， 其中： 光学成像单元包括相机组件， 相机组件分别位于卷烟机传送鼓轮(10)的两个侧面； 图像预处理单元主要包括CAMLINK接口的PCI图像采集卡； 控制和图像分析单元主要包括工业计算机； 触发信号

4、单元主要由FPGA组成； 光学成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分析单元一一连接； 触发信号单元同时与 光学成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分析单元连接； 所述的光学成像单元 包括两个相机组件， 相机组件由壳体(1)、 线阵CCD相机(2)、 白色 LED线光源(3)、 反射镜(4)、 变焦镜头 (5)、 防尘玻璃(6)组成， 壳体(1)内放置变焦镜头(5)， 变焦镜头(5)前方放置反射镜(4)， 反射镜(4)下方 放置白色LED线光源(3)， 壳体(1)底部安 装防尘玻璃(6)； 壳体(1)外一侧设置线阵CCD相机(2)， 相机与变 焦镜头(5)相连， 壳体(1) 外底部设置防

5、尘气路(8)； 在卷烟机剔除口前的相邻的两个传送鼓轮10上各自安装相机组 件， 一组用于拍摄烟支A面图像， 另一组用于拍摄经传送鼓轮10传送交替后的同一支烟支的 B面图像， 传送鼓轮10带动烟支以均匀的速度在相机组件的视场移动； 每一支烟支在运动过 程中都被两台相机组件拍摄， 从而保证得到高分辨率的、 完整的烟支外观图像信息， 且烟支 的整个圆周面都有完整图像信息； 所述的控制和图像分析单元运行软件的流程包括识别和 监控两部分， 具体工作流程为： 1)操作人员定义 检测流程和与检测流程相关的参数文件， 由监控部分下传给识别系统； 2)识别系统解析流程文件， 并执行相关命令； 识别系统调用流 程

6、定义的图像检测算法检测当前触发获取的图像信息， 结果一路通过数字 I/O输出给原机 的剔除设备完成相关操作， 另外一路通过通讯模块传给监控系统用于结果显示； 卷烟机的 触发信号单元在指定时刻给出触发信号控制相机对烟支的A、 B面进行图像采集， 同时控制 白色LED线光源打开进行照明， 线阵CCD相机和白色LED线光源的打开的位置和持续时间通 过控制和图像分析单元进行调整； 两台线阵CCD相机采集到的烟支图像， 通过CAMLINK接口 将传送到图像预处理单元进行预处理， 然后将处理过的图像传送给控制和图像分析单元的 计算机， 通过图像识别软件对采集到的图像进行分析判断该烟支是否是有外观缺陷的烟

7、支， 如果有缺陷， 计算机存储该缺陷烟支的图像， 并送出一个信号到高速控制器， 由高速控 制器在卷烟机剔除口剔除该烟支。 2.如权利要求1所述的基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置， 其特征在于所 述的相机组件壳体 (1)上有压缩空气入口(7)， 底部的防尘玻璃(6)两侧设有空隙， 壳体(1) 外底部设有防尘气路(8)， 具体为在壳体(1)底部两侧各安装向下倾斜的玻璃隔板(9)， 两块 玻璃隔板(9)间留有空隙， 空隙位于防尘玻璃 (6)的正下方， 压缩空气从壳体(1)与玻璃隔 板(9)之间的空隙流出。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 104432498 B 2 基于机器视觉的卷

8、烟机烟支外观视觉检测装置 技术领域 0001 本发明涉及烟草机械， 具体为一种基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置 和检测方法。 背景技术 0002 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。 机器视觉系统是指通过机器视觉 产品 （即图像摄取装置， 分CMOS和CCD两种） 将被摄取目标转换成图像信号， 传送给专用的图 像处理系统， 根据像素分布和亮度、 颜色等信息， 转变成数字化信号； 图像系统对这些信号 进行各种运算来抽取目标的特征， 进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 0003 目前使用的卷烟机均没有烟支外观视觉检测装置， 烟支的外观质量只能靠人工观 察， 人工处理， 由于卷烟

9、机生产速度很快， 人工不可能及时发现问题也不能及时解决问题， 造成比较大的质量隐患， 而卷烟的质量就体现了卷烟的品牌价值， 各卷烟企业迫切希望解 决上述问题。 随着计算机软件、 硬件技术的发展， 以及机器视觉理论的完善， 采用机器视觉 的方法来检测烟支的外观质量， 已经成为可能。 0004 专利号为201220557153.2的发明专利， 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，

10、 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。 发明内容 0005 本发明目的在于提供一种基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置和检测 方法。 0006 本发明的基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置， 其特征在于包括光学成 像单元， 图像预处理单元， 控制和图像分析单元， 触发信号单元， 其中： 0007 光学成像单元包括相机组件A和相机组件B， 相

11、机组件A和相机组件B分别位于卷烟 机传送鼓轮的两个侧面； 0008 图像预处理单元主要包括CAMLINK接口的PCI图像采集卡； 0009 控制和图像分析单元主要包括工业计算机； 0010 触发信号单元主要由FPGA组成； 0011 光学成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分析单元一一连接； 触发信号单元同 时与光学成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分析单元连接。 0012 本发明的基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测方法， 基于上述设备， 其特征 在于： 卷烟机上的鼓轮转动发出机器脉冲信号， 触发信号单元接受机器脉冲信号后向光学 说 明 书 1/3 页 3 CN 104432498

12、 B 3 成像单元输出信号， 光学成像单元的相机组件A和相机组件B分别采集卷烟机传送鼓轮上的 烟支两个侧面的图像， 通过图像预处理单元进行预处理， 组合在一起就可以得到每个烟支 的完整外观图像， 然后将处理过的图像传送给控制和图像分析单元， 和标准样品图像比较， 超出允许范围则判断为缺陷烟支， 输出剔除信号到卷烟机剔除接口， 将检测到的缺陷烟支 在剔除口剔除， 完成烟支在生产过程中的的在线外观质量检测与剔除功能。 0013 所述的光学成像单元包括两个相机组件， 其特征在于相机组件由壳体、 线阵CCD相 机、 白色LED线光源、 反射镜、 变焦镜头、 防尘玻璃组成， 壳体内放置变焦镜头， 变焦镜

13、头前方 放置反射镜， 反射镜下方放置白色LED线光源， 壳体底部安装防尘玻璃； 壳体外一侧设置线 阵CCD相机， 相机与变焦镜头相连。 0014 所述的相机组件壳体上有压缩空气入口， 底部的防尘玻璃两侧设有缝隙， 壳体外 底部设有防尘气路， 具体为在壳体底部两侧各安装向下倾斜的玻璃隔板， 两块玻璃隔板间 留有空隙， 缝隙位于防尘玻璃的正下方， 压缩空气只会从壳体与玻璃隔板之间的缝隙流出。 压缩空气从壳体上的压缩空气入口进入壳体后， 由于整个壳体只有与玻璃隔板的之间有空 隙， 其他地方都是密闭的， 压缩空气只会从壳体与玻璃隔板之间的空隙流出， 空气流出后受 最下面的两块玻璃隔板阻拦， 最终从光路

14、中心线开口处的缝隙流出， 保证光路中心处不会 有灰尘存在， 同时也阻止灰尘进入壳体内， 保持整个光学系统的干净,成像清晰。 0015 在接收到触发信号单元发出的指令后， 相机组件的LED线光源提供照明， 线阵CCD 相机同时采集图像。 0016 本发明的基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置和检测方法， 采集到的烟 支图像已经包含水松纸过滤嘴部分， 能对完整的成品卷烟烟支进行检测。 0017 本发明的采用图像预处理器和控制图像分析计算机 ， 具有高速的图像处理和图 像判断能力， 能在卷烟机以12000支/分的速度生产时， 对每一支生产出的烟支进行两个侧 面完整的外观检测， 输出信号給卷烟机，

15、 剔除不合格烟支， 避免外观质量缺陷的烟支流入下 游设备， 极大的提高了成品烟支的合格率。 0018 对比201220557153.2的发明专利， 本发明采用两个相机组件分别采集烟支烟支两 侧的图像， 检测范围更全面真实， 不需分别检测烟丝和滤嘴的图像， 检测更快捷也更易于检 测； 白色LED线光源集成在光学成像单元中， 不需外部照明， 结构更紧凑， 操作更方便。 附图说明 0019 图1为本发明的结构框图； 0020 图2为本发明的光学成像单元安装位置示意图； 0021 图3为本发明的光学成像单元的结构示意图； 0022 图4为本发明的光学成像单元的防尘气路的工作原理图。 0023 其中，

16、壳体1， 线阵CCD相机2， 白色LED线光源3， 反射镜4， 变焦镜头5， 防尘玻璃6， 压 缩空气入口7， 防尘气路8， 玻璃隔板9， 鼓轮10， 相机组件A11， 相机组件B12。 具体实施方式 0024 实施例1： 本发明的基于机器视觉的卷烟机烟支外观视觉检测装置， 其特征在于包 括光学成像单元， 图像预处理单元， 控制和图像分析单元， 触发信号单元， 其中： 说 明 书 2/3 页 4 CN 104432498 B 4 0025 光学成像单元包括相机组件A11和相机组件B12， 相机组件A11和相机组件B12分别 位于卷烟机传送鼓轮10侧面； 0026 图像预处理单元主要包括CAML

17、INK接口的PCI图像采集卡； 0027 控制和图像分析单元主要包括计算机； 0028 触发信号单元主要由FPGA组成； 0029 光学成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分析单元一一连接； 触发信号单元同 时与光学成像单元、 图像预处理单元、 控制和图像分析单元连接。 0030 首先在卷烟机剔除口前的相邻的两个传送鼓轮10上各自安装相机组件， 一组用于 拍摄烟支A面图像， 另一组用于拍摄经传送鼓轮10传送交替后的同一支烟支的B面图像， 传 送鼓轮10带动烟支以均匀的速度在相机组件的视场移动。 每一支烟支在运动过程中都被两 台相机组件拍摄， 从而保证得到高分辨率的、 完整的烟支外观图像信息

18、， 且烟支的整个圆周 面都有完整图像信息。 0031 相机组件由壳体1、 线阵CCD相机2、 白色LED线光源3、 反射镜4、 变焦镜头5、 防尘玻 璃6、 防尘气路8组成， 壳体1内放置变焦镜头5， 变焦镜头5前方放置反射镜4， 反射镜4下方放 置白色LED线光源3， 壳体1底部安装防尘玻璃6； 壳体1外一侧设置线阵CCD相机2， 相机与变 焦镜头5相连； 所述的相机组件壳体1上有压缩空气入口7， 底部的防尘玻璃6两侧设有缝隙， 壳体1外底部设有防尘气路8， 具体为在壳体1底部两侧各安装向下倾斜的玻璃隔板9， 两块 玻璃隔板9间留有空隙， 缝隙位于防尘玻璃6的正下方， 压缩空气只会从壳体1与

19、玻璃隔板9 之间的缝隙流出。 0032 卷烟机的触发信号单元在指定时刻给出触发信号控制相机对烟支的A、 B面进行图 像采集， 同时控制白色LED线光源打开进行照明， 线阵CCD相机和白色LED线光源的打开的位 置和持续时间通过控制和图像分析单元进行调整。 两台线阵CCD相机采集到的烟支图像， 通 过CAMLINK接口将传送到图像预处理单元进行预处理， 然后将处理过的图像传送给控制和 图像分析单元的计算机， 通过图像识别软件对采集到的图像进行分析判断该烟支是否是有 外观缺陷的烟支， 如果有缺陷， 计算机存储该缺陷烟支的图像， 并送出一个信号到高速控制 器， 由高速控制器在卷烟机剔除口剔除该烟支。

20、 同时控制和图像分析单元的计算机配备了 一个显示器， 方便监控和调整参数。 0033 装置的控制和图像处理单元运行软件的流程包括识别和监控两部分， 具体工作流 程为： 1.操作人员定义检测流程和与检测流程相关的参数文件， 由监控部分下传给识别系 统； 2.识别系统解析流程文件， 并执行相关命令。 识别系统调用流程定义的图像检测算法检 测当前触发获取的图像信息， 结果一路通过数字I/O输出给原机的剔除设备完成相关操作， 另外一路通过通讯模块传给监控系统用于结果显示。 说 明 书 3/3 页 5 CN 104432498 B 5 图1 图2 说 明 书 附 图 1/2 页 6 CN 104432498 B 6 图3 图4 说 明 书 附 图 2/2 页 7 CN 104432498 B 7