一种烟支外观质量在线检测装置的制作方法

本发明涉及一种烟支外观质量在线检测装置。

背景技术：

在现代化的卷烟生产中，随着科技的不断进步，卷烟企业对包装中的质量瑕疵会有严格的控制，烟支外观是缺陷检测的一个重点。但由于原辅材料的差异性以及卷烟机维护保养不到位等众多原因，烟支在生产过程中，时长出现表面破损、污渍、水松纸粘贴不牢、水松纸粘贴歪斜等外观质量缺陷。

在传统的烟支缺陷检测工序中，都是依靠人工采用抽检方式对烟支质量进行检测，效率非常低，工作强度非常大。而且抽检反馈具有滞后性，等缺陷烟支被抽检出来的时候，卷烟机已卷接出大量的烟支，从而造成严重的浪费。

因此，需要一种烟支外观质量在线检测装置以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中烟支外观质量的缺陷，提供一种快速、简便的烟支外观质量在线检测装置。

为解决上述技术问题，本发明的烟支外观质量在线检测装置所采用的技术方案为：

一种烟支外观质量在线检测装置，应用于卷烟机上，所述卷烟机包括掉头轮和检测轮，其特征在于：所述检测装置包括第一掉头轮探头、第二掉头轮探头和检测轮探头，所述第一掉头轮探头设置在所述掉头轮处并正对掉头烟支，所述第二掉头轮探头设置在所述掉头轮处并正对非掉头烟支，所述检测轮探头设置在所述检测轮处并正对检测轮处烟支。

更进一步的，还包括第一光源，所述第一光源设置在所述掉头轮处并正对掉头烟支。

更进一步的，还包括第二光源，所述第二光源设置在所述掉头轮处并正对非掉头烟支。

更进一步的，还包括第三光源，所述第三光源设置在所述检测轮处并正对检测轮处烟支。

更进一步的，还包括掉头轮探头支架，所述掉头轮探头支架上包括多个掉头轮探头安装位和多个光源安装位。方便根据不同的烟支类型，选择不同的探头安装位和光源安装位，以保证最佳的烟支外观质量检测。

更进一步的，还包括烟支外观图像检测方法，包括以下步骤：

1)、将合格烟支的标准图像进行存储：利用第一掉头轮探头、第二掉头轮探头和检测轮探头获取合格烟支外观的标准图像并进行存储；

2)、获取图像：利用第一掉头轮探头、第二掉头轮探头和检测轮探头获取烟支外观的实时图像；

3)、将步骤2)得到的实时图像与步骤1)的标准图像的参数进行比较；

4)、当步骤3)中实时图像与标准图像的参数的公差在设定公差范围内，则表示此烟支的外观合格；否则，即为不合格。

本发明的烟支外观图像检测方法通过综合第一掉头轮探头、第二掉头轮探头和检测轮探头处的烟支外观的实时图像，通过将实时图像与标准图像的参数进行比较得出烟支外观合格与否的判据，实施简单，结果准确，能够大大提高烟支外观判断速度。

更进一步的，步骤3)中实时图像与步骤1)的标准图像的参数包括直方图、相似度和图像位置坐标。

更进一步的，步骤2)中获取烟支外观的实时图像后还包括图像滤波步骤：采用中值滤波方法对实时图像进行滤波，所述中值滤波方法采用3×3的十字形窗口。光滑和清晰本身就是矛盾的。在中值滤波中，十字开窗口的效果优于菱形窗口，菱形窗口的效果优于矩形窗口，面积小的3×3窗口的效果优于5×5窗口，由于3×3的窗口处理的像素要比5×5的窗口少，也就是使3×3窗口的效率更高。5×5窗口的平滑程度更好，图像中的噪声相比要小的多，但其负面效果更大，图像变的非常的模糊。综上所述，在项目中用了3×3的十字形窗口。

更进一步的，步骤2)中获取烟支外观的实时图像后还包括图像增强步骤：应用直方图增强技术对烟支图像进行预处理。应用直方图增强技术对烟支图像进行预处理，系统获取原始图像及其灰度直方图，分析直方图分布知原始图像直方图分布范围相对狭窄。对直方图均衡化处理得到直方图增强后的图像及其直方图，图像对比度显著提高，这对图像后续分析是非常有利的。

更进一步的，步骤2)中获取烟支外观的实时图像后还包括图像配准步骤：采用分层搜索方法对实时图形进行配准，所述分层搜索方法采用5层。采用了分层搜索技术大大缩短了搜索时间，提高了程序执行的效率。本软件中分了五层。模板在对应层上的图像上用相关系数法进行搜索，将相关系数最高的几点作为候选点，并在分辨率高一级的层中，仅对几个候选点进行计算，再跟据相关系数的值选出几个候选点，依次计算到原图中，将相关系数值最高的一点作为配匹点。

有益效果：本发明的烟支外观质量在线检测装置结构简单，设计合理，在卷烟机的掉头轮处设置两套掉头轮探头，分别检测掉头烟支和非掉头烟支的一半圆周面外观质量缺陷，在检测轮处设置一套检测轮探头，检测检测轮处烟支另一半圆周面外观质量缺陷，三个位置的探头相互配合，能够对烟支外观质量进行全面的判断，且不会占用太多空间。

附图说明

图1为本发明的烟支外观质量在线检测装置的结构示意图；

图2为掉头轮探头支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1和图2所示，本发明的烟支外观质量在线检测装置，应用于卷烟机上，卷烟机包括掉头轮2和检测轮1，检测装置包括第一掉头轮探头12、第二掉头轮探头22和检测轮探头32，第一掉头轮探头12设置在掉头轮2处并正对掉头烟支，第二掉头轮探头22设置在掉头轮2处并正对非掉头烟支，检测轮探头32设置在检测轮1处并正对检测轮处烟支。

其中，优选的，还包括第一光源11，第一光源11设置在掉头轮2处并正对掉头烟支。还包括第2光源21，第二光源21设置在掉头轮2处并正对非掉头烟支。还包括第三光源31，第三光源31设置在检测轮1处并正对检测轮处烟支。

优选的，还包括掉头轮探头支架，掉头轮探头支架上包括多个掉头轮探头安装位和多个光源安装位。方便根据不同的烟支类型，选择不同的探头安装位和光源安装位，以保证最佳的烟支外观质量检测。

其中，优选的，还包括编码器，卷烟机还包括传动轴，编码器设置在传动轴上，第一掉头轮探头12、第二掉头轮探头22和检测轮探头32均连接编码器。利用设置在卷烟机传动轴上的编码器为第一掉头轮探头、第二掉头轮探头和检测轮探头的触发提供相位信号。还包括第一光源11、第二光源21和第三光源31，第一光源11、第二光源21和第三光源31均连接编码器。利用设置在卷烟机传动轴上的编码器为第一光源、第二光源和第三光源的触发提供相位信号。

还包括缺陷烟支剔除装置，缺陷烟支剔除装置连接编码器。当第一掉头轮探头、第二掉头轮探头和检测轮探头检测到烟支外观质量问题时，将缺陷烟支剔除信号发送给缺陷烟支剔除装置，完成缺陷烟支剔除。

本发明还包括烟支外观图像检测方法，包括以下步骤：

1、将合格烟支的标准图像进行存储：利用第一掉头轮探头12、第二掉头轮探头22和检测轮探头32获取合格烟支外观的标准图像并进行存储；

2、获取图像：利用第一掉头轮探头12、第二掉头轮探头22和检测轮探头32获取烟支外观的实时图像；

3、将步骤2得到的实时图像与步骤1的标准图像的参数进行比较；

4、当步骤3中实时图像与标准图像的参数的公差在设定公差范围内，则表示此烟支的外观合格；否则，即为不合格。

具体的，烟支外观图像检测方法主要由以下几个步骤组成：

(1)、图像获取:在稳定、均匀的照明环境下，通过单个或多个相机获取待测烟支的图像，并将采集到的图像发送至计算机；

(2)、图像处理:在计算机中利用图像处理算法，对获取的待测烟支图像进行图像前期处理，而这其中需要采用多种算法，如下：

一、图像的滤波

在烟支数字化图像获取过程中，由于光电转换中ccd灵敏度的不均匀性、数字化过程的量化噪声以及传输过程的信道误差等因素的影响，摄像机获取的图像中可能包含有各种随机噪声。为了提高视觉系统的分析和识别能力，需要去除原始图像中的噪声。

光滑和清晰本身就是矛盾的。在中值滤波中，十字开窗口的效果优于菱形窗口，菱形窗口的效果优于矩形窗口，面积小的3×3窗口的效果优于5×5窗口，由于3×3的窗口处理的像素要比5×5的窗口少，也就是使3×3窗口的效率更高。5×5窗口的平滑程度更好，图像中的噪声相比要小的多，但其负面效果更大，图像变的非常的模糊。综上所述，在项目中用了3×3的十字形窗口。

二、图像的增强

应用直方图增强技术对烟支图像进行预处理，系统获取原始图像及其灰度直方图，分析直方图分布知原始图像直方图分布范围相对狭窄。对直方图均衡化处理得到直方图增强后的图像及其直方图，图像对比度显著提高，这对图像后续分析是非常有利的。

三、图像的配准

在生产线上的烟支，其图像难免有所偏移和旋转，这样对相应图像上相应坐标的计算就有偏差，其结果往往使程序发生误判，所以必须对采集的图像加以校正。本软件中采用相关系数方法，将模板图像在待校正图像上移动并不断的计算相关系数，值最大的一点就是模板的配匹点。该点的坐标值减去标准图像中模板的坐标，就得到了待校正图像的偏移值。但由于这种方法的计算量非常的巨大，其效率低，很难满足工业自动控制中的要求。所以本软件采用了分层搜索技术大大缩短了搜索时间，提高了程序执行的效率。本软件中分了五层。模板在对应层上的图像上用相关系数法进行搜索，将相关系数最高的几点作为候选点，并在分辨率高一级的层中，仅对几个候选点进行计算，再跟据相关系数的值选出几个候选点，依次计算到原图中，将相关系数值最高的一点作为配匹点。

四、图像的旋转校正

在生产线上的烟支除了存在水平位置上的偏移(即坐标上的偏移)外，还存在小角度的旋转。为了克服图像旋转所引起的识别差错，图像处理系统首先须对烟支图像进行校正，方法是采用模板匹配寻找图像旋转恢复的基准点，进行图像校正。本软件采用双线性插值法对图像进行校正。

五、图像的纹理分析

采用纹理分析的知识和算法对采样图像进行分析，如果烟支存在褶皱，通过硬件特殊打光，必将引起强烈的反光，反映在烟支图像中就是大面积的强白区域，因此，检测算法必须能检测区域内的象素变化，本软件采用计算图像能量的方法。但由于采样图像的尺寸为648×492，对如此大的区域整体计算，必将花费很长的时间，不能满足工业现场的及时性要求。所以本软件采用对设定矩形进行计算，在图像的敏感区域设置多个矩形，这样，节约了时间，满足了现场及时性的要求。

六、图像的灰度统计

很多烟支的表面图案复杂，其表面由较规则的纹理构成，没有平坦的区域，利用上面的方法不能得到很好的效果，提出了灰度统计的方法，根据直方图的特性来判断图像的质量。该方法可以作用于任何形式的图案，也就使得该方法应用比较广泛。应用时，将直方图工具放置到图像上，并根据待测区域调整好尺寸。

(3)、图像分析和识别:对步骤(2)得到的整体待测烟支的平面展开图，在计算机中通过人工智能和模式识别技术，分析待测烟支表面区域的颜色、纹理、形状信息以及建立识别模型，并自动判别缺陷类型和参数指标，最终识别出待测烟支的外观质量问题。

检测原理：烟支外观质量在线检测装置对烟支被检测的部位进行图像识别。首先把合格的烟支标准图像存储起来。生产过程中实时检测烟支的图像，并和存储的图像相比较。如果直方图、相似度(fit),图像位置坐标(x,y)等在设置的公差之内，表示此烟支外观合格，否则是外观不合格。软件采用全中文界面，界面友好，操作简单。

本发明的烟支外观质量在线检测装置结构简单，设计合理，在卷烟机的掉头轮处设置两套掉头轮探头，分别检测掉头烟支和非掉头烟支的一半圆周面外观质量缺陷，在检测轮处设置一套检测轮探头，检测检测轮处烟支另一半圆周面外观质量缺陷。