阅读说明：本技术 对不规则烟包实现均匀分切的检测方法及计算机程序产品 (Detection method for realizing uniform slitting of irregular cigarette packets and computer program product ) 是由 游玲 张云东 张云 李江乐 刘滨 蒋明民 杨松 经坤 朱朝晖 艾迎春 封向东 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种对不规则烟包实现均匀分切检测的计算机程序产品,所述的计算机程序产品被有形地存放存储在工控机的非瞬态可读存储介质上,该计算机程序被工控机内的处理器执行。实现步骤包括：当物料进入检测区域时,3D相机自动内部触发、检测开关发出信号触发线扫相机开始检测并将数据上传至工控机,工控机中的算法程序计算出物料的总体积和侧面总面积积以及物料的总长度；算法通过判断3D相机检测出来的长度是否有效来决定按照体或者面积数据计算分切各片的长度,并按照系统要求的分片数量,计算出每一块物料的长度作为分切数据输出。(The invention discloses a computer program product for realizing uniform cutting detection on irregular cigarette packets, wherein the computer program product is tangibly stored on a non-transient readable storage medium of an industrial personal computer, and the computer program is executed by a processor in the industrial personal computer. The implementation steps comprise: when the material enters a detection area, the 3D camera automatically triggers internally, the detection switch sends a signal to trigger the line scanning camera to start detection and upload data to the industrial personal computer, and an algorithm program in the industrial personal computer calculates the total area of the material, the total area of the side face and the total length of the material; the algorithm determines to calculate the length of each piece according to volume or area data by judging whether the length detected by the 3D camera is effective, and calculates the length of each piece of material as cutting data to be output according to the number of pieces required by the system.)

对不规则烟包实现均匀分切的检测方法及计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种对不规则烟包实现均匀分切的检测方法及计算机程序产品；本方法及其计算机程序产品可直接应用于烟草行业的烟草制丝生产线，通过对切片前烟包进行外形检测、计算出均匀分切的切片数据并将切片数据输出给切片机以实现均匀分切的目的。

背景技术

以烟草制丝生产线的应用为例，烟包属于块状物料，对用于对烟包进行切片的切片机，要求实现将烟包按照规定的等质量进行分切。通常，在默认烟包密度恒定及切面相同的情况下，切片机可以在烟包的长度方向上进行均匀切片即可实现均匀分切。

但是，在实际应用中，会有一些外形不规则的异形烟包存在，若此时采取等长的切片长度去切片，反而会导致切片后的块与块之间在重量或体积上出现较大偏差，影响后续工艺指标的实现。

目前，各设备制造公司一直在试图解决上述问题，致力于对切片机进行改进和完善，以得到更好的切片效果。总体来看，主要改进的技术手段可以划分为以下三个方面：

1)采用长度控制系统对切片时烟包的进给进行控制，确保烟包切片时每片的长度基本均衡；

2)采用预先保存的烟包长度数据与品牌对照表，按照配方数据切片，避免不同品牌烟包的长度差别造成切片的不均匀；

3)采用编码器结合光电开关的方式检测出每个烟包的长度数据，同样也可避免不同品牌烟包的长度差别造成切片的不均匀。

上述种种方法，虽然能解决烟包长度偏差和切片过程中烟包进给的不准确造成的问题，但是对于外形不规整的烟包，上述解决问题的措施和手段则完全失效，致使至今没有一种解决对外形不规整烟包切片不精确并实现均匀分切的方法和设备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：

本发明正是为了解决外形不规则烟包的精确切片并实现均匀分切的问题，并可以应用到对不规则烟包实现均匀分切的技术领域。

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种高速高效的、无接触式的外形检测、通过分片算法计算切片数据并将该切片数据输出给切片机实现对不规则烟包均匀分切的检测方法及其检测系统。

本发明所采用的技术方案：

总体来说，本发明的方法是一种采用视觉检测方式检测出不规则烟包的外观及外形尺寸、并通过内置于工控机中的分片算法程序计算出分片数据的检测方法，它能在线实时检测烟包的外观及外形尺寸，其突出特点在于采用了无接触、高速高效的检测方法，能准确地在烟包进入下一道工序以前检测出所需参数，采用高精度的分片算法计算出切片数据，输出给下一道工序的切片机控制器，控制切片机均匀分切。总体构思为：在检测入口处安装检测开关、3D相机和线扫相机，3D相机及线扫相机的图像输出至工控机。当物料进入检测区域时，3D相机自动内部触发，同时检测开关发出信号触发线扫相机开始检测并将数据上传至工控机，工控机中的算法程序计算出物料的总体积和侧面总面积以及物料的总长度；算法通过判断3D相机检测出来的烟包长度是否有效，来决定是按照体积或者侧面积数据计算分切各片的长度，并按照系统要求的分片数量，计算出每一块物料的长度作为分切数据输出。

本发明的通过如下技术方案实现：

一种对不规则烟包实现均匀分切的检测方法，包括以下步骤：

S1当物料通过检测区域入口，进入检测区域时，3D相机自动内部触发，检测开关通过隔离继电器发出信号触发线扫相机并控制开启光源，3D相机和线扫相机开始检测；

S2随着物料在检测区域内的匀速运动过程中，3D相机和线扫相机将检测数据上传至工控机，工控机中的算法程序采用下述方法计算物料的侧面总面积S以及物料的总体积V：

S2-1工控机采集物料的侧面积，线扫相机输出烟包的图像至工控机，工控机的算法程序以p为间隔在烟包的长度方向对烟包图像进行连续分割，形成多个对应p长度的条状图像并计算出片侧面积，进行存储，工控机的算法程序将全部片侧面积累加计算出物料的侧面总面积S、以及物料的侧面总长度L1：

式中：S、Si、L1、p分别代表物料的侧面总面积、以分割间隔p为长度的片侧面积、通过线扫相机计算的物料总长度和图像分割间隔，Si是一个在烟包长度方向连续分割过程不断变化的数据，L1是p的倍数；

S2-2工控机采集物料的体积，3D相机按照扫描间隔h不断输出对应h长度的体积数据，工控机实时获取体积数据并进行存储，工控机的算法程序根据最终数据计算出物料的总体积V以及物料总长度L2：

式中：V、Vi、L2、h分别代表物料的总体积、以扫描间隔h为长度的片体积、通过3D相机计算出的物料总长度和3D相机的扫描间隔，Vi是一个随物料运动不断变化的数据，L2是h的倍数；

L1＝n×p

L2＝m×h

式中：L1、n、p分别代表线扫相机计算出的物料总长度、侧面图像分割完成所用的次数和图像分割间隔；

L2、m、h分别代表3D相机计算出的物料总长度、3D相机判断物料采集完成所用的次数和3D相机的扫描间隔；

S3判断3D相机检测的物料总长度L2是否在设定的范围内

S3-1若物料总长度L2在设定的范围内，则

S3-1-1计算平均的切片体积数据V_N

式中：V_N、V、N分别代表按照特定切片数量计算出的切片平均体积、物料的总体积和特定的切片数量；

S3-1-2计算分切物料第一块长度

式中：Vi、V_N、Ii分别代表以扫描间隔h为长度的片体积累积过程数、按照特定切片数量计算出的切片平均体积以及第一块切片物料从1开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当Vi满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝Ii

式中：I₁、Ii分别代表第一块切片物料的扫描间隔h累积值、当第一块切片物料从1开始累积扫描间隔h的过程中满足前面计算公式的当前值；

计算出第一片的长度：

X₁＝I₁×h

式中：X₁、I₁、h分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料的扫描间隔h的累计值和3D相机的扫描间隔；

计算分切物料的第二块长度

式中：Vi、V_N、Ii分别代表以扫描间隔h为长度的片体积累积数、按照特定切片数量计算出的切片平均体积以及第二块切片物料从第一块的末尾开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当Vi满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝Ii-I₁

式中：I₂、Ii、I₁分别代表第二块切片物料的扫描间隔h累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积扫描间隔h的过程中满足前面计算公式的当前值和第一块切片物料的扫描间隔h的累计值；

计算出第二片的长度：

X₂＝I₂×h

式中：X₂、I₂、h分别代表第二块切片物料的长度、第二块切片物料的扫描间隔h的累计值和3D相机的扫描间隔；

以此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

S3-1-3输出分切数据结果；

S3-2若物料总长度L2不在设定的范围内，则使用线扫相机的检测结果进行计算

S3-2-1计算平均的切片面积数据SN；

式中：S_N、S、N分别代表按照特定切片数量计算出的切片平均侧面积、物料的总侧面积和特定的切片数量；

S3-2-2计算分切物料第一块长度

式中：Si、S_N、Ii分别代表以分割间隔p为长度的片侧面积累积过程数、按照特定切片数量计算出的切片平均侧面积以及第一块切片物料从1开始累积分割间隔p的过程数；

在计算中，当Si满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝Ii

式中：I₁、Ii分别第一块切片物料的分割间隔p累积值、当第一块切片物料从1开始累积分割间隔p的过程中满足前面计算公式的当前值；

计算出第一片的长度：

X₁＝I₁×p

式中：X₁、I₁、p分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料经过分割间隔p的累计值和分割间隔；

计算分切物料的第二块长度

式中：Si、S_N、Ii分别代表以分割间隔p为长度的片侧面积累积数、按照特定切片数量计算出的切片平均侧面积以及第二块切片物料从第一块的末尾开始累积分割间隔p的过程数；

在计算中，当Si满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝Ii-I₁

式中：I₂、Ii、I₁分别代表第二块切片物料的分割间隔p累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积分割间隔p的过程中满足前面计算公式的当前值和第一块切片物料的分割间隔p的累计值；

计算出第二片的长度：

X₂＝I₂×p

式中：X₂、I₂分别代表第二块切片物料的长度、第二块切片物料的分割间隔p的累计值和分割间隔p；

以此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

S3-3判断X₁、X₂…X_N的数据是否满足最大分切能力；

S3-3-1全部数据满足范围，输出X₁、X₂…X_N

S3-3-2出现超出分切能力的数据，则：发出“检测错误”的报警信息。

一种对不规则烟包实现均匀分切检测的计算机程序产品，所述的计算机程序产品被有形地存放存储在工控机的非瞬态可读存储介质上，具有以下特征：

该计算机程序被工控机内的处理器执行实现所述的对不规则烟包实现均匀分切的检测方法的步骤。

进一步地，一种对不规则烟包实现均匀分切的检测系统，包括置于设备机架处的控制箱和置于控制箱处上方的工控机；还包括在物料检测区域入口与物料输送方向垂直且平视处设置的检测开关安装支架和在该检测开关安装支架的面向物料检测区域的位置安装的检测开关，所述检测开关的输出信号连接到安装于控制箱内部的隔离继电器，并经隔离继电器隔离后连接至线阵相机；还包括在物料检测区域入口且在物料的上方设置顶部支架、在物料检测区域入口且在机架处设置侧面支架、安装于顶部支架的3D相机、安装于侧面支架的线扫相机和线扫相机光源；所述3D相机及线扫相机的图像输出信号通过以太网连接到工控机的以太网接口。

进一步地，还包括线扫相机光源，所述线扫相机光源安装在线扫相机的两端，其供电线连接至所述控制箱，该线扫相机光源的启动与关闭与线扫相机开启与关闭同步。

进一步地，所述的检测开关采用对射式或漫反射式光电开关，当物料进入触发系统的检测区域时，所述检测开关发出一个开关量信号，该信号通过隔离继电器后同时输出信号给所述的相机。

更进一步地，还包括线扫相机反光镜清洁装置，该线扫相机反光镜清洁装置置于机架的下方，其装置的出气口安装在反光镜一侧。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种无接触、高速高效的不规则烟包的外形检测方法及其系统，并提供高精度的分片算法用于对物料实现均匀分切，可直接用于烟草行业的烟草制丝生产线上对切片前烟包的外形进行检测并实现均匀分切。本发明还实现了：

Ⅰ.首次提出对不规则烟包的外观及尺寸进行检测的方法，对此类物料的检测方法有较大的推进作用；

Ⅱ.取代目前切片机前端各种检测烟包长度的方法，在物料输送设备的***进行安装、维护，形成独立的系统和装置，可轻松解决已有的设备的改进和扩展。

附图说明

图1是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测系统主视图；

图2是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测系统左视图；

图3是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测系统右视图(拆去外罩)；

图4是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测系统的控制箱内部电路的电路原理图；

图5是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测方法的步骤流程图；

图6是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测方法的数据采集方法的流程图；

图7是本发明的对不规则烟包实现均匀分切的检测方法数据计算方法的流程图；

图中:1—检测开关安装支架、2—检测开关、3—隔离继电器、4—顶部支架、5—3D相机、6—侧面支架、7—线扫相机、8—线扫相机光源、9—线扫相机反光镜、10—反光镜清洁装置、11—工控机、12-控制箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属本发明的保护范围。

参见图1至图4，一种对不规则烟包实现均匀分切的检测系统，包括置于设备机架处的控制箱12和置于控制箱处上方的的工控机11；还包括在物料检测区域入口与物料输送方向垂直且平视处设置的检测开关安装支架1和在该检测开关安装支架1的面向物料检测区域的位置安装的检测开关2，所述检测开关2的输出信号连接到安装于控制箱12内部的隔离继电器3，并经隔离继电器3隔离后连接至线扫相机7；还包括在物料检测区域入口且在物料的上方设置顶部支架4、在物料检测区域入口且在机架处设置侧面支架6、安装于顶部支架4的3D相机5、安装于侧面支架6的线扫相机7和线扫相机光源8；所述3D相机5及线扫相机7的图像输出信号通过以太网连接到工控机11的以太网接口。

进一步地，还包括线扫相机光源8，所述线扫相机光源8安装在线扫相机7的两端，其供电线连接至所述控制箱12，该线扫相机光源8的启动与关闭与线扫相机7开启与关闭同步。

进一步地，所述的检测开关2采用对射式或漫反射式光电开关，当物料进入触发系统的检测区域时，所述检测开关2发出一个开关量信号，该信号通过隔离继电器3后输出信号给所述的相机。

更进一步地，还包括线扫相机反光镜清洁装置10，该线扫相机反光镜清洁装置10置于机架的下方，其装置的出气口安装在反光镜9一侧。

参见图5、图6和图7，一种对不规则烟包实现均匀分切的检测方法，包括以下步骤：

S1当物料通过检测区域入口，进入检测区域时，3D相机5自动内部触发，检测开关发出信号通过隔离继电器触发线扫相机7并控制开启线扫相机光源8，3D相机5和线扫相机7开始检测；

S2随着物料在检测区域内的匀速运动过程中，3D相机5和线扫相机7将检测数据上传至工控机11，工控机11中的算法程序采用下述方法计算物料的侧面总面积S以及物料的总体积V：

S2-1工控机采集物料的侧面积，线扫相机7输出烟包的图像至工控机11，工控机11的算法程序以p为间隔在烟包的长度方向对烟包图像进行连续分割，形成多个对应p长度的条状图像并计算出片侧面积，进行存储，工控机11的算法程序将全部片侧面积累加计算出物料的侧面总面积S、以及物料的侧面总长度L1：

式中：S、Si、L1、p分别代表物料的侧面总面积、以分割间隔p为长度的片侧面积、通过线扫相机计算的物料总长度和图像分割间隔，Si是一个在烟包长度方向连续分割过程不断变化的数据，L1是p的倍数；

S2-2工控机11采集物料的体积，3D相机5按照扫描间隔h不断输出对应h长度的体积数据，工控机11实时获取体积据并进行存储，工控机11根据最终数据计算出物料的总体积V以及物料总长度L2：

式中：V、Vi、L2、h分别代表物料的总体积、以扫描间隔h为长度的片体积、通过3D相机5计算物料总长度和3D相机5的扫描间隔，Vi是一个随物料运动不断变化的数据，L2是h的倍数；

L1＝n×p

L2＝m×h

式中：L1、n、p分别代表线扫相机7计算出的物料总长度、侧面图像分割完成所用的次数和图像分割间隔；；

L2、m、h分别代表3D相机5计算出的物料总长度、3D相机5判断物料采集完成所用的次数和3D相机5的扫描间隔；

S3判断3D相机5检测的物料总长度L2是否在设定的范围内

S3-1若物料总长度L2在设定的范围内，则

S3-1-1计算平均的切片体积数据V_N

式中：V_N、V、N分别代表按照特定切片数量计算出的切片平均体积、物料的总体积和特定的切片数量；

S3-1-2计算分切物料第一块长度

式中：Vi、V_N、Ii分别代表以扫描间隔h为长度的片体积累积过程数、按照特定切片数量计算出的切片平均体积以及第一块切片物料从1开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当Vi满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝Ii

式中：I₁、Ii分别代表第一块切片物料的扫描间隔h累积值、当第一块切片物料从1开始累积扫描间隔h的过程中满足前面计算公式的当前值；

计算出第一片的长度：

X₁＝I₁×h

式中：X₁、I₁、h分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料的扫描间隔h的累计值和3D相机5的扫描间隔；

计算分切物料的第二块长度

式中：Vi、V_N、Ii分别代表以扫描间隔h为长度的片体积累积数、按照特定切片数量计算出的切片平均体积以及第二块切片物料从第一块的末尾开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当Vi满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝Ii-I₁

式中：I₂、Ii、I₁分别代表第二块切片物料的扫描间隔h累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积扫描间隔h的过程中满足前面计算公式的当前值和第一块切片物料的扫描间隔h的累计值；

计算出第二片的长度：

X₂＝I₂×h

式中：X₂、I₂、h分别代表第二块切片物料的长度、第二块切片物料的扫描间隔h的累计值和3D相机5的扫描间隔；

以此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

S3-1-3输出分切数据结果；

S3-2若物料总长度L2不在设定的范围内，则使用线扫相机7的检测结果进行计算；

S3-2-1计算平均的切片面积数据SN；

式中：SN、S、N分别代表按照特定切片数量计算出的切片平均侧面积、物料的总侧面积和特定的切片数量；

S3-2-2计算分切物料第一块长度

式中：Si、SN、Ii分别代表以分割间隔p为长度的片侧面积累积过程数、按照特定切片数量计算出的切片平均侧面积以及第一块切片物料从1开始累积分割间隔p的过程数；

在计算中，当Si满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝Ii

式中：I₁、Ii分别第一块切片物料的分割间隔p累积值、当第一块切片物料从1开始累积分割间隔p的过程中满足前面计算公式的当前值；

计算出第一片的长度：

X₁＝I₁×p

式中：X₁、I₁、p分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料经过分割间隔p的累计值和分割间隔；

计算分切物料的第二块长度

式中：Si、SN、Ii分别代表以分割间隔p为长度的片侧面积累积数、按照特定切片数量计算出的切片平均侧面积以及第二块切片物料从第一块的末尾开始累积分割间隔p的过程数；

在计算中，当Si满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝Ii-I₁

式中：I₂、Ii、I₁分别代表第二块切片物料的分割间隔p累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积分割间隔p的过程中满足前面计算公式的当前值和第一块切片物料的分割间隔p的累计值；

计算出第二片的长度：

X₂＝I₂×p

式中：X₂、I₂、p分别代表第二块切片物料的长度、第二块切片物料的分割间隔p的累计值和分割间隔p；

依此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

S3-3判断X₁、X₂…X_N的数据是否满足最大分切能力；

S3-3-1全部数据满足范围，输出X₁、X₂…X_N

S3-3-2出现超出分切能力的数据，则：发出“检测错误”的报警信息。

一种对不规则烟包实现均匀分切检测的计算机程序产品，所述的计算机程序产品被有形地存放存储在工控机的非瞬态可读存储介质上，具有以下特征：

该计算机程序被工控机内的处理器执行实现所述的对不规则烟包实现均匀分切的检测方法的步骤。