阅读说明：本技术 一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备及其卷烟机 (Detection equipment for detecting cigarette quality based on machine vision and cigarette making machine thereof ) 是由 阚晖 杨树青 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备及其卷烟机,本发明的基于机器视觉检测烟支质量的检测设备包括管理主机、烟支外观检测装置、用于检测烟支滤嘴端端面和/或点燃端端面的烟支端面检测装置,所述管理主机与所述烟支外观检测装置、所述烟支端面检测装置分别连接,实现数据的传输。其有益效果是：采用相机以拍照的方式采集传送鼓轮上的烟支滤嘴端端面图像和点燃端端面图像,不仅能够有效检测烟支端面的空头和缺嘴,而且能够同时检测出其它端面缺陷,机器视觉检测是最直接的外观检测,检测效率高、灵敏度高、设备方便维护。(The invention relates to a detection device for detecting cigarette quality based on machine vision and a cigarette making machine thereof. The beneficial effects are as follows: adopt the camera with the mode of shooing to gather cigarette filter tip end face image and the ignition end face image on the conveying drum, not only can effectively detect the end of cigarette end face and lack the mouth, can detect out other terminal surface defects simultaneously moreover, machine vision detects that the appearance that is the most direct detects, detection efficiency height, sensitivity height, equipment convenient maintenance.)

一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备及其卷烟机

技术领域

本发明涉及烟支检测领域，特别涉及一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备及其卷烟机。

背景技术

烟支外观具体指除了烟支滤嘴端端面和点燃端端面的烟棒；烟支的空头是指“烟支端头因烟丝未填充而形成的一定面积和深度的空陷”。烟支外观和烟支空头是烟支的重要质量指标，空头烟支虽不影响抽吸，但消费者可直观感知该缺陷，继而对相应烟支品牌产生不良印象，从而可能抵消卷烟企业为品牌构建付出的努力。烟支的缺嘴指的是缺少过滤嘴，如果缺少过滤嘴属于重大缺陷。

传统的烟支滤嘴端面检测与剔除是在小包模盒中进行的，当小包模盒中有一支烟为空头时会将所有20支烟全部剔除作为残烟进行回收处理，造成极大的浪费，被剔除的大量烟支要被人工回收，也增加了工作人员的工作量。为解决此问题，有采用红外光电传感器作为检测元件在卷烟机上检测烟支空头和是否缺滤嘴，具体为，将从烟丝端反射回来的光信号转换为电信号，根据电信号判断当前烟支是否为空头烟和缺滤嘴。采用红外光电传感器检测的方法如果烟支距离传感器的远近不同会造成误剔，而且此方法没有直观性，剔除出来的烟支由于受到外力的作用必然是空头烟支，这样就无法知道剔除的烟支是否是真的为空。并且光电式松头检测器需要经常进行表面清洁，长期运行光电管存在不同程度的衰减，导致检测不准确。而且，烟支除了缺嘴缺陷和空头缺陷之外，还有其它的缺陷也需要检测，目前还没有综合检测烟支滤嘴端端面和点燃端端面的设备。使用机器视觉技术检测烟支外观也成为了一种趋势。

为此，提供一种结构合理、检测效率高、既能检测烟支外观又能检测烟支端面的基于机器视觉检测的烟支质量检测装置，是本发明的创研动机。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、检测效率高、既能检测烟支外观又能检测烟支端面的基于机器视觉检测的烟支质量检测装置及其卷烟机。

本发明提供的一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备，其技术方案为：

一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备，包括管理主机、烟支外观检测装置、用于检测烟支滤嘴端端面和/或点燃端端面的烟支端面检测装置，所述管理主机与所述烟支外观检测装置、所述烟支端面检测装置分别连接，实现数据的传输；

所述烟支端面检测装置包括第一相机组件和用于照射烟支端面的光源，所述第一相机组件安装在支架上，用于采集烟支滤嘴端端面图像和/或点燃端端面图像；

所述烟支外观检测装置包括第二相机组件、第三相机组件和用于照射烟支外观的光源，所述第二相机组件和所述第三相机组件通过支架分别固定在卷烟机传送鼓轮的侧面，分别用于采集烟支外观图像。

优选地，所述检测设备还包括钢印检测装置，所述钢印检测装置包括第四相机组件，所述第四相机组件包括用于照射卷烟纸上钢印的光源和用于采集卷烟纸上的钢印图像的相机；所述钢印检测装置与所述管理主机连接，实现数据的传输。

优选地，所述第二相机组件和所述第三相机组件分别包括两个相机，两个相机用于对烟支的每个侧面分别成像，烟支同一侧面的两个相机的图像采集方向之间的夹角小于75度；或者所述第二相机组件和所述第三相机组件分别包括一个相机，一个相机用于对烟支的每一个侧面成一次以上像。

优选地，在烟支的每个端面设置两个相机对烟支的每个端面分别成像，或者在烟支的每个端面设置一个相机对烟支的每个端面成一次以上像；

所述第四相机组件包括两个相机，用于对卷烟纸上的钢印图像分别成像，或者所述第四相机组件包括一个相机，用于对卷烟纸上的钢印图像成一次以上像。

优选地，所述管理主机接收烟支端面检测装置、烟支外观检测装置和钢印检测装置中的检测信号；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具有缺陷，如果有缺陷，管理主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有缺陷的烟支。

优选地，所述第一相机组件包括反射镜、透明防尘板和相机外罩，所述反射镜设置在所述相机外罩内，所述反射镜将待检测图像反射到相机；所述透明防尘板设置在所述相机外罩上，防止灰尘进入相机组件内。

优选地，所述相机外罩包括弯折部和具有空腔的细长部，所述弯折部延伸至烟支的端面，所述反射镜和所述光源设置在所述弯折部内，所述反射镜将待检测图像通过细长部反射到相机。

优选地，所述第一相机组件内设置有第一相机和第二相机，用于检测烟支的滤嘴端端面和点燃端端面；

所述第一相机和所述第二相机均位于烟支同一端面的一侧，所述相机外罩包括具有空腔的细长部，所述第一相机的镜头面向所述细长部设置，所述细长部的一端具有弯折部，所述弯折部内设置有反射镜，所述反射镜将烟支的一个端面的图像反射到第一相机的镜头；所述第二相机采集烟支另一端的端面图像；

或者，所述第一相机和所述第二相机均位于烟支的侧面，与烟支平行，所述相机外罩包括两个弯折部，所述两个弯折部分别面向两个烟支的端面，所述第一相机和所述第二相机通过反射镜采集烟支端面的图像；

或者，所述第一相机位于烟支的侧面，与烟支平行，所述相机外罩具有弯折部，所述弯折部面向烟支的内端面，所述反射镜将烟支端面的图像反射到第一相机的镜头；所述第二相机位于烟支外端面的一侧，面向烟支端面。

优选地，所述第二相机组件和所述第三相机组件安装在PASSIM卷烟机上，PASSIM卷烟机的鼓轮结构从左到右依次为剔除鼓、检测鼓、选择鼓轮和第二分离鼓轮，所述第二相机组件设置在第二分离鼓轮的左上方，所述第三相机组件设置在选择鼓轮的右下方；

或者，所述第二相机组件和所述第三相机组件安装在ZJ17、PROTOS70、PROTOS90S、PROTOS2C、ZJ112或ZJ118型号的卷烟机的接嘴机上，该类卷烟机的接嘴机从左到右依次为剔除鼓、检测鼓和调头鼓，第二相机组件设置在剔除鼓右侧，第三相机组件设置在检测鼓左上方；

或者，所述第二相机组件和所述第三相机组件安装在改进型PROTOS70、改进型ZJ17或改进型PROTOS90S卷烟机的接嘴机上，该类卷烟机的接嘴机从左到右依次为剔废鼓、检测鼓、传送鼓以及调头鼓，第二相机组件设置在调头鼓的上方；第三相机组件设置在传送鼓左下方；

或者，所述第二相机组件和所述第三相机组件安装在PROTOS2-2、PROTOS2、PROTOS-M5、ZJ116卷烟机上，该类卷烟机的接嘴机从左到右依次为剔除鼓、检测鼓、传送鼓I以及传送鼓II，第二相机组件设置在传送鼓II上方；第三相机组件设置在传送鼓I右下方。

一种包括权上述的基于机器视觉检测烟支质量的检测设备的卷烟机，卷烟机上的多个传送鼓轮安装在鼓轮安装板上，传送鼓轮上烟支的一个端面面向鼓轮安装板，另一端面向外，传送鼓轮外侧还设置有防护罩，烟支端面检测装置和烟支外观检测装置安装在多个传送鼓轮形成的间隙处，并位于所述防护罩内。

本发明的实施包括以下技术效果：

本发明的质量检测设备不仅能够有效检测烟支端面的空头和缺嘴，而且能够同时检测出其它端面缺陷，以及烟支外观缺陷，采用相机以拍照的方式采集传送鼓轮上的烟支单端面图像或者烟支双端面图像，通过对拍照的图片进行分析判断，能有效检测并剔除滤嘴丢失、滤嘴变形、滤嘴内孔不洁、滤嘴内孔变形、滤嘴侧壁孔洞、水松纸包裹不严、烟丝缺失、烟丝膨出，烟丝端切割不良等端面外观有缺陷的烟支，满足卷烟企业对端面检测的需求。同时该装置具有良好的兼容性，对非空心滤嘴也有良好的检测效果。对提高成品烟支的质量有非常大的帮助。机器视觉检测是最直接的外观检测，检测效率高、灵敏度高、设备方便维护。

使用本发明的在线质量检测设备，还能够识别出烟棒以及钢印的外观缺陷，实现对烟支外观质量的在线实时检测，提高产品的质量，减少烟厂的人力成本和管理成本，改善企业形象。本发明的检测设备能够将烟支端面检测装置、烟支外观检测装置或钢印检测装置的缺陷识别和控制管理融入到一个管理主机内，解决了现有卷烟机上控制设备过多，难以管理的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备示意图。

图2为本发明实施例的烟支端面检测装置第一种结构示意图。

图3为本发明实施例的烟支端面检测装置第一种结构的相机组件内部结构示意图。

图4为本发明实施例的烟支端面检测装置第二种结构示意图。

图5为本发明实施例的烟支端面检测装置第二种结构的相机组件内部结构示意图。

图6为本发明实施例的烟支端面检测装置第三种结构示意图。

图7为本发明实施例的烟支端面检测装置第三种结构的相机组件内部结构示意图。

图8为本发明实施例的烟支外观检测装置安装结构示意图。

图9为本发明实施例的钢印检测装置结构示意图。

图10为本发明实施例的烟支结构示意图。

图中：1、第一相机组件；10、相机外罩；11、外接数据线；12、第一相机；13、第二相机；14、反射镜；15、弯折部；16、细长部；17、点燃端端面；18、烟支滤嘴端端面；2、支架；3、光源；4、传送鼓轮；5、鼓轮安装板；6、第二相机组件；7、第三相机组件；8、第四相机组件；9、卷烟纸。

具体实施方式

下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

参见图1所示，本实施例提供的一种基于机器视觉检测烟支质量的检测设备，包括管理主机、烟支外观检测装置、用于检测烟支滤嘴端端面18和/或点燃端端面17的烟支端面检测装置，所述管理主机分别与所述烟支外观检测装置、所述烟支端面检测装置连接，实现数据的传输；所述烟支端面检测装置包括第一相机组件1和用于照射烟支端面的光源3，所述第一相机组件1安装在支架2上，用于采集烟支滤嘴端端面18图像和/或点燃端端面17图像，烟支结构如图10所示；参见图8所示，所述烟支外观检测装置包括第二相机组件6、第三相机组件7和用于照射烟支外观的光源3，所述第二相机组件6和所述第三相机组件7通过支架2分别固定在卷烟机传送鼓轮的两个侧面，分别用于采集烟支外观图像。此外，很多品牌的香烟会在烟支上印刷独特同时又体现品牌文化的文字(钢印编号)和图像(钢印)，从而能在每一支烟支中都能体现品牌文化，充分提升品牌影响力、象征性等，特别是高端品牌香烟，烟支钢印的品牌宣传作用尤为重要；在香烟钢印生产过程中，有时会出现钢印印刷缺陷，包含钢印缺失、钢印牌号错误、钢印位置跑偏、钢印图像或字符模糊、钢印污点等问题；这些问题烟支如果流入市场，就会影响卷烟的品牌形象，因此在卷烟纸9包裹烟丝之前进行钢印检测，显得非常必要。因此，参见图9所示，本实施例的检测设备还包括钢印检测装置，钢印检测装置包括第四相机组件8，所述第四相机组件包括用于照射钢印的光源3和用于采集卷烟纸上的钢印图像的相机。本发明的质量检测设备不仅能够有效检测烟支端面的空头和缺嘴，而且能够同时检测出其它端面缺陷和烟支外观缺陷，采用相机以拍照的方式采集传送鼓轮4上的烟支单端面图像或者烟支双端面图像，通过对拍照的图片进行分析判断，能有效检测并剔除滤嘴丢失、滤嘴变形、滤嘴内孔不洁、滤嘴内孔变形、滤嘴侧壁孔洞、水松纸包裹不严、烟丝缺失、烟丝膨出，烟丝端切割不良等端面外观有缺陷的烟支，满足卷烟企业对端面检测的需求。同时该装置具有良好的兼容性，对非空心滤嘴也有良好的检测效果。对提高成品烟支的质量有非常大的帮助。本发明的基于机器视觉检测烟支质量的检测设备可以用于检测传统烟支，也可以用来检测加热不燃烧烟支，当检测加热不燃烧烟支时，点燃端指的是加热端。

具体地，也可以在第一相机组件1内设置两个相机对烟支的每个端面分别成像，或者设置一个相机对烟支的每一个端面成一次以上像(含一次)。关于外观检测的优选实施方式，第二相机组件6和第三相机组件7分别包括两个相机，两个相机用于对烟支的每个侧面分别成像，烟支同一侧面的两个相机的图像采集方向之间的夹角小于75度；或者第二相机组件6和第三相机组件7分别包括一个相机，一个相机用于对烟支的每一个侧面成一次以上像(含一次)。也可以设置两个相机对卷烟纸9上的钢印图像分别成像，或者设置一个相机对卷烟纸9上的钢印图像成一次以上像(含一次)。机器视觉检测是最直接的视觉检测，检测精度高，设备方便维护。钢印检测装置安装在卷烟机上。

采用机器视觉技术，实现对成品烟支外观质量的在线实时全面检测，将有缺陷的烟支及时剔除。可以大大降低检验人员的劳动强度，提高产品的质量，减少烟厂的人力成本和管理成本，改善企业形象。每个相机组件对每支烟支的任一侧面，均采集两次图像，每个相机组件都有两个相邻很近的相机在极短时间内对同一支烟先后进行采图，然后把这两幅图合成一副图。这样做的目的是为了区分究竟是缺陷还是飞沫，能够避免误检。在卷烟生产过程中，会有一些散碎的烟沫掉落并到处飞溅。当飞沫在相机与烟支之间时，单看一副图是无法区分的。但是飞沫的运动速度和烟机带动拍摄对象的运动速度基本不会一致，所以在有时间差的两幅图像里，可以通过污渍的位置变动大小来区分飞沫和缺陷。另一方面，飞沫在相机与烟之间，两相机位置不同，飞沫投影在烟支上的位置，也会有变化。将烟支同一侧面的两个相机的图像采集方向之间的夹角限定为小于75度，可以将两个相机组合在一个外壳内之后还便于安装在鼓轮之间形成的有限空间内，两个相机拍摄的图像具有足够大的重合度，用于区分是杂物或飞沫，避免误检；还能够取到足够全的烟支图像。

卷烟机上的多个传送鼓轮4安装在鼓轮安装板5上，传送鼓轮4上烟支的一个端面面向鼓轮安装板5，另一端面向外，传送鼓轮4外侧还设置有防护罩，烟支外观检测装置、烟支端面检测装置安装在多个传送鼓轮4形成的间隙处，并位于防护罩内。

本实施例的检测设备，烟支端面检测装置、烟支外观检测装置或钢印检测装置中的一个或任几个的检测信号通过外接数据线11传送到管理主机；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，管理主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。检测设备将烟支端面检测装置、烟支外观检测装置或钢印检测装置的缺陷识别和控制管理融入到一个管理主机内，解决了现有卷烟机上控制设备过多，难以管理的问题。

卷烟机上的鼓轮转动均会发出机器脉冲信号，脉冲信号作为信号源，管理主机的控制单元接受机器脉冲信号后向相机组件输出信号，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组件对卷烟纸9钢印、烟支的A、B面、烟支的端面进行图像采集，烟支检测图像根据标准图像进行等比例转换后分析是都存在缺陷，如果有缺陷，管理主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。可以给管理主机配备了一个显示器，方便监控和调整参数。

本实施例的烟支端面检测装置，即可以用来检测烟支的单端面或者双端面，烟支端面检测装置包括支架2、光源3和第一相机组件1，第一相机组件1安装在支架2上，第一相机组件1包括外接数据线11和相机，外接数据线11的一端与相机连接，用于照射烟支端面；第一相机组件1内设置有一个相机，用于检测烟支的单端面，或者第一相机组件1内设置有第一相机12和第二相机13，用于检测烟支的双端面。

本实施例的第一相机组件1可以直接使用相机进行检测，为了保证拍摄空间清洁，还可以设置相机外罩。具体地，本实施例中，第一相机组件1还包括反射镜14、相机外罩10、透明防尘板，相机和反射镜14设置在相机外罩10内，反射镜14将烟支端面的图像反射到相机镜头，光源3安装在支架2上或者安装在相机外罩10上。通过反射镜14反射摄像光路，能够在有限的安装空间内安装烟支外观检测设备，透明防尘板设置在相机外罩10上防止灰尘进入相机组件内。优选地，相机外罩10包括弯折部15和具有空腔的细长部16，弯折部15延伸至烟支的端面，反射镜14和光源3设置在弯折部15内，反射镜14将烟支端面的图像通过细长部16反射到相机镜头。

所述第一相机组件内设置有第一相机和第二相机，用于检测烟支的滤嘴端端面18和点燃端端面17；作为一种实施例，参见图2和图3所示，第一相机12和第二相机13均位于烟支同一端面的一侧(图3中所示传送鼓轮4的右侧)，相机外罩10包括具有空腔的细长部16，第一相机12的镜头面向细长部16设置，细长部16的一端具有弯折部15，弯折部15内设置有反射镜14，反射镜14将烟支的一个端面的图像反射到第一相机12的镜头；第二相机13采集烟支另一端的端面图像。作为另一种实施例，参见图4和图5所示，第一相机12和第二相机13均位于烟支的侧面，与烟支平行(图4中所示传送鼓轮4的上方)，相机外罩10包括两个弯折部15，两个弯折部15分别面向两个烟支的端面，第一相机12和第二相机13通过反射镜14采集烟支端面的图像。作为第三种实施例，参见图6和图7所示，第一相机12位于烟支的侧面，与烟支平行，相机外罩10具有弯折部15，弯折部15面向烟支的内端面，反射镜14将烟支端面的图像反射到第一相机12的镜头；第二相机13位于烟支外端面的一侧，面向烟支端面。

如果只需要检测一个端面的外观质量，则只需要设置一个相机就可以。需要说明的是，除了本实施例例举的相机组件的相机外罩10结构以及相机的设置方式之外，根据不同的卷烟机型，本领域技术人员根据本发明的公开，能够做出同等变换，也在本发明的保护范围之内。

本实施例的烟支外观在线检测装置可安装在不同的卷烟机上，由于卷烟机的机型为固定模式，而相机组件只能安装在传送鼓轮4的侧面，从安装成本考虑，基本不能改变卷烟机的传送鼓轮4或者增加安装空间，因此为了方便将本实施例的烟支外观检测装置安装到卷烟机上，不同的卷烟机将有不同的安装位置，经过研究，得出了相机组件在以下卷烟机型中的安装位置。

第二相机组件6和第三相机组件7安装在PASSIM卷烟机上，本领域技术人员可知PASSIM卷烟机的鼓轮结构从左到右依次为剔除鼓、检测鼓、选择鼓轮和第二分离鼓轮，第二相机组件6设置在第二分离鼓轮的左上方，第三相机组件7设置在选择鼓轮的右下方。由于PASSIM机型是双通道烟机，在PASSIM接嘴机上需采用四个相机在不同位置分别检测内、外排两支烟的两个侧面，不再赘述。

第二相机组件6和第三相机组件7安装在ZJ17、PROTOS70、PROTOS90S、PROTOS2C、ZJ112或ZJ118型号的卷烟机的接嘴机上，本领域技术人员可知该类卷烟机的接嘴机从左到右依次为剔除鼓、检测鼓和调头鼓，第二相机组件6设置在剔除鼓右侧，第三相机组件7设置在检测鼓左上方。该种安装位置能够很好的容纳相机组件，方便安装和布线。

第二相机组件6和第三相机组件7安装在改进型PROTOS70、改进型ZJ17或改进型PROTOS90S卷烟机的接嘴机上，本领域技术人员可知该类卷烟机的接嘴机从左到右依次为剔废鼓、检测鼓、传送鼓以及调头鼓，第二相机组件6设置在调头鼓的上方；第三相机组件7设置在传送鼓左下方。该种安装位置能够很好的容纳相机组件，方便安装和布线。

第二相机组件6和第三相机组件7安装在PROTOS2-2、PROTOS2、PROTOS-M5、ZJ116卷烟机上，本领域技术人员可知该类卷烟机的接嘴机从左到右依次为剔除鼓、检测鼓、传送鼓I以及传送鼓II，第二相机组件6设置在传送鼓II上方；第三相机组件7设置在传送鼓I右下方。由于PROTOS2-2、PROTOS2、PROTOS-M5、ZJ116机型是双通道烟机，在PROTOS2-2、PROTOS2、PROTOS-M5、ZJ116接嘴机上需采用四个相机在不同位置分别检测内、外排两支烟的两个侧面。

需要说明的是，卷烟机的传送鼓轮4安装后，传送鼓轮4的一端固定在基座3上，另一端面向外侧(面向观察者)，上述的“从左到右”指的是观察者面向安装传送鼓轮4后的卷烟机得出的左右顺序，在不同卷烟机上的传送鼓轮4根据行业常见叫法取名，只是为了区分多个鼓轮，示出鼓轮的顺序，从而限定相机组件的安装位置。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。