CN111329101B - 一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统。本发明系统包括：检测开关、3D相机、工业线阵相机、工控机。本发明方法通过机器视觉检测技术对烟包体积进行分析，将烟包的体积进行均分，再把均分结果传输给切片机，实现切片的智能化精确控制。本发明实现了对烟包的非接触、快速的外观及外形尺寸检测，并通过体积均匀分片算法计算出分切数据，可以提升加工过程质量、提高生产效率。本发明研究成果对不规则块状物料的外观及外形尺寸检测，还可推广其他行业应用，拓展应用领域。

Description

一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统

技术领域

本发明属于烟草技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统。

背景技术

切片机是卷烟加工企业制丝线切片回潮系统中的主要设备，也是制丝过程的首道加工设备，其工艺任务是将拆掉外包装的烟包按一定厚度分切成若干块，为烟块的松散、回潮提供工艺条件。

切片机分切后的烟块体积、宽度不一致会造成出料电子皮带秤物料流量不稳定，直接影响松散回潮的松散率和出口物料水分、温度的稳定，导致后续工序物料加工水分、温度产生波动，因此它对整个制丝过程质量的稳定性起着至关重要的作用。

传统切片机是主要采用编码器+光电管的定位方式，来测量烟包长度和分切宽度，进行定长分切。是比较粗放的方式，往往导致烟包切片后的厚度偏差较大。在实际生产过程中，开箱之后有部分烟包是异形烟包。对于这些异形烟包采用传统切片方式，就会导致烟片偏差超过标准值。因此，必须研制新的智能化精确控制方式控制分切烟片宽度极差和体积偏差，确保烟片体积或重量偏差在控制范围之内。保证后续松散回潮水分温度及后续工艺段的流量的均匀性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统。

本发明系统的技术方案为一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统，其特征在于，包括：检测开关、3D相机、工业线阵相机、工控机；所述检测开关分别与所述的3D相机、工业线阵相机通过有线方式依次连接；所述3D 相机与所述工控机通过有线方式连接；所述工业线阵相机与所述工控机通过有线方式连接；在烟包检测入口处安装所述的检测开关、3D相机和工业线阵相机；

作为优选，所述3D相机安装于输送带中心正上方，距皮带面1700mm处；覆盖检测范围即输送带宽为1200mm；

作为优选，所述工业线阵相机安装于输送线侧面，所述工业线阵相机的中心与烟包高度中心在同一水平面上，所述工业线阵相机安装距物料侧表面为1200mm；条形LED光源安装于输送带边缘，所述工业线阵相机检测线附近成45 度打光。

本发明方法的技术方案为一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制方法，其特征在于：

当物料进入检测区域时检测开关发出信号触发3D相机，采集烟包3D图像，侧面的工业线阵相机采集烟包侧面图像，通过所述工控机通过3D烟包图像与烟包侧面图像相结合进行运算，得到烟包的三维轮廓尺寸，根据体积均分算法均分烟包的体积并计算切片位置传送给切片机，切片机根据计算的切片位置进行精准切片；

所述烟包包含正常烟包和塌陷、缺角、错层、梯形形状的烟包；

所述通过通过3D烟包图像与烟包侧面图像相结合结合体积均分算法均分烟包的体积并计算切片位置，具体方法为：

工控机采集烟包的侧面图像，工业线阵相机按照扫描间隔p不断输出对应 p长度的侧面积数据，工控机实时获取面积数据并进行存储，工控机根据最终数据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、S_i、L₁、p分别代表物料的侧面总面积、以扫描间隔p为长度的片侧面积、通过工业线阵相机计算出的物料总长度和工业线阵相机的扫描间隔，S_i是一个随物料运动不断变化的数据，L₁是p的倍数；

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据并进行存储，工控机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、V_i、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相机计算物料总长度和3D相机的扫描间隔，V_i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分别代表工业线阵相机计算出的物料总长度、工业线阵相机判断物料采集完成所用的次数、工业线阵相机的扫描间隔；

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；

判断物料总长度L₂是否在设定的范围内，若物料总长度L₂是在设定的范围内，则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；

计算分切物料第一块长度

式中：V_i、V_N、I_i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开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当V_i满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝I_i

式中：I₁、I_i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：V_i、V_N、I_i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＝I_i-I₁

式中：I₂、I_i、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；输出分切数据结果；若物料总长度 L₂不在设定的范围内，则使用工业线阵相机的检测结果进行计算；

计算平均的切片面积数据S_N

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；

计算分切物料第一块长度：

式中：S_i、S_N、I_i分别代表扫描间隔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开始累积扫描间隔p的过程数；

在计算中，当S_i满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝I_i

式中：I₁、I_i分别代表第一块切片物料的扫描间隔p累积值、当第一块切片物料从开始累积扫描间隔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×p

式中：X₁、I₁、p分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料的扫描间隔p的累计值和工业线阵相机的扫描间隔；

计算分切物料的第二块长度：

式中：S_i、S_N、I_i分别代表以扫描间隔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扫描间隔p的过程数；

在计算中，当S_i满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝I_i-I₁

式中：I₂、I_i、I₁分别代表第二块切片物料的扫描间隔p累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积扫描间隔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扫描间隔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、第二块切片物料的扫描间隔p的累计值和工业线阵相机的扫描间隔；

以此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

若X₁、X₂…X_N均满足最大切分能力，输出X₁、X₂…X_N；

若出现超出分切能力的数据，工控机发出“检测错误”的报警信息；

工控机根据切片位置进行精准切片具体为：

工控机根据X₁、X₂…X_N的数据控制，进行精准切片。

本发明优点在于：

本发明采用先进的机器视觉和图像处理技术，实现了对烟包的非接触、快速的外观及外形尺寸检测，并通过体积均匀分片算法程序计算出分片数据，该应用研究的成功不仅可以提高生产效率、提升加工过程质量，有效提高制丝线预处理段的技术含量，加速行业向自动化、智能化、节能型方向发展，从而节约了人力、物力，可以产生良好的经济效益和社会效益。本发明研究成果对不规则块状物料的外观及外形尺寸检测，还可推广其他行业应用，拓展应用领域。

附图说明

图1：3D相机安装示意图。

图2：线阵相机安装示意图。

图3：烟包图像处理。

图4：对象识别定位方法基本框图。

图5：烟包三维成像图。

图6：异形烟包图。

图7：体积均分示意图。

图8：本发明方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明具体实施方式中系统的技术方案为一种基于机器视觉技术的切片机精确控制系统，其特征在于，包括：检测开关、3D相机、工业线阵相机、工控机；所述检测开关分别与所述的3D相机、工业线阵相机通过有线方式依次连接；所述3D相机与所述工控机通过有线方式连接；所述工业线阵相机与所述工控机通过有线方式连接；在烟包检测入口处安装所述的检测开关、3D相机和工业线阵相机；

如图1所示，所述3D相机安装于输送带中心正上方，距皮带面1700mm处；覆盖检测范围即输送带宽为1200mm；

如图2所示，所述工业线阵相机安装于输送线侧面，所述工业线阵相机的中心与烟包高度中心在同一水平面上，所述工业线阵相机安装距物料侧表面为 1200mm；条形LED光源安装于输送带边缘，所述工业线阵相机检测线附近成45 度打光。

所述检测开关选型为；所述3D相机选型为；所述工业线阵相机选型为；所述工控机选型为；

下面结合图1至图8介绍本发明的具体实施方式，具体如下：

当物料进入检测区域时检测开关发出信号触发3D相机，采集烟包3D图像，侧面的工业线阵相机采集烟包侧面图像，通过所述工控机通过3D烟包图像与烟包侧面图像相结合进行运算，得到烟包的三维轮廓尺寸，根据体积均分算法均分烟包的体积并计算切片位置传送给切片机，切片机根据计算的切片位置进行精准切片；

所述烟包包含正常烟包和塌陷、缺角、错层、梯形形状的烟包；

所述通过通过3D烟包图像与烟包侧面图像相结合结合体积均分算法均分烟包的体积并计算切片位置，具体方法为：

工控机采集烟包的侧面图像，工业线阵相机按照扫描间隔p不断输出对应 p长度的侧面积数据，工控机实时获取面积数据并进行存储，工控机根据最终数据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、S_i、L₁、p分别代表物料的侧面总面积、以扫描间隔p为长度的片侧面积、通过工业线阵相机计算出的物料总长度和工业线阵相机的扫描间隔，S_i是一个随物料运动不断变化的数据，L₁是p的倍数；

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据并进行存储，工控机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、V_i、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相机计算物料总长度和3D相机的扫描间隔，V_i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分别代表工业线阵相机计算出的物料总长度、工业线阵相机判断物料采集完成所用的次数、工业线阵相机的扫描间隔；

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；

判断物料总长度L₂是否在设定的范围内，若物料总长度L₂是在设定的范围内，则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；

计算分切物料第一块长度

式中：V_i、V_N、I_i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开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当V_i满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝I_i

式中：I₁、I_i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：V_i、V_N、I_i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＝I_i-I₁

式中：I₂、I_i、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；输出分切数据结果；若物料总长度 L₂不在设定的范围内，则使用工业线阵相机的检测结果进行计算；

计算平均的切片面积数据S_N

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；

计算分切物料第一块长度：

式中：S_i、S_N、I_i分别代表扫描间隔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开始累积扫描间隔p的过程数；

在计算中，当S_i满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝I_i

式中：I₁、I_i分别代表第一块切片物料的扫描间隔p累积值、当第一块切片物料从开始累积扫描间隔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×p

式中：X₁、I₁、p分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料的扫描间隔p的累计值和工业线阵相机的扫描间隔；

计算分切物料的第二块长度：

式中：S_i、S_N、I_i分别代表以扫描间隔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扫描间隔p的过程数；

在计算中，当S_i满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝I_i-I₁

式中：I₂、I_i、I₁分别代表第二块切片物料的扫描间隔p累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积扫描间隔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扫描间隔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、第二块切片物料的扫描间隔p的累计值和工业线阵相机的扫描间隔；

以此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

若X₁、X₂…X_N均满足最大切分能力，输出X₁、X₂…X_N；

若出现超出分切能力的数据，工控机发出“检测错误”的报警信息；

工控机根据切片位置进行精准切片具体为：

工控机根据X₁、X₂…X_N的数据控制，进行精准切片。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉检测技术的切片机精确控制系统，其特征在于，包括：检测开关、3D相机、工业线阵相机、工控机；所述检测开关分别与所述的3D相机、工业线阵相机通过有线方式依次连接；所述3D相机与所述工控机通过有线方式连接；所述工业线阵相机与所述工控机通过有线方式连接；在烟包检测入口处安装所述的检测开关、3D相机和工业线阵相机；

所述3D相机安装于输送带中心正上方，距皮带面1700mm处；覆盖检测范围即输送带宽为1200mm；所述工业线阵相机安装于输送线侧面，所述工业线阵相机的中心与烟包高度中心在同一水平面上，所述工业线阵相机安装距物料侧表面为1200mm；条形LED光源安装于输送带边缘，所述工业线阵相机检测线附近成45度打光；

当物料进入检测区域时检测开关发出信号触发3D相机，采集烟包3D图像，侧面的工业线阵相机采集烟包侧面图像，通过所述工控机通过3D烟包图像与烟包侧面图像相结合进行运算，得到烟包的三维轮廓尺寸，根据体积均分算法均分烟包的体积并计算切片位置传送给切片机，切片机根据计算的切片位置进行精准切片；

所述烟包包含正常烟包和塌陷、缺角、错层、梯形形状的烟包；

所述通过通过3D烟包图像与烟包侧面图像相结合结合体积均分算法均分烟包的体积并计算切片位置，具体方法为：

工控机采集烟包的侧面图像，工业线阵相机按照扫描间隔p不断输出对应p长度的侧面积数据，工控机实时获取面积数据并进行存储，工控机根据最终数据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、S_i、L₁、p分别代表物料的侧面总面积、以扫描间隔p为长度的片侧面积、通过工业线阵相机计算出的物料总长度和工业线阵相机的扫描间隔，S_i是一个随物料运动不断变化的数据，L₁是p的倍数；

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据并进行存储，工控机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、V_i、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相机计算物料总长度和3D相机的扫描间隔，V_i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分别代表工业线阵相机计算出的物料总长度、工业线阵相机判断物料采集完成所用的次数、工业线阵相机的扫描间隔；

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；

判断物料总长度L₂是否在设定的范围内，若物料总长度L₂是在设定的范围内，则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；

计算分切物料第一块长度

式中：V_i、V_N、I_i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开始累积扫描间隔h的过程数；

在计算中，当V_i满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝I_i

式中：I₁、I_i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：V_i、V_N、I_i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V_i满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝I_i-I₁

式中：I₂、I_i、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；输出分切数据结果；若物料总长度L₂不在设定的范围内，则使用工业线阵相机的检测结果进行计算；

计算平均的切片面积数据S_N

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；

计算分切物料第一块长度：

式中：S_i、S_N、I_i分别代表扫描间隔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开始累积扫描间隔p的过程数；

在计算中，当S_i满足上式时，得到第一块切片物料的累积结果：

I₁＝I_i

式中：I₁、I_i分别代表第一块切片物料的扫描间隔p累积值、当第一块切片物料从开始累积扫描间隔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×p

式中：X₁、I₁、p分别代表第一块切片物料的长度、第一块切片物料的扫描间隔p的累计值和工业线阵相机的扫描间隔；

计算分切物料的第二块长度：

式中：S_i、S_N、I_i分别代表以扫描间隔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扫描间隔p的过程数；

在计算中，当S_i满足上式时，得到第二块切片物料的累积结果：

I₂＝I_i-I₁

式中：I₂、I_i、I₁分别代表第二块切片物料的扫描间隔p累积值、当第二块切片物料从I₁开始累积扫描间隔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扫描间隔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、第二块切片物料的扫描间隔p的累计值和工业线阵相机的扫描间隔；

以此类推，计算出X₁、X₂…X_N的数据；

若X₁、X₂…X_N均满足最大切分能力，输出X₁、X₂…X_N；

若出现超出分切能力的数据，工控机发出“检测错误”的报警信息；

工控机根据切片位置进行精准切片具体为：

工控机根据X₁、X₂…X_N的数据控制，进行精准切片。

Images