顾昌铃
（上海烟草机械有限责任公司，上海 201206）
摘要：规划了一种依据机器视觉和光电检测相结合烟支检测体系。体系将相机收集的图画信息和光电传感器扫描得到的电压信号送入操控器进行兼并处理剖析，终究辨认出待检烟包是否存在质量缺点。本体系打破的将两种检测技能结合在一起，优势互补，现已广泛地使用在烟草包装机上。
关键词：机器视觉；光电检测；空头；缺支
0 导言在卷烟加工出产的进程中，烟支的好坏直接影响产品的终究质量，从卷接机输送到包装线的烟支由于种种原因会有各种不合格品。为了确保终究烟包内的烟支质量，包装线上需求设备烟支检测设备，用于检测烟包内单个烟支的装填状况（空头检测），以及整个烟包的完整性（缺支、缺嘴检测等），并对存在缺点的烟包向包装机组操控体系发送除掉信号。
ZB25/ZB45系列中速包装机组是国内烟厂的干流机型，约有2000台机器在运用。现在，该包装机组上运用最多是光电式烟支检测器，还有一些近几年推出的机器视觉式检测器以及少数传统的机械触摸式检测器。
光电式烟支检测器投入市场较早，前期产品已运用超越十年，存在体系老化、可靠性下降等危险，且在细支烟检测、人机交互性上体现一般，一起国内部分烟厂开端推行滤嘴侧具有各种图画的异型烟，而光电式烟支检测器无法对其进行有用检测；机器视觉式检测器尽管处理了异型烟的检测，并根本杜绝了缺支、反支烟的漏剔，但由于烟丝侧的空头状况复杂多变以及松头的存在，因而烟丝侧还存在漏剔现象。
依据光电式和机器视觉式各有优势而又都存在一些缺点，咱们将二者结合起来，规划了新式的复合型烟支检测体系。
2 体系总述
2.1 硬件
复合型烟支检测体系选用机器视觉和光电检测两种技能相结合，对烟包中的缺支、缺嘴、反支以及空头烟进行检测。该体系首要由操控器和烟丝侧/滤嘴侧图画收集组件两部分组成，其原理框图如图1所示。
操控器为检测器的中心处理单元，包含人机界面和操控组件。其间人机界面由工控板和一个带触摸屏的五颜六色液晶屏组成，工控板用于操作体系及上位机软件的运转，选用的是COM-express模块，该模块选用一致的行业标准，当需求进行体系硬件晋级时，无需变化载板，只需替换COM-express模块即可；操控组件用于工控板的外围扩展，首要包含接口板单片机、编码器信号收集电路、USB数据收集接口、包装机组操控体系通讯接口、恒流源电路等。
烟丝侧/滤嘴侧传感器包含图画收集模块和光电收集模块。图画收集模块担任操控光源对烟支烟丝/滤嘴端面照明，经过图画传感器收集烟支烟丝/滤嘴端面图画并进行开端处理后传送给操控器。光电收集组件担任操控光电管向烟支烟丝/滤嘴端面发射红外光，经过模块中单片机的ADC模块收集经反射发生的电压信号并进行开端处理后传送给操控器。
2.2 软件
本检测体系软件包含操控器上、下位机软件和烟丝、滤嘴传感器内的光电操控软件。
操控器上位机软件的功用首要包含图画处理、数据核算、体系全体操控和与人机交互，选用的操作体系为Windows 7，开发环境为Visual Studio 2010。上位机软件从烟丝侧/滤嘴侧相机接纳收集到的图画数据；经过图画处理技能对收集到的图画数据进行处理，判别是否存在空头、缺支等缺点，并与光电收集模块收集的信息进行数据兼并，判别当时烟包是否存在空头、缺支等缺点。若检测到缺点则向接口板CPU发送指令，由接口板向包装机组操控柜发送除掉信号，处理流程如图2所示。
上位机一起经过显现屏显现体系运转的相关信息；经过触摸屏呼使用户的参数设置等操作。
操控器下位机软件首要担任履行上位机软件的指令，对外围设备进行相关操作。完结的功用首要包含：经过编码器信号收集电路读取编码器的相位并传送给上位机软件；操控烟丝侧/滤嘴侧组件中的图画收集组件在指定相位进行图画收集；向烟丝侧/滤嘴侧光电收集模块发送相位信息；依据上位机软件指令向包装机组操控柜发送空头、缺支等除掉信号。
光电操控软件对下位机软件发送的相位脉冲进行辨认，在相位扫描区间对烟丝和滤嘴端面进行动态扫描，得到各排烟支的电压曲线；在各烟支相位区间内核算得到各烟支烟丝/滤嘴的电压最小值，并将该值及电压曲线数据发送给操控器上位机软件。光电操控软件运用Keil编程东西和C言语进行编程。
3 关键技能完成
3.1 烟丝侧/滤嘴侧传感器
烟丝侧/滤嘴侧传感器别离包含图画收集模块和光电收集模块两部分。考虑两种计划规划：第一种为分体规划；第二种为一体化规划。
分体规划是将图画收集模块和光电收集模块独立进行规划，选用两个结构壳体，优点是每个独立模块结构上相对简略，而且二者不会彼此干与；害处是分体式规划带来的空间占用大，两个模块不能一起对一包烟进行检测，给现场设备调试带来不方便。
一体化规划是将光电数据收集模块和图画数据收集模块封装成一个结构全体，使两种检测办法共存于一个检测工位，且两个模块内部独立运转，而且别离选用标准的输出接口，便于晋级、替换，优点是结构紧凑，现场设备调试快捷，害处是图画收集模块需求在烟支动态中摄影，或许发生收集的图画呈现动态含糊问题。经过重复实验，咱们选用进步光源亮度、减小曝光时刻、优化图画降噪处理等办法，能够很好的处理图画动态含糊的问题，到达检测要求。
经过对两个计划的实验数据收集比较以及现场设备等要素的归纳考虑，一体化规划尽管在动态中摄影，但经过处理能够到达运用要求，而现场设备方位又严重，因而决议选用一体化规划计划。如图3所示为一体化规划传感器内部结构示意图和现场设备作用。
3.2 操控器上位机软件
操控器上位机程序选用依据对话框的Windows使用程序规划，担任图画和光电数据处理以及体系的全体操控。其根本功用包含：经过操控组件接口板上的通讯接口与图画收集组件通讯，从图画收集组件接纳收集到的图画数据；经过串口承受光电数据；别离对图画和光电数据进行处理，判别当时烟包中是否存在空头、缺支等缺点；在检测到缺点时向接口板CPU发送指令，奉告其在指定的相位向包装机组操控柜发送除掉信号；经过显现屏显现体系运转的相关信息；经过触摸屏呼使用户的参数设置等操作。
图画处理部分是上位机软件开发的难点和要点，首要涉及到以下几种处理办法：去噪、色彩别离、灰度化、二值化等。灰度化是将红、绿、蓝三通道五颜六色图画转化为黑、白之间的过渡色组成的单通道图画。色彩别离是将红、绿、蓝三通道五颜六色图画别离成红、绿、蓝三种色彩的单通道图画，也能够在HSV、Lab等其它色彩空间进行别离。二值化是经过单个或多个切割阈值将图画中的方针和布景区域别离的进程。图画的去噪便是图画增强的一种，经过选用特定的办法，把CMOS成像进程中的杂质过滤掉，以更便于后期的图画处理。
操控器上位机程序功用分配表如表1所示。其详细的运转进程如下：(1)开端进行软件初始化，发动软件并读取保存的配置文件，康复之前的设置；向下位机发送初始化相机指令和根本设置指令，并查询是否辨认相机。
(2)软件正常则进入作业界面，开端接纳图画，并对其进行数据处理，判别当时烟包中是否存在空头、缺支等缺点。
(3)经过串口承受光电收集数据，并对其进行数据处理，判别当时烟包中是否存在空头、缺支等缺点。
(4)归纳光电和视觉检测成果，向下位机发送除掉指令和体系毛病状况。
(5)体系呈现毛病时，体系会对毛病进行信息核算。
(6)在软件正常作业时，能够对其进行标准、核算使能、相机参数、暗码等。
4 定论
复合型烟支检测体系是依据市场需求，从硬件到软件彻底自主开发的产品，它将光电和视觉检测技能结合在一起，精确的完成了对烟包中缺支、缺嘴、反支以及空头烟的检测。
参考文献
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作者简介：
顾昌铃(1982-),男，江苏邗江，工程师，学士，首要研讨方向：自动操控，智能制作
单位：上海烟草机械有限责任公司
通信地址：上海市浦东新区金港路1041号
邮政编码：201206
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本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第6期第66页，欢迎您写论文时引证，并注明出处
