本实用新型涉及烟支质量检测技术领域，具体涉及检测烟支是否存在空头、松头、缺嘴、缺支、反支、横烟以及凹陷图案缺失等缺陷，尤其涉及一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置。
背景技术：
目前我国烟民数量世界第一，市场对烟支的需求量很大，由于产量的巨大，在卷烟生产过程中，难免会有空头、缺支等缺陷，侵害消费者权益，若不采取措施，将会影响品牌形象和企业形象。所以需要一种装置来检测不合格烟支。
在香烟加工生产过程中以及从卷接机输送到包装机包装过程中，烟支由于种种原因会有各种次品产生。为保证最终烟支的质量，包装线上需要安装烟支检测装置，用于检测烟支是否存在空头、松头、缺嘴、缺支、反支、横烟以及凹陷图案缺失等缺陷。
现有技术中主流的烟支检测为红外光电式和纯视觉式。红外光电式根据烟支较光电管距离远近时对红外光线反射程度不同的原理，实现对空头、缺支、缺嘴的检测，但对反支、横烟的检测能力较差，对目前市场上流行的烟支滤嘴侧具有凹陷图案的异形烟也难以准确检测。纯视觉式根据烟支成像中各区域灰度值的不同，实现对烟支滤嘴侧缺支、反支、缺嘴、横烟以及凹陷图案的准确检测，但对烟支烟丝侧松头检测能力较弱。以上两种烟支检测方式均无法实现同时对包装线上烟支烟丝侧及滤嘴侧缺陷的准确检测。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，将光电技术和机器视觉技术结合在一起，实现了同时对包装线上烟支烟丝侧及滤嘴侧缺陷的精准检测，即同时对烟支空头、松头、缺嘴、缺支、反支、横烟以及凹陷图案缺失等缺陷的精准检测，弥补了现有技术中单一检测方式的不足。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术解决方案是：
一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，包括一体化工控机、第一传感器、第二传感器和编码器；所述第一传感器与一体化工控机相连，将所采集图像信息和电压信息输送给一体化工控机；所述第二传感器与一体化工控机相连，将所采集图像信息和电压信息输送给一体化工控机；所述一体化工控机与编码器相连，读取编码器相位，并将相位信号传送给第一传感器和第二传感器，实现相位同步。
优选地，所述一体化工控机包括机箱箱体、工控板、控制组件、显示屏、接口板、印制板插座和母板；所述机箱箱体外表面安装有显示屏，所述显示屏与工控板连接，通过显示屏实现参数设置和数据查询；所述工控板与控制组件相连，分别安装在机箱箱体内部相应位置；所述接口板安装在机箱箱体的内部侧面与工控板相连，接口板是工控板对外的拓展；所述母板和印制板插座安装在机箱箱体内部底端，所述印制板插座用于将接口板的电信号连接到母板上；在母板上安装有第三电缆插座。
优选地，所述控制组件包括单片机、usb数据采集接口、恒流源电路、编码器信号采集电路和包装机组控制柜通讯接口；所述工控板与usb数据采集接口相连；所述单片机与工控板相连，所述单片机与编码器信号采集电路相连，所述编码器信号采集电路与编码器相连，所述单片机通过编码器信号采集电路读取编码器相位并传送给工控板；所述单片机与包装机组控制柜通讯接口相连，用于发送缺陷剔除信号；所述单片机与恒流源电路相连；所述单片机、包装机组控制柜通讯接口、恒流源电路和usb数据采集接口均与第三电缆插座相连。
优选地，所述第一传感器包括第一壳体、平面镜、第一led光源、第一光学镜头、第一工业相机、第一光电管、第一电缆插座、第一玻璃面和第一光电控制板，所述第一光电控制板包括第一光电数据采集器和第一串口通信电路；所述第一led光源安装在第一壳体内部相应位置用来提供照明；在第一壳体侧面安装有第一玻璃面，所述第一光电管紧贴第一玻璃面安装；所述第一光学镜头和第一工业相机安装在第一壳体内部呈一定角度向上，通过平面镜进行图像采集；所述第一光电数据采集器和第一串口通信电路安装在第一壳体的侧面；所述第一光电管与第一光电数据采集器相连，第一光电数据采集器与第一串口通信电路相连；所述第一电缆插座安装在第一壳体上，所述第一串口通信电路、第一led光源和第一工业相机均与第一电缆插座相连，所述第一电缆插座通过数据线与第三电缆插座相连。
优选地，所述第二传感器包括第二壳体、第二led光源、第二光学镜头、第二工业相机、第二光电管、第二电缆插座、第二玻璃面和第二光电控制板，所述第二光电控制板包括第二光电数据采集器和第二串口通信电路；所述第二led光源安装在第二壳体内部相应位置用来提供照明；在第二壳体侧面安装有第二玻璃面，所述第二光电管紧贴第二玻璃面安装；所述第二学镜头和第二工业相机安装在第二壳体内部，在水平方向直接进行图像采集；所述第二光电数据采集器和第二串口通信电路安装在第二壳体的侧面；所述第二光电管与第二光电数据采集器相连，第二光电数据采集器与第二串口通信电路相连；所述第二电缆插座安装在第二壳体上，所述第二串口通信电路、第二led光源和第二工业相机均与第二电缆插座相连，所述第二电缆插座通过数据线与第三电缆插座相连。
优选地，所述编码器为增量编码器。
与现有技术相比本实用新型具有的有益效果：
(1)该烟支检测装置与现有技术相比能够同时对包装线上烟支烟丝侧及滤嘴侧缺陷的精准检测，即同时对烟支空头、松头、缺嘴、缺支、反支、横烟以及凹陷图案缺失等缺陷的精准检测，弥补了现有技术中单一检测方式的不足。
(2)该装置设有触摸显示屏，操作者可通过屏幕查看系统运行的相关信息，并通过触摸屏设置系统的相关参数。
附图说明
图1是本实用新型电路连接框图。
图2是本实用新型检测烟支流程图。
图3是一体化工控机的正面剖视图。
图4是第一传感器内部安装示意图。
图5是第二传感器内部安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行具体的说明：
结合图1至图5，一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，包括一体化工控机、第一传感器、第二传感器和增量式编码器。其中第一传感器安装在烟丝侧，具有视觉检测模块和光电检测模块，将所采集图像信息和电压信息输送给一体化工控机，用于检测烟丝侧缺陷；第二传感器安装在滤嘴侧，具有视觉检测模块和光电检测模块，将所采集图像信息和电压信息输送给一体化工控机，用于检测滤嘴侧缺陷。其中一体化工控机与增量编码器相连，读取编码器相位，并将相位信号传送给第一传感器和第二传感器，实现相位同步。
其中，如图1和图5所示，一体化工控机包括机箱箱体1、工控板2、控制组件3、触摸显示屏4、接口板5、印制板插座6和母板7。具体的机箱箱体1外表面安装有触摸显示屏4，所述触摸显示屏4与工控板5连接，用户通过触摸显示屏4实现参数设置和数据查询。所述工控板2与控制组件3相连，分别安装在机箱箱体1内部相应位置；所述接口板5安装在机箱箱体1的内部侧面与工控板2相连，具体的工控板2通过自带接口插到接口板5上，接口板5是工控板2对外的拓展，具体的工控板2用于操作系统以及上位机软件的运行。所述母板7和印制板插座6安装在机箱箱体1内部底端，所述印制板插座6用于将接口板5的电信号连接到母板7上；在母板7上安装有第三电缆插座8。
其中，如图1所示，控制组件包括单片机、usb数据采集接口、恒流源电路、编码器信号采集电路和包装机组控制柜通讯接口。工控板与usb数据采集接口相连。单片机与工控板相连，用于执行上位机软件的控制命令，具体执行控制命令包括读取编码器相位、与包装机组控制系统通讯、向第一传感器和第二传感器发送相位同步信号。单片机与编码器信号采集电路相连，编码器信号采集电路与增量编码器相连，单片机通过编码器信号采集电路读取增量编码器相位并传送给工控板。单片机与包装机组控制柜通讯接口相连，用于发送缺陷剔除信号，包装机组控制柜接到剔除信号后在剔除口把相应缺陷烟包剔除。单片机与恒流源电路相连。单片机、包装机组控制柜通讯接口、恒流源电路和usb数据采集接口均与第三电缆插座8相连。
其中，如图4所示，第一传感器包括第一壳体9、平面镜10、第一led光源11、第一光学镜头12、第一工业相机13、第一光电管14、第一电缆插座15、第一玻璃面16和第一光电控制板17，所述第一光电控制板17包括第一光电数据采集器和第一串口通信电路。第一led光源11安装在第一壳体9内部相应位置用来提供照明，目的使被测物完好时与缺陷时对比明显，便于后续的图像处理。在第一壳体9侧面安装有第一玻璃面16，第一光电管14紧贴第一玻璃面16安装。第一光学镜头12和第一工业相机13安装在第一壳体9内部呈一定角度向上，通过平面镜10进行图像采集，被测物透过第一玻璃面16经过平面镜10反射进入第一光学镜头12，第一光学镜头12将烟支图像呈现在第一工业相机13靶面上，第一工业相机13采集图像信息经过初步处理，即把电模拟信号转化为usb数字信号，然后传送给一体化工控机。由于第一传感器安装位置有限所以内部加装平面镜10。第一光电数据采集器和第一串口通信电路安装在第一壳体9的侧面，第一光电管14与第一光电数据采集器相连，第一光电数据采集器与第一串口通信电路相连，具体的第一光电管14发送红外光线并采集返回的光信息经过处初步处理，即把电流信号经过滤波等变成电压信号，然后传送给第一光电数据采集器，所述第一光电数据采集器将光电模拟信号转化为数字信号通过第一串口通信电路将数据传输给一体化工控机。第一电缆插座15安装在第一壳体9上，所述第一串口通信电路、第一led光源11和第一工业相机13均与第一电缆插座15相连，所述第一电缆插座15通过数据线与第三电缆插座8相连。
其中，如图5所示，第二传感器包括第二壳体18、第二led光源19、第二光学镜头20、第二工业相机21、第二光电管22、第二电缆插座23、第二玻璃面24和第二光电控制板25，第二光电控制板25包括第二光电数据采集器和第二串口通信电路。第二led光源19安装在第二壳体18内部相应位置用来提供照明，目的使被测物完好时与缺陷时对比明显，便于后续的图像处理。在第二壳体18侧面安装有第二玻璃面24，所述第二光电管22紧贴第二玻璃面24安装，第二学镜头20和第二工业相机21安装在第二壳体18内部，在水平方向直接进行图像采集，被测物透过第二玻璃面24进入第二光学镜头20，第二光学镜头20将烟支图像呈现在第二工业相机21靶面上，第二工业相机21采集图像信息经过初步处理，即把电模拟信号转化为usb数字信号，然后传送给一体化工控机。第二光电数据采集器和第二串口通信电路安装在第二壳体18的侧面，第二光电管22与第二光电数据采集器相连，第二光电数据采集器与第二串口通信电路相连，具体的第二光电管22发送红外光线并采集返回的光信息经过处初步处理，即把电流信号经过滤波等变成电压信号，然后传送给第二光电数据采集器，第二光电数据采集器将光电模拟信号转化为数字信号通过第二串口通信电路将数据传输给一体化工控机。第二电缆插座23安装在第二壳体18上，第二串口通信电路、第二led光源19和第二工业相机21均与第二电缆插座23相连，所述第二电缆插座23通过数据线与第三电缆插座8相连。
其中，第一传感器和第二传感器与一体化工控机的信息传送，均通过第一电缆插座15和第二电缆插座23分别与第三电缆插座8通过数据线进行。具体的工控板2通过单片机分别与第一传感器和第二传感器的光电控制板相连，并将相位信号发送至第一传感器和第二传感器实现该装置与整个包装机控制系统的相位同步。恒流源电路与单片机相连分别对第一传感器和第二传感器的led光源和光电管供电。usb数据采集接口分别与第一传感器和第二传感器的第一工业相机13和第二工业相机21相连并将工业相机采集图像信息传送给工控板2，单片机通过该接口控制第一工业相机13和第二工业相机21在指定时间拍照。
一体化工控机通过图像处理技术对视觉检测模块采集的图像数据进行处理并判断烟包中是否存在空头、缺嘴、缺支、反支、横烟以及凹陷图案缺失的缺陷。一体化工控机通过对光电检测模块采集的电压数据信号与基准电压对比，判断烟包中是否存在空头、松头、缺嘴、缺支的缺陷。任一种检测模块检测到产品缺陷时均认为产品发生缺陷，一体化工控机向包装机组控制柜发送相应剔除信号，包装机组控制柜在接收到烟支检测装置发送的剔除信号后，在剔除口把相应缺陷烟包剔除。
下面对第一传感器和第二传感器工作过程进行说明。
(1)对安装在烟丝侧第一传感器工作过程进行具体说明：
烟支烟丝侧第一传感器视觉检测模块中第一led光源11对烟丝端面进行照明，第一工业相机13对烟支的烟丝侧图像进行采集，第一工业相机13拍摄到的烟丝端面图像进行分割，每个烟支位置对应一个分割后图像，然后对每个烟支位置对应的图像依次进行灰度化、二值化、腐蚀和膨胀等初步处理。光电检测模块中第一光电管14采集烟丝端面电压信号，所述电压信号通过第一光电控制板17进行信号调理并和图像数据信号一起传送给一体化工控机。
一体化工控机查找并绘制烟丝图案轮廓，计算出轮廓面积即烟丝图案面积的像素数，若该有效像素低于基准值，视觉检测算法判断烟支存在缺陷，反之认为烟支正常。具体的烟支出现空头时会露出白色盘纸，烟丝呈深色，与盘纸对比明显，烟支出现横烟时，盘纸呈白色，与烟丝对比鲜明；同时将各烟支对应的电压与基准电压比较，若实际电压大于基准电压，则烟支存在缺陷，反之认为烟支正常。具体的当烟支出现空头、松头时电压较正常烟丝时明显增高。以上，若任一种检测算法判断烟支烟丝侧存在缺陷，均认为烟支存在缺陷。一体化工控机向包装机组控制柜发送相应剔除信号并保存缺陷数据信息，包装机组控制柜在接收到烟支检测装置发送的剔除信号后，在剔除口把相应缺陷烟包剔除。
(2)对安装在滤嘴侧第二传感器工作过程进行具体说明：
烟支滤嘴侧第二传感器视觉检测模块中第二led光源19对滤嘴端面进行照明，第二工业相机21对烟支的滤嘴侧图像进行采集，并将拍摄到的滤嘴端面图像进行分割，每个烟支位置对应一个分割后图像，然后对每个烟支位置对应的图像依次进行灰度化、二值化、腐蚀和膨胀等初步处理。光电检测模块第二光电管22采集滤嘴端面电压信号，所述电压信号通过第二光电控制板25进行信号调理并和图像数据信号一起通过电缆插座传送给一体化工控机。
一体化工控机查找并绘制烟丝图案轮廓，计算出轮廓面积即烟丝图案面积的像素数，若该有效像素低于基准值，视觉检测算法判断烟支存在缺陷，反之认为烟支正常。具体的当模盒中出现缺支或缺嘴时，由于光源没有照射到模盒的内部，系统拍摄到的图像中会出现亮度明显变暗的区域，与正常滤嘴端面的白色图像对比明显；当烟包中存在反支烟时，系统拍摄到的是烟丝端面的深色图像，与正常滤嘴端面的白色图像对比明显；当烟支类型为滤嘴端面有凹陷图案时，凹陷部分明显变暗，与正常滤嘴端面的白色图像同样对比明显；同时将各烟支对应的电压与基准电压比较，若实际电压大于基准电压，则烟支存在缺陷，反之认为烟支正常。具体的当出现缺支、反支时，电压较正常滤嘴明显增高。以上，若任一种检测算法判断烟支烟丝侧存在缺陷，均认为烟支存在缺陷。一体化工控机向包装机组控制柜发送相应剔除信号并保存缺陷数据信息，包装机组控制柜在接收到烟支检测装置发送的剔除信号后，在剔除口把相应缺陷烟包剔除。
本实用新型将光电技术和视觉技术结合在一起，设计一种新型的基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，即在烟支烟丝侧及滤嘴侧分别安装具有视觉检测模块和光电检测模块的传感器，对烟支空头、松头、缺嘴、缺支、反支、横烟以及凹陷图案缺失等进行检测，在任一种检测方式检测到缺陷烟支时，向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷烟支剔除，弥补了现有技术中单一检测方式的不足。
本实新型中工控板的具体结构以及单片机的具体型号以及相关引脚的连接方式参照现有技术，根据本装置应用在不同型号的包装机组可以做适应性改变，本实用新型不做具体说明。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
1.一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，其特征在于，包括一体化工控机、第一传感器、第二传感器和编码器；所述第一传感器与一体化工控机相连，将所采集图像信息和电压信息输送给一体化工控机；所述第二传感器与一体化工控机相连，将所采集图像信息和电压信息输送给一体化工控机；所述一体化工控机与编码器相连，读取编码器相位，并将相位信号传送给第一传感器和第二传感器，实现相位同步。
2.根据权利要求1所述的一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，其特征在于，所述一体化工控机包括机箱箱体、工控板、控制组件、显示屏、接口板、印制板插座和母板；所述机箱箱体外表面安装有显示屏，所述显示屏与工控板连接，通过显示屏实现参数设置和数据查询；所述工控板与控制组件相连，分别安装在机箱箱体内部相应位置；所述接口板安装在机箱箱体的内部侧面与工控板相连，接口板是工控板对外的拓展；所述母板和印制板插座安装在机箱箱体内部底端，所述印制板插座用于将接口板的电信号连接到母板上；在母板上安装有第三电缆插座。
3.根据权利要求2所述的一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，其特征在于，所述控制组件包括单片机、usb数据采集接口、恒流源电路、编码器信号采集电路和包装机组控制柜通讯接口；所述工控板与usb数据采集接口相连；所述单片机与工控板相连，所述单片机与编码器信号采集电路相连，所述编码器信号采集电路与编码器相连，所述单片机通过编码器信号采集电路读取编码器相位并传送给工控板；所述单片机与包装机组控制柜通讯接口相连，用于发送缺陷剔除信号；所述单片机与恒流源电路相连；所述单片机、包装机组控制柜通讯接口、恒流源电路和usb数据采集接口均与第三电缆插座相连。
4.根据权利要求3所述的一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，其特征在于，所述第一传感器包括第一壳体、平面镜、第一led光源、第一光学镜头、第一工业相机、第一光电管、第一电缆插座、第一玻璃面和第一光电控制板，所述第一光电控制板包括第一光电数据采集器和第一串口通信电路；所述第一led光源安装在第一壳体内部相应位置用来提供照明；在第一壳体侧面安装有第一玻璃面，所述第一光电管紧贴第一玻璃面安装；所述第一光学镜头和第一工业相机安装在第一壳体内部呈一定角度向上，通过平面镜进行图像采集；所述第一光电数据采集器和第一串口通信电路安装在第一壳体的侧面；所述第一光电管与第一光电数据采集器相连，第一光电数据采集器与第一串口通信电路相连；所述第一电缆插座安装在第一壳体上，所述第一串口通信电路、第一led光源和第一工业相机均与第一电缆插座相连，所述第一电缆插座通过数据线与第三电缆插座相连。
5.根据权利要求3所述的一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，其特征在于，所述第二传感器包括第二壳体、第二led光源、第二光学镜头、第二工业相机、第二光电管、第二电缆插座、第二玻璃面和第二光电控制板，所述第二光电控制板包括第二光电数据采集器和第二串口通信电路；所述第二led光源安装在第二壳体内部相应位置用来提供照明；在第二壳体侧面安装有第二玻璃面，所述第二光电管紧贴第二玻璃面安装；所述第二光学镜头和第二工业相机安装在第二壳体内部，在水平方向直接进行图像采集；所述第二光电数据采集器和第二串口通信电路安装在第二壳体的侧面；所述第二光电管与第二光电数据采集器相连，第二光电数据采集器与第二串口通信电路相连；所述第二电缆插座安装在第二壳体上，所述第二串口通信电路、第二led光源和第二工业相机均与第二电缆插座相连，所述第二电缆插座通过数据线与第三电缆插座相连。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种基于光电和视觉一体化技术的烟支检测装置，其特征在于，所述编码器为增量编码器。
技术总结