本实用新型涉及小盒烟包包装质量检测技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置。
背景技术：
机器视觉技术，即采用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分cmos和ccd两种)把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。机器视觉伴随计算机技术、现场总线技术的发展，技术日臻成熟，已是现代加工制造业不可或缺的产品，广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。机器视觉的引入，代替传统的人工检测方法，极大地提高了投放市场的产品质量，提高了生产效率。
由于烟民的基数巨大，市场对烟支的需求量很大，同时消费者对香烟的包装质量要求越来越高，小盒烟包包装在烟厂被列为重要包装工序，其包装质量也逐渐成为烟厂最关注的项目之一。为防止有包装缺陷的烟包流入市场造成不良影响，烟厂在包装机主机出口处的传输通道上安装了小包外观检测器，同时还在包装机的辅机入口处加装了复检点。然而从多家烟厂反馈获悉，仍然有较多烟包端面包装缺陷的小盒烟包存在。
经过分析，上述现有技术中虽然包装机上安装了小包外观检测器，但安装位置比较靠前，检测点之后还有一道透明纸包装工序，从检测点到完成透明纸包装，小包还需运行一段距离，并且在透明纸包装工序之后没有再对其检测。在上述过程中，小包变轨运行和包装透明纸都会造成一些包装质量问题，尤其是烟包的两个端面。对于软包，可能会出现封签歪斜、脱落、缺失、破损以及标签纸露白等；对于硬包，可能会出现上盖破损、变形、脱落、撕烂等，这样导致烟包检测不够全面。
为了杜绝或者降低上述小盒烟包缺陷的出现，需要在烟包完成透明纸包装后，对烟包的两个端面进行二次复检。随之而来产生新的技术问题：由于检测是在完成透明包装后，透明纸具有反光性，使工业相机拍摄的图像不够清晰，降低了检测的准确性。
为了解决上述技术问题我公司进一步研发出一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，不但提高烟包检测的全面性，同时也提高了检测的准确性。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，与现有技术相比该检测装置不仅能够检测透明纸包装之前烟包包装纸是否存在缺陷，也能够用于检测小盒烟包在完成透明纸包装和堆叠后是否存在端面缺陷，尤其是烟包的两个端面，对于软包出现的封签歪斜、脱落、缺失、破损以及标签纸露白等；对于硬包出现的上盖破损、变形、脱落、撕烂等，从而保证小盒烟包包装检测的全面性，同时也提高了检测的准确性，从根本上减少不合格产品的流出。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术解决方案是：
一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，包括人机界面、控制器、图像采集器、编码器和接近开关；所述人机界面与控制器相连实现人机交互；所述控制器与编码器相连读取编码器相位；所述控制器与接近开关相连读取接近开关信号；所述图像采集器有两个均与控制器相连，同时采集烟包两个端面图像并将图像信息传送给控制器；所述控制器对图像信息进行处理和运算，根据处理和运算结果检测到烟包存在缺陷时向包装机组控制系统发出剔除信号。
优选地，所述图像采集器包括壳体、工业相机、镜头、led光源、漫反射板、分光片和海绵吸光垫；所述壳体左侧面上设有玻璃窗，所述壳体内部顶端安装有光源支架，led光源和漫反射板安装在光源支架相应位置；所述海绵吸光垫贴在壳体的内部底端；所述分光片与玻璃窗呈45°角安装在漫反射板与海绵吸光垫之间，其中漫反射板、分光片和海绵吸光垫三者呈z字形；所述壳体内部右侧安装有相机支架，工业相机和镜头安装在相机支架上；在壳体相应位置安装有插座，外接电源通过插座分别给led光源和工业相机供电；在壳体的顶部贴有橡胶垫，在橡胶垫上盖有上盖。
优选地，所述控制器包括控制板、cpu板、控制器上盖和控制器下盖，所述cpu板的背面贴有导热垫，所述cpu板通过螺栓和螺母固定在控制板上，所述控制板安装在控制器下盖的卡槽里，控制器上盖与控制器下盖通过螺钉固定。
优选地，所述cpu板与人机界面相连，用于操作系统以及上位机软件的运行。
优选地，所述控制板包括单片机、两个图像采集器通讯口、两路光源控制电路、输入采集电路和输出驱动电路；所述两个图像采集器通讯口分别与两个图像采集器中的工业相机相连，所述两个图像采集器通讯口均与cpu板相连，两个图像采集器通过该图像采集器通讯口将拍摄的图像传送给cpu板供其处理和分析，cpu板通过该图像采集器通讯口实现对两个图像采集器中工业相机拍照时机的控制；所述单片机与cpu板相连，用于执行cpu板上位机软件的控制命令，包括：单片机分别与两路光源控制电路相连，两路光源控制电路分别与对应的两个图像采集器中的led光源相连，单片机通过光源控制电路控制led光源的通断、单片机与输入采集电路相连，输入采集电路分别与编码器和接近开关相连，单片机通过输入采集电路读取编码器相位和接近开关信号、单片机与输出驱动电路相连，单片机通过输出驱动电路向包装机组控制系统发出烟包剔除信号。
与现有技术相比本实用新型具有的有益效果：
(1)该检测装置不仅能够检测透明纸包装之前烟包包装纸是否存在缺陷，也能够用于检测小盒烟包在完成透明纸包装和堆叠后是否存在端面缺陷，尤其是烟包的两个端面，对于软包出现的封签歪斜、脱落、缺失、破损以及标签纸露白等；对于硬包出现的上盖破损、变形、脱落、撕烂等，从而保证小盒烟包包装检测的全面性，从根本上减少不合格产品的流出。
(2)该检测装置如图4所示图像采集器采用半透、半反光源设计的光路结构，使工业相机采集图像更加清晰，提高了检测的准确性。
附图说明
图1是本实用新型原理框图。
图2是本实用新型图像处理流程图。
图3是本实用新型图像采集器剖视图。
图4是本实用新型控制器剖视图。
图中：1、壳体；2、上盖；3、橡胶垫；4、led光源；5、光源支架；6、插座；7、漫反射板；8、玻璃窗；9、分光片；10、海绵吸光垫；11、镜头；12、工业相机；13、相机支架；14、控制板；15、cpu板；16、控制器上盖；17、控制器下盖；18、导热垫。
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4，一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，包括人机界面、控制器、图像采集器、编码器和接近开关。所述人机界面与控制器相连实现人机交互，所述控制器与编码器相连读取编码器相位，所述控制器与接近开关相连读取接近开关信号，所述图像采集器有两个均与控制器相连，分别安装在包装机六角轮出口提升处的内外两侧。控制器通过编码器和接近开关来判断小盒烟包是否完成堆叠，一旦完成堆叠，控制器控制两个图像采集器同时采集烟包两个端面图像并将图像信息传送给控制器，所述控制器对图像信息进行处理和运算，根据处理和运算结果检测到烟包存在缺陷时向包装机组控制系统发出剔除信号。
其中图像采集器包括壳体1、工业相机12、镜头11、led光源4、漫反射板7、分光片9和海绵吸光垫10。在壳体1左侧面上设有玻璃窗8，在壳体1内部顶端安装有光源支架5，led光源4和漫反射板7安装在光源支架5相应位置。所述海绵吸光垫10贴在壳体1的内部底端。所述分光片9与玻璃窗8呈45°角安装在漫反射板7与海绵吸光垫10之间，具体的漫反射板7、分光片9和海绵吸光垫10三者呈z字形。在壳体1内部右侧安装有相机支架13，工业相机12和镜头11安装在相机支架13上；在壳体1相应位置安装有插座6，外接电源通过插座6分别给led光源4和工业相机12供电。在壳体1的顶部贴有橡胶垫3，在橡胶垫3上盖有上盖2，构成本检测装置的图像采集器。
具体的图像采集器有两个分别安装在包装机六角轮出口提升处的内外两侧，与现有技术相比本检测装置是对已经完成透明纸包装的烟包端面进行检测，此时烟包包装工序已经全部完成，检测点更加靠近条盒包装位置，大大降低了被检后的烟包在传输过程中造成外观缺陷而漏检的可能，保证烟包包装检测的全面性。同时为了降低透明纸反光，本装置如上采用半透、半反光源设计，大大降低了透明纸的反光，提高了检测准确性。
具体的半透、半反光源设计原理是：led光源4发出的光经过漫反射板7使光均匀，然后照射到分光片9上，所述分光片9为半透镜，其中一半的光透过分光片9照射到壳体1底部黑色海绵吸光垫10上被吸收，另一般光通过分光片9反射经过玻璃窗8照射到被测物上。被测物发出的光线透过玻璃窗8和分光片9直接进入到镜头11被工业相机12采集。
其中控制器包括控制板14、cpu板15、控制器上盖16和控制器下盖17，在cpu板15的背面散热器上贴有导热垫18，所述cpu板15通过螺栓和螺母固定在控制板14上，控制板14安装在控制器下盖17的卡槽里，控制器上盖16与控制器下盖17通过螺钉固定，构成了本检测装置的控制器。
具体的，cpu板15与人机界面相连，用于操作系统以及上位机软件的运行。
具体的，控制板14包括单片机、两个图像采集器通讯口、两路光源控制电路、输入采集电路和输出驱动电路，其中输入采集电路和输出驱动电路设有多路，为后期扩展使用。
所述两个图像采集器通讯口分别于与两个图像采集器的工业相机12相连，两个图像采集器通讯口均与cpu板相连，两个图像采集器通过该图像采集器通讯口将拍摄的图像传送给cpu板供其处理和分析。cpu板15的图像处理程序获取烟包端面图像后，依次进行滤波、灰度化、水平与垂直投影等，然后选用模板匹配算法、灰度分析算法、边缘检测算法三种算法，分别对处理后的图像进行处理、分析，最后根据计算结果与设定值的差值大小，综合判断烟包端面是否存在缺陷。对图像进行滤波处理，是为消除由外部背景等因素造成的噪声；灰度化处理，是将彩色工业相机拍摄到的rgb图像转换为单通道的gray图像，提高后续的处理速度；对图像进行投影，是为查找烟包左右端面边缘。模板匹配算法和灰度分析算法可都以检测烟包端面大部分缺陷，如破损、图案偏移、露白等。边缘检测算法主要是前两种算法的补充，主要用来加强对“封签有无’，“封签是否居中”、“封签是否歪斜”、“封签是否损坏”等封签缺陷检测。机器视觉技术是一门比较成熟的技术，本实用新型中使用到的图像处理算法都是机器视觉领域成熟的常用算法，各种开源的机器视觉算法库中都包含了这些算法，开发人员可以直接调用。所述cpu板15通过图像采集器通讯口实现对两个图像采集器中工业相机拍照时机的控制。
所述单片机与cpu板15相连，用于执行cpu板15上位机软件的控制命令，如光源控制、缺陷剔除等，同时还负责读取编码器相位、接近开关信号。具体包括：单片机分别与两路光源控制电路相连，两路光源控制电路分别与对应的两个图像采集器中的led光源4相连，单片机通过光源控制电路控制led光源4的通断；单片机与输入采集电路相连，输入采集电路分别与编码器和接近开关相连，单片机通过输入采集电路读取编码器相位和接近开关信号；单片机与输出驱动电路相连，单片机通过输出驱动电路向包装机组控制系统发出烟包剔除信号。
其工作原理是：单片机通过输入采集电路读取编码器相位、接近开关信号来判断小盒烟包是否完成堆叠，具体判断方法是编码器一圈是1800步对应一包烟，当第二圈的900步时已经完成堆叠。一旦完成堆叠单片机通过两路光源控制电路控制两个图像采集器中led光源4同时打开，然后推杆往回走，走到接近开关的位置时cpu板15通过图像采集器通讯口控制两个图像采集器中工业相机采集堆叠烟包的两个端面图像，并将图像传输给cpu板15，led光源4只有在烟包完成堆叠并且推杆准备推烟的时候才打开，其余时间光源处于关闭状态。cpu板15通过处理和分析并将分析结果与设定阈值进行比较，若相差大于一定值时，则判断烟包端面包装存在缺陷，这时单片机通过输出驱动电路向包装机组控制系统发出烟包剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将端面缺陷烟包剔除。
本实用新型涉及一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，以解决现有技术存在的问题，用于检测小盒烟包在完成透明纸包装后是否存在端面缺陷，保证小盒烟包端面检测的全面性。同时图像采集器采用半透、半反光源设计的光路结构，使工业相机采集图像更加清晰，提高了检测的准确性。减少了不合格产品的流出，大大降低了卷烟企业因产品包装质量带来的负面影响。
本实新型中cpu板15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。
1.一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，其特征在于，包括人机界面、控制器、图像采集器、编码器和接近开关；所述人机界面与控制器相连实现人机交互；所述控制器与编码器相连读取编码器相位；所述控制器与接近开关相连读取接近开关信号；所述图像采集器有两个均与控制器相连，同时采集烟包两个端面图像并将图像信息传送给控制器；所述控制器对图像信息进行处理和运算，根据处理和运算结果检测到烟包存在缺陷时向包装机组控制系统发出剔除信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，其特征在于，所述图像采集器包括壳体、工业相机、镜头、led光源、漫反射板、分光片和海绵吸光垫；所述壳体左侧面上设有玻璃窗，所述壳体内部顶端安装有光源支架，led光源和漫反射板安装在光源支架相应位置；所述海绵吸光垫贴在壳体的内部底端；所述分光片与玻璃窗呈45°角安装在漫反射板与海绵吸光垫之间，其中漫反射板、分光片和海绵吸光垫三者呈z字形；所述壳体内部右侧安装有相机支架，工业相机和镜头安装在相机支架上；在壳体相应位置安装有插座，外接电源通过插座分别给led光源和工业相机供电；在壳体的顶部贴有橡胶垫，在橡胶垫上盖有上盖。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，其特征在于，所述控制器包括控制板、cpu板、控制器上盖和控制器下盖，所述cpu板的背面贴有导热垫，所述cpu板通过螺栓和螺母固定在控制板上，所述控制板安装在控制器下盖的卡槽里，控制器上盖与控制器下盖通过螺钉固定。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，其特征在于，所述cpu板与人机界面相连，用于操作系统以及上位机软件的运行。
5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉技术的小盒烟包端面检测装置，其特征在于，所述控制板包括单片机、两个图像采集器通讯口、两路光源控制电路、输入采集电路和输出驱动电路；所述两个图像采集器通讯口分别与两个图像采集器中的工业相机相连，所述两个图像采集器通讯口均与cpu板相连，两个图像采集器通过该图像采集器通讯口将拍摄的图像传送给cpu板供其处理和分析，cpu板通过该图像采集器通讯口实现对两个图像采集器中工业相机拍照时机的控制；所述单片机与cpu板相连，用于执行cpu板上位机软件的控制命令，包括：单片机分别与两路光源控制电路相连，两路光源控制电路分别与对应的两个图像采集器中的led光源相连，单片机通过光源控制电路控制led光源的通断、单片机与输入采集电路相连，输入采集电路分别与编码器和接近开关相连，单片机通过输入采集电路读取编码器相位和接近开关信号、单片机与输出驱动电路相连，单片机通过输出驱动电路向包装机组控制系统发出烟包剔除信号。
技术总结