本实用新型属于烟草、印刷、包装等使用卷盘材料的技术领域，特别是涉及一种卷盘材料的边缘检测设备及卷接机。
背景技术：
在卷烟制造、印刷、包装等工业生产制造过程中广泛使用的卷盘材料在设备运行中由于各种原因存在位置偏移的现象，卷盘材料在生产制造中由于卷盘材料自身的质量问题，卷盘材料在制造过程中形成的盘面不平整；承载卷盘材料转动的盘架由于机械原因在运转中轴向窜动等原因引起卷盘材料在设备运转时位置产生偏移。
因此，如何提供一种卷盘材料的边缘检测设备及卷接机，以解决现有技术中由于卷盘材料自身的质量问题，导致在制造过程中形成的盘面不平整，或承载卷盘材料转动的盘架由于机械原因在运转中轴向窜动等原因引起卷盘材料在设备运转时位置产生偏移等问题，实以成为本领域从业者亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种卷盘材料的边缘检测设备及卷接机，用于解决现有技术中由于卷盘材料自身的质量问题，导致在制造过程中形成的盘面不平整，或承载卷盘材料转动的盘架由于机械原因在运转中轴向窜动等原因引起卷盘材料在设备运转时位置产生偏移的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型一方面提供一种卷盘材料的边缘检测设备，所述卷盘材料的边缘检测设备包括：成像器，用于对所述卷盘材料进行光学成像，并形成所述卷盘材料的图像信号；驱动器，与所述成像器连接，用于提供用于确保所述图像信号按照扫描时序输出的驱动信号，以驱动输出所述图像信号；控制器，与所述驱动器连接，用于对输出的图像信号进行分析处理，以获取卷盘材料边缘位置的像素数，并检测出卷盘材料边缘位置；根据卷盘材料边缘位置的像素数，换算出卷盘材料边缘位置尺寸，以判断所述卷盘材料是否在转动过程中发生偏移，若发生偏移，则输出纠偏调整所述卷盘材料的位置的纠偏信号。
于本实用新型的一实施例中，所述成像器包括像素线阵CCD图像传感器和焦距为16mm 的镜头，所述像素线阵CCD图像传感器位于所述卷盘材料边缘的正上方40mm处。
于本实用新型的一实施例中，所述驱动器包括多个引脚，其中用于输出与每一个扫描的像素对应的，并计数像素数的时钟脉冲信号的引脚PC2，用于输出通过扫描周期区分所述时钟脉冲信号起始与终止的帧同步脉冲信号的引脚PC3、和用于输出读取到的图像信号中的模拟量输出电压值的引脚PC0。
于本实用新型的一实施例中，所述驱动器的PD0-PD7引脚和PB0-PB2引脚分别连接至多个计数器，以计数像素数；所述驱动器的PB3-PB5引脚分别连接有用于表示外部输入置0 功能的置零电路，用于控制卷盘材料后退功能的后退电路，用于控制卷盘材料前进功能的前进电路。
于本实用新型的一实施例中，所述置零电路包括第一四端光电光电耦合器，其中，第一四端光电光电耦合器的第一端与置零显示管连接，第一四端光电光电耦合器的第二端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与24V电压源连接，第一四端光电光电耦合器的第三端与5V电压源连接，第一四端光电光电耦合器的第四端与PB3引脚连接，并与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地；所述后退电路包括第二四端光电光电耦合器，其中，第二四端光电光电耦合器的第一端与第PB4引脚连接，第二四端光电光电耦合器的第二端与第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地，第二四端光电光电耦合器的第三端与24V电压源连接，第二四端光电光电耦合器的第四端与后退显示管连接；所述前进电路包括第三四端光电光电耦合器，其中，第三四端光电光电耦合器的第一端与第PB5引脚连接，第三四端光电光电耦合器的第二端与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端接地，第三四端光电光电耦合器U4的第三端与24V电压源连接，第三四端光电光电耦合器的第四端与前进显示管连接
于本实用新型的一实施例中，所述控制器包括多个引脚，其中，CLK引脚用于接收时钟脉冲信号，SI引脚用于接收帧同步脉冲信号、和AO引脚用于接收模拟量输出电压值。
本实用新型另一方面提供一种卷接机，所述卷接机包括：卷盘材料的边缘检测设备；电机，用于接收纠偏调整卷盘材料的位置的纠偏信号以驱动与其连接的丝杆，再通过丝杆带动卷盘材料调节拖板调整所述卷盘材料的进出位置。
如上所述，本实用新型的卷盘材料的边缘检测设备及卷接机，具有以下有益效果：
本实用新型所述的卷盘材料的边缘检测设备及卷接机无需人为干预，实现了卷盘材料边缘位置的检测，检测精度可以达到0.1mm，在检测的过程中实现了纠偏调整的自动化。
附图说明
图1显示为本实用新型的卷盘材料的边缘检测设备的电路图。
元件标号说明
2 卷盘材料的边缘检测设备
21 驱动器
22 控制器
211 置零电路
212 后退电路
213 前进电路
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种卷盘材料的边缘检测方法，所述卷盘材料的边缘检测方法包括以下步骤：
对所述卷盘材料进行光学成像，并形成所述卷盘材料的图像信号；
提供用于确保所述图像信号按照扫描时序输出的驱动信号，以驱动输出所述图像信号；
对输出的图像信号进行分析处理，以检测出卷盘材料边缘位置，并获取卷盘材料边缘位置的像素数；
根据卷盘材料边缘位置的像素数，换算出卷盘材料边缘位置尺寸，以判断所述卷盘材料是否在转动过程中发生偏移，若发生偏移，则输出纠偏调整所述卷盘材料的位置的纠偏信号。
以下将结合图示对本实施例所述的卷盘材料的边缘检测方法进行详细说明。本实例所述的卷盘材料的边缘检测方法应用于烟草领域的卷接机(于本实施例中，所述卷接机为型号是 GD121的卷接机组)上，对卷接机组上的卷盘水松纸(即本实施例的卷盘材料)的边缘进行检测，及卷盘水松纸位置的纠偏。
所述卷盘材料的边缘检测方法具体包括以下几个步骤：
S1，利用128像素线阵CCD图像传感器的光敏元件对所述卷盘材料进行光学成像，将光敏元件上的光信息转换成与电信息，以形成所述卷盘材料的图像信号。在本实施例中，选用线阵CCD的核心是128个光电二极管组成的感光阵列，阵列后面有一排积分电容，光电二极管在光能量冲击下产生光电流，构成有源积分电路，那么积分电容就是用来存储光能转化后的电荷。积分电容存储的电荷越多，表示前方对应的那个感光二极管采集的光强越大。反映在像素点上就是，像素灰度低。光强度接近饱和，像素点灰度趋近于全白，则呈白电平。本实例选用的128像素线阵CCD图像传感器和焦距为16mm的镜头相配合对材料边缘成像，镜头距离材料40mm时，以使得检测精度达到0.1mm。
S2，提供用于确保所述图像信号按照扫描时序输出的驱动信号，以驱动输出所述图像信号。在本实施例中，所述卷盘材料的图像信号中每一个离散电压信号(模拟量输出电压值， AO的输出值)的电压值对应着一个光敏元件接受光的强弱，其中，每一个离散电压信号输出的时序对应128像素线阵CCD图像传感器的光敏元件位置的顺序，因此，为了确保128 像素线阵CCD图像传感器的128像素的电平信号按时序正确输出，提供所述驱动信号。所述驱动信号包括用于与每一个扫描的像素对应的，并计数像素数的时钟脉冲信号CLK和用于通过扫描周期区分所述时钟脉冲信号起始与终止的帧同步脉冲信号SI。其中，像素数为1的时钟脉冲信号至预定的像素数(于本实施例中，预定的像素数为128)的时钟脉冲信号构成一个扫描周期。
S3，对输出的图像信号进行分析处理，以获取卷盘材料边缘位置的像素数，并检测出卷盘材料边缘位置。在本实施例中，对依次输出的128像素的电平信号进行分析处理，在对时钟脉冲信号CLK计数的同时对图像信号输出的模拟量输出的电平值进行检测。所述步骤S3 包括以下几个步骤：
S31，在检测到帧同步脉冲信号上升沿出现开始，时钟脉冲信号开始计数，将计数值赋值 1。
S32，计数像素数，判断所计数的像素数是否小于预定的像素数；若是，执行步骤S33，读取图像信号的模拟量输出电压值，并继续下一步骤S34；若否，返回步骤S31，重新开始计数像素数。
S34，判断读取到的图像信号的模拟量输出电压值是否大于用于与卷盘材料边缘对应的边缘电压阈值；若是，则执行步骤S35判定卷盘材料边缘出现，此时时钟脉冲信号计数的像素数对应了卷盘材料边缘位置。若否，执行步骤S36继续计数像素数，即时钟脉冲信号计数的像素数加1，并返回步骤S32。
S37，读取出现卷盘材料边缘时对应计数的像素数。
S4，将出现卷盘材料边缘时对应计数的像素数换算成卷盘材料边缘位置尺寸，并计算所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值，以判断所述卷盘材料是否在转动过程中发生偏移，若发生偏移，则输出纠偏调整所述卷盘材料的位置的纠偏信号。
所述步骤S4具体包括以下几个步骤：
S41，将出现卷盘材料边缘时对应计数的像素数换算成卷盘材料边缘位置尺寸。以下将详细介绍像素数与偏移尺寸的换算：
像素，数码相片看似非常清晰的图像，放大到一定的程度我们就会看到图像是由横竖排列的若干个小方块组成的，所以每一个小方块就是一个像素，假如宽度这一条边上一共有609 个小方块，高度这一条边上一共有385个小方块，那们通常就书写为：609×385像素。
分辨率，分辨率就是像素的密度，单位长度内像素的多少就是分辨率，1厘米的长度中有几排这样的小方块，例如：1厘米中有28.346排这样的小方块，那我们就称为28.346像素 /厘米。不同质量的相片，分辨率是不同的，分辨率越高相片的图像质量越好，图像越清晰。
尺寸，就是相片或者相片文档的宽度和高度。
了解了上面的像素、分辨率、尺寸，它们之间的换算关系如下：
边长上的像素＝分辨率×边长
如分辨率是28.346像素/厘米，边长的像素数是609(像素)
即，边长计算过程：609÷28.346＝21.48(厘米)
如预置中心位置像素数是601，即，偏移尺寸计算过程：(609－601)÷28.346＝0.28(厘米)；
在本实施例中，通过上述转换方式将出现卷盘材料边缘时对应计数的像素数换算成卷盘材料边缘位置尺寸，并计算所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值的偏移尺寸。
S42，将计算出的所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值与卷边材料的预置中心值进行比较，以判断卷盘材料是发生正向偏移还是发生反向偏移；若是，则执行步骤S43，若否，则执行步骤S44。当计算出的所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值大于卷边材料的预置中心值，表示正向偏移。当计算出的所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值小于卷边材料的预置中心值，表示反向偏移。
S43，若是正向偏移，输出正向纠偏信号，并输出正向偏差值以纠偏调整所述卷盘材料的位置。
S44，若是反向偏移，输出反向纠偏信号，并输出反向偏差值以纠偏调整所述卷盘材料的位置。
通过输出的正向纠偏信号或反向纠偏信号实现卷盘材料在材料运转过程中的自动纠偏。
本实施例所述的卷盘材料的边缘检测方法无需人为干预，实现了卷盘材料边缘位置的检测，检测精度可以达到0.1mm，在检测的过程中实现了纠偏调整的自动化。
实施例二
本实施例提供一种卷盘材料的边缘检测设备，所述卷盘材料的边缘检测设备包括：
成像器，用于对所述卷盘材料进行光学成像，并形成所述卷盘材料的图像信号；
驱动器，与所述成像器连接，用于提供用于确保所述图像信号按照扫描时序输出的驱动信号，以驱动输出所述图像信号；
控制器，与所述驱动器连接，用于对输出的图像信号进行分析处理，以检测出卷盘材料边缘位置，并获取卷盘材料边缘位置的像素数；根据卷盘材料边缘位置的像素数，换算出卷盘材料边缘位置尺寸，以判断所述卷盘材料是否在转动过程中发生偏移，若发生偏移，则输出纠偏调整所述卷盘材料的位置的纠偏信号。
以下将结合具体电路图对本实施例所述的卷盘材料的边缘检测设备进行详细说明。请参阅图1，显示为卷盘材料的边缘检测设备的电路图。如图1所示，所述卷盘材料的边缘检测设备2包括成像器(未予显示)、驱动器21、及控制器22。
所述成像器包括128像素线阵CCD图像传感器和焦距为16mm的镜头相配合对材料边缘成像，位于所述卷盘材料边缘的正上方40mm处，对所述卷盘材料进行光学成像，并形成所述卷盘材料的图像信号。在本实施例中，所述选用线阵CCD的核心是128个光电二极管组成的感光阵列，阵列后面有一排积分电容，光电二极管在光能量冲击下产生光电流，构成有源积分电路，那么积分电容就是用来存储光能转化后的电荷。积分电容存储的电荷越多，表示前方对应的那个感光二极管采集的光强越大。反映在像素点上就是，像素灰度低。光强度接近饱和，像素点灰度趋近于全白，则呈白电平。本实例选用的像素线阵CCD图像传感器和焦距为16mm的镜头相配合对材料边缘成像，镜头距离材料40mm时，以使得检测精度达到 0.1mm。
与所述成像器连接的驱动器21提供用于确保所述图像信号按照扫描时序输出的驱动信号，以驱动输出所述图像信号。在本实施例中，所述卷盘材料的图像信号中每一个离散电压信号(模拟量输出电压值，AO的输出值)的电压值对应着一个光敏元件接受光的强弱，其中，每一个离散电压信号输出的时序对应128像素线阵CCD图像传感器的光敏元件位置的顺序，因此，为了确保128像素线阵CCD图像传感器的128像素的电平信号按时序正确输出，提供所述驱动信号。所述驱动信号包括用于与每一个扫描的像素对应的，并计数像素数的时钟脉冲信号CLK和用于通过扫描周期区分所述时钟脉冲信号起始与终止的帧同步脉冲信号 SI。其中，像素数为1的时钟脉冲信号至预定的像素数(于本实施例中，预定的像素数为128) 的时钟脉冲信号构成一个扫描周期。如图1所示，所述驱动器21采用型号为ATMEGA328 的单片机U1。所述型号为ATMEGA328的单片机包括28个引脚，其中第25(PC2引脚)， 26(PC3引脚)提供用于确保所述图像信号按照扫描时序输出的时钟脉冲信号、帧同步脉冲信号，第23(PC0引脚)引脚用于输出读取到的图像信号中的模拟量输出电压值(AO值)。继续参阅图1，所述ATMEGA328的单片机的第2-6(PD0-PD4引脚)和11-16(PD5-PD7引脚，PB0-PB2引脚)引脚分别连接至三个计数器，以计数像素数。第17，18，19(PB3-PB5 引脚)分别引脚连接有用于表示外部输入置0(ZERO)功能的置零电路211，用于控制卷盘材料后退(BACK)功能的后退电路212，用于控制卷盘材料前进(FORWORD)功能的前进电路213。
如图1中，所述置零电路211包括第一四端光电光电耦合器U2，其中，第一四端光电光电耦合器U2的第一端与置零显示管连接，第一四端光电光电耦合器U2的第二端与第一电阻 R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与24V电压源连接，第一四端光电光电耦合器U2的第三端与5V电压源连接，第一四端光电光电耦合器U2的第四端与第17引脚连接，并与第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端接地。
所述后退电路212包括第二四端光电光电耦合器U3，其中，第二四端光电光电耦合器 U3的第一端与第18引脚连接，第二四端光电光电耦合器U3的第二端与第三电阻R3的一端连接，第一电阻R3的另一端接地，第二四端光电光电耦合器U3的第三端与24V电压源连接，第二四端光电光电耦合器U3的第四端与后退显示管连接。
所述前进电路213包括第三四端光电光电耦合器U4，其中，第三四端光电光电耦合器 U4的第一端与第19引脚连接，第三四端光电光电耦合器U4的第二端与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端接地，第三四端光电光电耦合器U4的第三端与24V电压源连接，第三四端光电光电耦合器U4的第四端与前进显示管连接。
所述控制器采用型号为TSL1401CL的单片机U5；所述型号为TSL1401CL的单片机包括多个引脚，其中CLK引脚和SI引脚用于接收所述驱动器输出的时钟脉冲信号、帧同步脉冲信号，AO引脚图像信号的模拟量输出电压值，并对输出的图像信号进行分析处理，以检测出卷盘材料边缘位置，并获取卷盘材料边缘位置的像素数；根据卷盘材料边缘位置的像素数，换算出卷盘材料边缘位置尺寸，以判断所述卷盘材料是否在转动过程中发生偏移，若发生偏移，则输出纠偏调整所述卷盘材料的位置的纠偏信号。
所述控制器22具体执行以下功能：
在检测到帧同步脉冲信号上升沿出现开始，时钟脉冲信号开始计数，将计数值赋值1。
计数像素数，判断所计数的像素数是否小于预定的像素数；若是，读取图像信号的模拟量输出电压值，并继续判断读取到的图像信号的模拟量输出电压值是否大于用于与卷盘材料边缘对应的边缘电压阈值；若是，则判定卷盘材料边缘出现，此时时钟脉冲信号计数的像素数对应了卷盘材料边缘位置，读取出现卷盘材料边缘时对应计数的像素数。若否，继续计数像素数，即时钟脉冲信号计算的像素数加1。若否，重新开始计数像素数。
将出现卷盘材料边缘时对应计数的像素数换算成卷盘材料边缘位置尺寸。以下将详细介绍像素数与尺寸的换算：
将计算出的所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值与卷边材料的预置中心值进行比较，以判断卷盘材料是发生正向偏移还是发生反向偏移；当计算出的所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值大于卷边材料的预置中心值，表示正向偏移。当计算出的所述卷边材料边缘位置尺寸的相对中心值小于卷边材料的预置中心值，表示反向偏移。即若是正向偏移，输出正向纠偏信号，并输出正向偏差值以纠偏调整所述卷盘材料的位置；若是反向偏移，输出反向纠偏信号，并输出反向偏差值以纠偏调整所述卷盘材料的位置。
本实施例还提供一种卷接机，所述卷接机包括：上述卷盘材料的边缘检测设备；电机，用于接收纠偏调整卷盘材料的位置的纠偏信号以驱动与其连接的丝杆，再通过丝杆带动卷盘材料调节拖板调整所述卷盘材料的进出位置。
具体地，GD121卷接机安装有水松纸偏移调整装置，在设备运行时可对水松纸边缘位置通过操作触摸屏手动调节，调节水松纸位置由电机2M735驱动丝杆，再由丝杆带动水松纸调节拖板来调整水松纸进出位置。GD121卷接机组安装了线阵CCD边缘检测器后，在保持原有触摸屏手动调节水松纸位置功能的同时增加了线阵CCD边缘检测器输出纠偏信号控制水松纸位置调节电机2M735实现水松纸自动纠偏。在线阵CCD边缘检测器内部程序中设置当 500次测量的平均值偏移大于等于±0.2mm时输出纠偏信号控制调节电机执行纠偏，正常情况下设备运行时水松纸的位置调节不再需要人工干预。线阵CCD边缘检测器程序中还具有外部输入置0功能，使传感器的安装位置无需精确调整，安装变得极其简便。
综上所述，本实用新型所述的卷盘材料的边缘检测方法、系统、设备及卷接机无需人为干预，实现了卷盘材料边缘位置的检测，检测精度可以达到0.1mm，在检测的过程中实现了纠偏调整的自动化。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。