一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于烟草加工中的物料检测技术领域，具体涉及在烟梗加工过程中剔 除烟拐的方法。
【背景技术】
[0002] 烟梗即烟叶之粗硬叶脉，是烟丝的主要原料之一，生长在烟杆上支撑着烟叶，是烟 叶的组成部分，约占叶重的25%~30%，而烟拐就是烟叶上烟梗与烟杆的连接部位。经过打 叶风分后的烟梗被加工成粗细、长短不一的条状物，因此可以说烟拐实际上就是烟梗的一 部分，或者说烟拐必然包括一小段烟梗。烟梗的截面形状呈近U形状，行业内一般将其最大 宽度称为烟梗直径，烟梗沿长度方向的直径基本保持一致，条状烟梗中有一端为烟梗与烟 杆的连接部位的即为行业内通常讲的烟拐，也叫梗拐，烟拐在长度方向的直径逐渐变宽，呈 梯形状，俗称大小头，其两端的直径存在明显的差异，大头直径一般大于l〇mm，且约为小头 直径的1.5~2倍。烟拐结构坚硬，趋木质化，润梗工序中不易润透，进入压梗工序会造成压 辊频繁堵料，且切丝后不易膨胀，直接影响卷烟产品的质量，因此一般将烟拐视为杂物，需 要剔除。
[0003] 目前，烟草行业内剔除烟拐的设备均为纯机械式，主要有振动筛和滚筒筛两种型 式，其筛分烟梗和烟拐的原理均基于上述两者间物理尺寸上的差异，通过筛网孔或一组并 行排列的钢管间形成的缝隙将烟梗和烟拐筛分开，并通过各自的输送通道完成分离过程。 存在的问题有两点，首先是筛网孔或管间缝隙容易堵塞，影响筛分效果，虽然发展至今有些 设备厂家增设了自动清理装置，但效果仍然不理想;其次是存在过筛和漏筛现象，即不该筛 下来的烟拐被筛下来，而该筛下来烟梗却没筛下来，设备不能达到预想的设计要求，主要原 因是烟拐和烟梗的大小、形状千姿百态，很难用一种固定的网孔或缝隙大小去完全适应，虽 然也有厂家将网孔或缝隙大小设计成可调式的，但实际意义不大。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的是解决上述现有技术存在的不足，提出一种基于机器视觉的剔 除烟拐的方法及装置，以提高烟拐剔除的效果及可靠性。
[0005] 本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
[0006] -种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，本实用新型特征在于，所述装置包括 振动输送机、与振动输送机衔接的高速皮带机、设置在高速皮带机后段的剔除系统；其中， 剔除系统包括图像获取装置、照明光源、背景光源、图像处理系统、位于高速皮带机后端的 剔除阀、烟梗通道、烟拐通道；图像获取装置;其中照明光源与背景光源分别位于物料面的 上下两侧，两根照明光源分别置于图像获取装置扫描线的左右两侧，并成30~45度倾角聚 光在物料面的扫描线上。
[0007] 根据上述装置剔除烟梗中烟拐的方法包括如下步骤：
[0008] 第一步、烟梗离散:通过振动输送机的作用首先使烟梗均匀铺满槽宽方向，同时在 槽体长度方向得到初步摊铺，接近单层化状态;经过初步摊铺的烟梗进入高速皮带机后得 到加速，最终使烟梗在带面上呈现完全离散化状态；
[0009] 第二步、采集图像:经过上述步骤处理后的烟梗，在通过图像获取装置下方时被采 集烟梗原始图像并传输给图像处理系统；
[0010] 第三步、图像处理:采集到的烟梗原始图像经过二值化和烟拐识别处理后，将剔除 信号发给剔除阀；
[0011]第四步、剔除处理:剔除信号通过图像处理系统发出指令给剔除阀，将混杂在烟梗 中的烟拐剔除，剔除下来的烟拐进入烟拐通道，而烟梗则进入烟梗通道。
[0012] 其中第三步图像处理包含以下步骤：
[0013] a、二值化处理:将原始图像进行二值化处理得到二值化图像；
[0014] b、二值化图像进行压缩运算:首先将图像的行像素数据两两进行与运算将图像压 缩为1/2,然后将经过首次压缩的图像的相邻两行和两列像素数据4个为一组进行合并，将4 个像素数据累加得到一个新的像素数据，这样数据又压缩为原来的1/4,经过两次压缩运算 后图像数据压缩为原二值化图像的1/8;
[0015] c、对压缩图像进行筛子运算：用一个ηΧη的筛子，以一个压缩后的像素大小为步 长遍历整个图像。每移动一步将筛子覆盖区域内的像素数据累加得到m，比较m和阀值k的大 小，当m 2 k时，判定该位置为烟拐，将当前位置记录在剔除控制矩阵表内；
[0016] d、产生烟拐剔除信号：利用剔除控制矩阵表和剔除阀的位置对应关系，产生烟拐 剔除信号。
[0017] 本实用新型中ηΧη筛子的个数η可以由公式：
向上取整得到，式中w为烟拐的平 均宽度、s为相机的线分辨率，阀值k取η值的0.8至0.9倍，所以通过调整w值的大小，可以控 制筛子的识别效果。
[0018]本实用新型所述高速皮带机的输送速度范围为3m/s~7m/s，并且可变频调速。所 述扫描线的长度等于高速皮带机的皮带宽度，扫描线与高速皮带机的出料辊的水平距离B 为 10mm ~30mm。
[0019]本实用新型通过对二值化图像进行宽度方向1/4压缩和高度方向1/2压缩后，利用 筛子方法快速检测烟拐位置，检测方法快速、高效、实时性强，可以满足在线识别剔除的实 时性要求。通过调整烟拐平均宽度参数w可以改变筛子的个数，调整剔除效果，弥补了现有 纯机械剔除技术的不足。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的结构不意图；
[0021 ]图2为本实用新型二值化图像行像素两两与运算示意图；
[0022] 图3为本实用新型二值化图像两行和两列像素合并示意图；
[0023] 图4为本实用新型筛子检测运算示意图；图中1-非烟拐，2-烟拐。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合说明书附图和实施例对本实用新型实施方式进行说明。
[0025]见图1，一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，本实用新型特征在于，所述装 置包括振动输送机1、与振动输送机1衔接的高速皮带机2、设置在高速皮带机2后段的剔除 系统3;其中，剔除系统3包括图像获取装置4、照明光源5、背景光源6、图像处理系统7、位于 高速皮带机2后端的剔除阀8、烟梗通道9、烟拐通道10;图像获取装置4;其中照明光源5与背 景光源6分别位于物料面的上下两侧，两根照明光源5分别置于图像获取装置4扫描线的左 右两侧，并成30~45度倾角聚光在物料面的扫描线上。
[0026]如图1所示，本实用新型根据上述装置剔除烟梗中烟拐的方法实施方式包括如下 步骤：
[0027]第一步、烟梗离散:通过振动输送机1的作用首先使烟梗均匀铺满槽宽方向，同时 在槽体长度方向得到初步摊铺，接近单层化状态;经过初步摊铺的烟梗进入高速皮带机2后 得到加速，最终在带面上呈现完全离散化状态；
[0028]第二步、采集图像:经过上述步骤处理后的烟梗，呈水平抛物状进入剔除系统3,在 通过图像获取装置4下方时，借助照明光源5、背景光源6,图像获取装置4采集烟梗原始图像 并传输给图像处理系统7;
[0029]第三步、图像处理:采集到的烟梗原始图像经过二值化和烟拐识别处理后，将剔除 信号发给剔除阀8;
[0030] 第四步、剔除处理:剔除信号通过图像处理系统7发出指令给剔除阀8,将混杂在烟 梗中的烟拐剔除，剔除下来的烟拐进入烟拐通道10，而烟梗则进入烟梗通道9。
[0031] 其中第三步图像处理包含以下步骤：
[0032] a、二值化处理:将原始图像进行二值化处理得到二值化图像；
[0033] b、二值化图像进行压缩运算:如图2所示，首先将图像的行像素数据两两进行与运 算将图像压缩为1/2,然后如图3所示，将经过首次压缩的图像的相邻两行和两列像素数据4 个为一组进行合并，将4个像素数据累加得到一个新的像素数据，这样数据又压缩为原来的 1/4,经过两次压缩运算后图像数据压缩为原二值化图像的1/8;
[0034] c、如图4所示，对压缩图像进行筛子运算：用一个ηΧη的筛子，以一个压缩后的像 素大小为步长遍历整个图像。每移动一步将筛子覆盖区域内的像素数据累加得到m，比较m 和阀值k的大小，当m 2 k时，判定该位置为烟拐，将当前位置记录在剔除控制矩阵表内；
[0035] d、产生烟拐剔除信号：利用剔除控制矩阵表和剔除阀的位置对应关系，产生烟拐 剔除信号。
[0036] 本实用新型中ηΧη筛子的个数η可以由公式：
向上取整得到，式中w为烟拐的平 均宽度、s为相机的线分辨率，阀值k取η值的0.8至0.9倍，所以通过调整w值的大小，可以控 制筛子的识别效果。
[0037]本实用新型中高速皮带机2的输送速度范围为3m/s~7m/s，并且可变频调速，通过 调整高速皮带机2的速度来保证烟梗的离散效果。图像获取装置4扫描线的长度等于高速皮 带机2的皮带宽度，确保图像获取装置4可以采集到所有烟梗的原始图像，扫描线与高速皮 带机2的出料辊的水平距离B为10mm~30mm，确保烟梗在离开高速皮带机2的瞬间即被图像 获取装置4采集到图像。
[0038]如上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以此限定本实用新型的范围，即依 本实用新型专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖的范围。
【主权项】
1. 一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，其特征在于，所述装置包括振动输送机 (1)、与振动输送机（1)衔接的高速皮带机(2)、设置在高速皮带机(2)后段的剔除系统(3); 其中，剔除系统(3)包括图像获取装置(4)、照明光源(5)、背景光源(6)、图像处理系统(7)、 位于高速皮带机(2)后端的剔除阀（8)、烟梗通道(9)、烟拐通道（10);图像获取装置(4);其 中照明光源（5)与背景光源(6)分别位于物料面的上下两侧，两根照明光源(5)分别置于图 像获取装置(4)扫描线的左右两侧，并成30~45度倾角聚光在物料面的扫描线上。2. 根据权利要求1所述的一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，其特征在于，所述 高速皮带机(2)的输送速度范围为3m/s~7m/s，采用可变频调速。3. 根据权利要求1所述的一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，其特征在于，所述 扫描线的长度等于高速皮带机(2)的皮带宽度，扫描线与高速皮带机(2)的出料辊的水平距 离B为10mm~30mm。
【专利摘要】一种基于机器视觉剔除烟梗中烟拐的装置，其特征在于，所述装置包括振动输送机(1)、高速皮带机(2)、剔除系统(3)；其中，剔除系统(3)包括图像获取装置(4)、照明光源(5)、背景光源(6)、图像处理系统(7)、剔除阀(8)、烟梗通道(9)、烟拐通道(10)；本实用新型的有益效果是：可以控制筛子的识别效果；所述高速皮带机的输送速度范围为3m/s～7m/s，并且可变频调速；通过对二值化图像进行宽度方向1/4压缩和高度方向1/2压缩后，利用筛子方法快速检测烟拐位置，检测方法快速、高效、实时性强，可以满足在线识别剔除的实时性要求。通过调整烟拐平均宽度参数w可以改变筛子的个数，调整剔除效果，弥补了现有纯机械剔除技术的不足。
【IPC分类】B07C5/36, B07C5/04, B07C5/02
【公开号】CN205165209
【申请号】CN201520979406
【发明人】杨晓华, 张俊荣, 李江乐, 卯彦, 张云, 李艳华, 杨雄标, 杨松, 张云东
【申请人】云南昆船设计研究院
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日