专利名称：用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种对圆柱形物体截面圆周长进行测量的检测装置，尤其涉及一种用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构。
背景技术：
在烟草行业中，烟支或滤嘴棒圆周及圆度是卷烟厂产品质量十分重要的指标之一，卷烟工艺规范要求产品圆周指标与允差为设计值±0.20mm，圆度指标与允差为≤0.35mm。
目前卷烟厂主要采用两种方法对产品圆周及圆度进行检测(1)试验室离线检测，检测人员从机台上抽取样本后送往实验室用检测仪器进行检测，此种方法主要问题是，不能适时在线对机台上所产生的每支产品指标进行检测和显示，不能很好协助机台操作人员发现圆周质量问题并适时进行调整；(2)机台在线气压式检测，其原理是利用圆周变化所引起气室内气压变化来检测圆周，主要问题是圆周变化所引起的气压变化值非常微弱，检测信号易受干扰，再加上现场所提供的气体压力随时都在波动，因此常使得检测分辨精度不够，检测结果可靠性、稳定性差。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种改进的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，它能不受现场振动、噪音、温度、粉尘和气压波动等各种干扰因素影响，并且检测结果准确、稳定、可靠，而且能适用于各型号卷接机组和滤嘴成型机组产品圆周和圆度在线检测和显示。
本实用新型的目的是这样实现的一种用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，包括光源，与光源进行光连接的是一光路检测机构，在光路检测机构的被测端设置被测物件B，在光路检测机构的检测端设置摄像装置，与摄像装置信号连接的是一图形采集卡，与图形采集卡信号连接的且进行图形处理与数据运算的是一计算机，控制光路检测机构中光源和摄像装置工作的同步电路；其特点是所述的光路检测机构包括，一照明系统构件和一成像系统构件；照明系统构件和成像系统构件连接呈中间贯通的L形状；所述的照明系统构件的一端设置一光源，在光源后侧的是前透镜组件；在所述的L形状的照明系统构件和成像系统构件的转折端设置一反光镜；在反光镜后侧即位于成像系统构件前端的是后透镜组件，在后透镜组件的后侧设置一光阑，所述的摄像装置设置在成像系统构件的后端部。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，所述的前透镜组件由第一透镜和第二透镜组成，第一透镜是一凸透镜，第二透镜是一凹透镜。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，在所述的第一透镜和第二透镜之间设置一光阑。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，所述的反光镜是一半透半反射镜。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，所述的后透镜组件由第三、四、五透镜组成，第三、四、五透镜均是凸透镜。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，所述的设置在后透镜组件后侧的光阑的光通孔的直径范围是8至12毫米。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，所述的成像系统构件的连接端即L形状的照明系统构件和成像系统构件的转折端设置为被测端，在该被测端处设置一玻璃罩，该玻璃罩与被测端密封连接；所述的被测物件B与照明系统构件的同一轴心。
在上述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构中，其中，所述的摄像装置包括，套设在成像系统构件后端部的CCD摄像装置连接件，镶嵌在CCD摄像装置连接件中的摄像头。
本实用新型用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1.本实用新型由于在光路系统中采用了对物距偏移不敏感的反射式投影测量方法，即在光路系统中设计了L形状的光路构件，在L形状光路构件的转折端设置一半透半反射镜，从而克服了物距偏移带来光学放大倍数变化而引起的测量误差；2.本实用新型由于采用了控制光源和摄像头工作的同步电路，从而克服了被测物体以一定速度在传输带上运动，使运动物体成像产生拖影而造成的测量误差，由此提高了测量精度；3.本实用新型由于在光学系统中充分利用CCD摄像装置的成像面积来每次容纳一个以上测量端面，从而保证每次测量均可捕捉到一个完整的端面，为计算机图像处理和数据运算提供了完整的测量端面几何尺寸，为调整产生打下基础。
通过以下对本实用新型用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为图1是本实用新型用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构的测量原理框图；图2是图1中光路检测机构的结构示意图；图3是图2中光路检测机构的光路原理示意图。
具体实施方式
请参见图1所示，这是本实用新型用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构的测量原理框图。本实用新型圆周在线光学投影检测机构，包括光源10，在本实施例中，光源10采用的是型号为LYQ12-50的仪用卤钨灯；与卤钨灯光源10进行光连接的是一光路检测机构20，所需进行在线检测的被测物件B(香烟)位于光路检测机构20的被测端，在光路检测机构20的检测端设置摄像装置30，光路检测机构20检测香烟烟支或滤嘴棒的圆周及圆度变化情况，并将烟支或滤嘴棒的圆周及圆度变化情况提供摄像装置30拍摄；与摄像装置30信号连接的是一图形采集卡40，与图形采集卡40信号连接的且进行图形处理与数据运算的是一计算机50，在本实施例中，图形采集卡40采用的是型号为OK-M10A的采集卡采集卡，该图形采集卡40采集了烟支或滤嘴棒的圆周及圆度变化情况，并将上述图像数据送至计算机50，由计算机50对上述烟支或滤嘴棒圆周及圆度变化的图像数据进行图形处理与数据运算，并及时送出调整产品生产的指令；还包括一同步电路60，用于控制光路检测机构20中光源和摄像装置30的动作。
请结合图1参见图2和图3所示，它们分别是本实用新型中光路检测机构的结构示意图和光路原理示意图。所述的光路检测机构20包括，一照明系统构件21和一成像系统构件22，照明系统构件21和成像系统构件22连接呈中间贯通的L形状；位于成像系统构件22的连接端即L形状的照明系统构件21和成像系统构件22的转折端设置为被测端，在该被测端处设置一玻璃罩27，该玻璃罩27与被测端密封连接；所述的被测物件B(香烟)设置在照明系统构件2 1和成像系统构件22的转折端外的被测端，该被测物件B(香烟)与照明系统构件21的同一轴心。
在所述的呈L形状的照明系统构件21和成像系统构件22中设置了检测的光学部件。其中在所述的照明系统构件21的一端设置一卤钨灯光源10，在卤钨灯光源10后侧的是前透镜组件23，在本实施例中，前透镜组件23由第一透镜231和第二透镜232组成，第一透镜231是一凸透镜，用于将卤钨灯光源10发出的光进行适当的聚光(见图3中L1)，第二透镜232是一凹透镜，用于将经第一透镜23 1适当聚光后的光源进行扩束(见图3中L2)，使光源均衡，为了能使第二透镜232出来的光源更为均衡，可以在第一透镜231和第二透镜232之间设置一光阑233(请参见图1所示)，该光阑233拦住了第一透镜231出来的边缘发散的光(见图3中P1)，使进入第二透镜232的光相对集中，从而可达到经第二透镜232出来的光源更为均衡；在所述的L形状的照明系统构件21和成像系统构件22的转折端设置一反光镜24；在本实用新型中，该反光镜24采用的是一半透半反射镜，它既能允许第二透镜232的光通过，又能将被测物件B(香烟)的图像信息反射出来(图3中AB为被测物件的物面)；在所述的成像系统构件22的前端即位于反光镜24后侧设置有后透镜组件25，在本实施例中，后透镜组件25由第三透镜251、第四透镜252、第五透镜253组成，第三、四、五透镜均是凸透镜，用以将第二透镜232的光和被测物件B的图像信息清晰反映出来；在后透镜组件25后侧设置一光阑26，该光阑26的光通孔261的直径范围是8至12毫米，该光阑26及其光通孔261可以拦住第五透镜253出来的边缘发散的光(见图3中P2)；设置在光阑26后侧的摄像装置30包括，套设在成像系统构件22后端部的CCD摄像装置连接件31，镶嵌在CCD摄像装置连接件31中的摄像头32，在本实施例中，摄像头32采用的是型号为MTV1881EX的摄像头，它能有效将被测物件B(香烟)的图像信息拍摄下来(图3中A’B’是像面，2y’是像面高度)，以便图形采集卡40有效采集相关的图像信息且送至计算机50进行图形处理与数据运算。
由上述可见，本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和积极效果1.具有合理的光路系统。
本实用新型为达到端面在线检测精度的要求，将光路系统设计成尽量减少运动中香烟圆柱端面X轴方向上下移动造成的测量误差，为此，检测系统采用柯拉照相和物方远心光路。
2.照明与摄像机同步。
由于圆柱端面以一定速度运动，且在运动中端面间上下不齐，用普通成像系统难于获得图像处理所必须的清晰图像，根据高速摄影和光学成像技术，采用同步频闪光源照明和对目标移动不敏感的光学系统设计，并采用高速静片摄影的方法，即在极短曝光时间下获得照片，使得运动物体在此一瞬间相对于CCD摄像装置的光敏面可视为静止，曝光时间根据运动速度和频闪光源的亮度来选择，除了选用曝光时间较短的频闪光源照明，还要考虑光源输出光谱与CCD摄像装置的光谱响应特性，为保证光源有效时间正好是CCD摄像装置的光积分周期，采取了同步技术的措施，使每次频闪都可获得进行下一步图像处理的有效图像，为此在本实用新型中采用同步电路来完成，即从摄像机中引出CCD摄像装置驱动电路的场同步信号，从而实现光源照明与CCD摄像装置接收的同时性。
3.计算机软件进行图像处理。包括图像预处理对图像进行除噪和边缘增加处理；图像亚像素边缘提取在图像测量系统中，图像边缘检测是测量的基础和关键。由于原始图像往往包含有噪声，而图像边缘和噪声在空间域却表现为灰度有较大的起落，在频率域同步反映为高频分量，给边缘检测带来困难。为满足图像测量的需要采用具有保持边缘特征和滤波功能，且能适应非均匀照明的边缘检测算法，利用计算机软件进行图像处理，使图像边缘精确定位在一个象素上，并在此基础上利用像图像目标亚像素处理技术，从而提高测量精度；目标几何中尺寸亚像素的计算在目标亚像素边缘提取的基础上，设计目标几何尺寸的亚像素计算方法，计算出圆周长、圆度，直径等几何尺寸。
综上所述，本实用新型用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构由于在光路系统中采用了反射式投影测量方法，克服了物距偏移带来光学放大倍数变化而引起的测量误差；同时，由于采用了同步频闪光源照明和摄像装置接收的同时性，提高了测量精度；并且，用以利用CCD摄像装置的成像面积保证每次测量均可捕捉到一个完整的端面，为计算机图像处理和数据运算提供了测量端面几何尺寸的基础；另外，本实用新型可安装在烟草行业多种生产设备卷制成型产品出口处皮带输送线上进行生产过程中产品圆周在线检测及显示，因此极为实用。
权利要求1.一种用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，包括光源(10)，与光源(10)进行光连接的是一光路检测机构(20)，在光路检测机构(20)被测端设置被测物件(B)，在光路检测机构(20)的检测端设置摄像装置(30)，与摄像装置(30)信号连接的是一图形采集卡(40)，与图形采集卡(40)信号连接的且进行图形处理与数据运算的是一计算机(50)，控制光路检测机构(20)中光源和摄像装置(30)工作的同步电路(60)；其特征在于所述的光路检测机构(20)包括，一照明系统构件(21)和一成像系统构件(22)；照明系统构件(21)和成像系统构件(22)连接呈中间贯通的L形状；所述的照明系统构件(21)的一端设置一光源(10)，在光源(10)后侧的是前透镜组件(23)；在所述的L形状的照明系统构件(21)和成像系统构件(22)的转折端设置一反光镜(24)；在反光镜(24)后侧即位于成像系统构件(22)前端的是后透镜组件(25)，在后透镜组件(25)的后侧设置一光阑(26)，所述的摄像装置(30)设置在成像系统构件(22)的后端部。
2.如权利要求1所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于所述的前透镜组件(23)由第一透镜(231)和第二透镜(232)组成，第一透镜(231)是一凸透镜，第二透镜(232)是一凹透镜。
3.如权利要求2所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于在所述的第一透镜(231)和第二透镜(232)之间设置一光阑(233)。
4.如权利要求1所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于所述的反光镜(24)是一半透半反射镜。
5.如权利要求1所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于所述的后透镜组件(25)由第三、四、五透镜(251、252、253)组成，第三、四、五透镜(251、252、253)均是凸透镜。
6.如权利要求1所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于所述的设置在后透镜组件(25)后侧的光阑(26)的光通孔(261)的直径范围是8至12毫米。
7.如权利要求1所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于所述的成像系统构件(22)的连接端即L形状的照明系统构件(21)和成像系统构件(22)的转折端设置为被测端，在该被测端处设置一玻璃罩(27)，该玻璃罩(27)与被测端密封连接；所述的被测物件(B)与照明系统构件(21)的同一轴心。
8.如权利要求1所述的用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，其特征在于所述的摄像装置(30)包括，套设在成像系统构件(22)后端部的摄像装置连接件(31)，镶嵌在摄像装置连接件(31)中的摄像头(32)。
专利摘要本实用新型涉及一种用于烟草行业的圆周在线光学投影检测机构，包括光源和光路检测机构，光路检测机构的被测端设置被测物件、检测端设置摄像装置及其图形采集卡、计算机，控制光源和摄像装置的同步电路；其特点是光路检测机构包括，连接呈L状中间贯通的照明系统构件和成像系统构件；照明系统构件一端设置光源，光源后侧是前透镜组件；L状构件转折端设置一反光镜；反光镜后侧即成像系统构件中设置后透镜组件和光阑，摄像装置位于光阑后部。由此本实用新型克服了物距偏移引起的测量误差，且通过同步频闪光源照明和摄像头接收提高了测量精度，并利用摄像头成像面积捕捉完整端面，为计算机数据处理提供了测量端面几何尺寸的基础，因此极为实用。
文档编号A24C5/32GK2698097SQ200420022640
公开日2005年5月11日 申请日期2004年5月12日 优先权日2004年5月12日
发明者张跃武, 邓春宁, 闵晨, 白绍光, 赵强 申请人:上海恒尚自动化设备有限公司