水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置的制作方法

本实用新型涉及一种水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，该装置对气力输送过程中烟丝运动速度和流场分析有显著意义。

背景技术：

在卷烟生产过程中广泛运用到气力输送设备来输送烟丝，特别是卷烟机的气力送丝系统，几乎是卷烟厂必不可少的设备之一。在实际生产过程中，一般由负压驱动气流运动，由气流带动烟丝从喂料端输送到目标端。烟丝的运动速度与气流速度密切相关，如果气流速度太小可能造成烟丝在管道内沉积，从而引发管道堵塞；如果气流速度太大，可能造成烟丝在管道内的碰撞、摩擦，从而造成烟丝大量造碎和管道的严重磨损。因此，对于管道内烟丝运动速度的定量检测，显得尤为重要。

但是，由于在气力输送过程中，烟丝存在运动速度快、运动方向不确定、自身不断旋转等问题，精确测定烟丝在管道内的运动速度存在一定难度。南华大学的曾蕾在《粒子图像测速(piv)技术在烟丝流量检测中的研究》一文中提到烟丝流速的测量，论文采用了添加示踪颗粒的方法来检测烟丝流速，该方法在实际生产中可操作性不强，另外，论文中只给出了技术路线，没有进行实际验证。专利号cn203610326u公布了一种基于图像处理技术的烟丝精选剔除装置，但该装置的应用对象不是管道气力输送过程中的烟丝，而是输送带上的烟丝，而且该装置的图像采集部分采集帧率有限，很难实现对管道内高速运动的烟丝进行精确采集。所以，当前烟草行业尚没有一种成熟的技术或设备可以快速、准确地检测气力输送管道中烟丝的速度。为解决这一问题，结合近年来机器视觉技术的高速发展，可以考虑利用机器视觉技术来检测气力输送过程中烟丝运动速度，但在此之前，首先要研制一套高速、稳定、可靠的烟丝图像采集装置，故提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的正是基于上述现有技术状况而提出的一种水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，利用机器视觉技术来检测气力输送过程中烟丝运动速度。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，包括一段透明材质的方形管道、补光平行光源、图像拍摄装置和上位机控制系统；图像拍摄装置设置在垂直于水平透明管道方向的位置，补光平行光源设置于水平管道对向一侧且紧贴管道外壁设置便于产生一定亮度的视场、其几何中心与图像拍摄装置镜头光轴在同一条直线上；上位机控制系统采用rs-422通信协议与图像拍摄装置通信，控制图像拍摄装置启动和停止，设置图像采集帧率，实现图像数据的传输和存储。

在本实用新型中，方形管道的截面为正方形，边长优选0.133m。正方形的边长根据其应用的烟丝输送管道尺寸而确定，计算方形管道边长时应保证其截面积与烟丝输送管道截面积的水力半径相同。

图像拍摄装置设置在垂直于水平透明管道方向0.93m的位置，该0.93m距离是指管道中心线至镜头的距离。

图像拍摄装置配有1280*860分辨率的图像采集传感器和焦距为90mm光圈可调的镜头，可以实现高速图像采集，图像采集速率最高可达1981fps，而且采集速率可调。

所述透明材质的方形管道是指玻璃管道、有机玻璃管道、高分子材质管道。

所述烟丝图像采集装置直接接装在气力输送烟丝的水平管道中使用，透明材质的方形管道两端分别与气力输送烟丝的水平管道密封连接，如果二者截面不匹配，则需要转换接头来连接，使得该方形管道也成为密相烟丝输送管道中的一段。

使用时，首先启动管道气力送丝系统，启动烟丝喂料装置，系统稳定后再启动本实用新型的图像采集装置，采集速率设为1500fps，并设置图像储存地址。

本实用新型的有益效果在于：

1.可以实现气力输送过程中烟丝图像的高速、稳定采集；

2.可以根据实际生产情况动态调节图像采集速率；

3.可以对采集到的图像进行高速传输，通过上位机系统对采集到的图像进行处理、计算烟丝运动速度、并进行统计分析。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，

图中：1.方形管道，2.补光平行光源，3.图像拍摄装置，4.数据线，5.上位机控制系统。

具体实施方式

本实用新型下面结合附图作进一步详细说明：

如图1所示：一种水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，包括一段透明材质的方形管道1、补光平行光源2、图像拍摄装置3和上位机系统5；图像拍摄装置设置在垂直于水平透明管道方向0.93的位置，补光平行光源设置于水平管道对向一侧且紧贴管道外壁设置、其几何中心与图像拍摄装置镜头光轴在同一条直线上；上位机系统5通过数据线4与图像拍摄装置3通信，控制图像拍摄装置启动和停止。

更具体的说，本实用新型包括以下五部分：

第1部分为方形透明管道，其截面是边长为0.133m的正方形。

第2部分为补光装置，该装置采用平行光源，置于透明管道背面，其几何中心与图像采集装置镜头光轴在同一条直线上。

第3部分为图像采集装置，该装置拍摄帧率可调，采集的图像分辨率为1280*860。

第4部分为数据线，连接图像采集装置与上位机系统，采用rs-422通信协议进行数据传输。

第5部分为上位机控制系统，该系统可以控制图像拍摄装置启动和停止，设置拍摄采集帧率，控制数据的高速传输和存储。

气力输送系统启动以后，烟丝在气流的推动下通过方形管1，在上位机系统5中控制图像拍摄装置3开始拍摄，在平行光源2的照射下，烟丝图像被图像拍摄装置3采集到，并通过数据线4传输到上位机系统5，存放在指定地址中。

上述装置的具体使用步骤如下：

1.在上位机系统5中设置图像拍摄装置3的图像采集速率和图像储存地址；

2.打开平行光源2，启动气力输送系统和喂料装置开始喂料；

3.在上位机系统5中控制图像拍摄装置3开始拍摄；

4.烟丝在气流的推动下通过方形管1，采集到的图像通过数据线4传输到上位机系统5，并存放在指定地址中。

技术特征：

1.水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：包括一段透明材质的方形管道、补光平行光源、图像拍摄装置和上位机控制系统；

图像拍摄装置设置在垂直于水平透明管道方向的位置，补光平行光源设置于水平管道对向一侧且紧贴管道外壁设置、其几何中心与图像拍摄装置镜头光轴在同一条直线上；

上位机控制系统采用rs-422通信协议与图像拍摄装置通信，控制图像拍摄装置启动和停止，设置图像采集帧率，实现图像数据的传输和存储。

2.根据权利要求1所述的水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：方形管道的截面为正方形。

3.根据权利要求2所述的水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：正方形的边长为0.133m。

4.根据权利要求1所述的水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：图像拍摄装置设置在垂直于水平透明管道方向0.93m的位置，该0.93m距离是指管道中心线至镜头的距离。

5.根据权利要求1所述的水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：图像拍摄装置配有1280*860分辨率的图像采集传感器和焦距为90mm光圈可调的镜头，可以实现高速图像采集，图像采集速率最高可达1981fps，而且采集速率可调。

6.根据权利要求1所述的水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：所述透明材质的方形管道是指玻璃材质管道、有机玻璃材质管道或高分子材质管道。

7.根据权利要求1所述的水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：所述烟丝图像采集装置直接接装在气力输送烟丝的水平管道中使用，透明材质的方形管道两端分别与气力输送烟丝的水平管道密封连接，如果二者截面不匹配，则需要转换接头来连接。

技术总结
水平管道中密相烟丝气力输送过程中烟丝图像采集装置，其特征在于：包括一段透明材质的方形管道、补光平行光源、图像拍摄装置和上位机系统；图像拍摄装置设置在垂直于水平透明管道方向的位置，补光平行光源设置于水平管道对向一侧且紧贴管道外壁设置、其几何中心与图像拍摄装置镜头光轴在同一条直线上；上位机系统采用RS‑422通信协议与图像拍摄装置通信，控制图像拍摄装置启动和停止，设置图像采集帧率，并对采集到的图像进行处理、计算烟丝运动速度、进行统计分析。本实用新型的有益效果在于：可实现气力输送过程中烟丝图像的高速、稳定采集；可根据实际生产情况动态调节图像采集速率；可对采集到的图像进行高速传输。

技术研发人员：李斌;陈然;张大波;郜小萌;成少锋;陈少尔;张自燚;邓楠;刘朝贤;王兵
受保护的技术使用者：中国烟草总公司郑州烟草研究院
技术研发日：2019.12.20
技术公布日：2020.06.19