本實(shí)用新型涉及煙葉厚度監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于工業(yè)相機(jī)的煙葉厚度監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

目前，在許多工業(yè)生產(chǎn)控制中，均勻適合的物料厚度往往是提高設(shè)備生產(chǎn)效率，維護(hù)設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)安全的一個重要因素?，F(xiàn)有的物料測量方法有的基于人工測量，工作效率低，人力成本太高，而且在大型化的流水線生產(chǎn)中人工測量往往不方便，有很大的局限性；再或是采用一些復(fù)雜測量的儀器設(shè)備，調(diào)試工作繁雜，受環(huán)境影響較大，可靠性和使用壽命都難以保障。

在卷煙生產(chǎn)流程中，儲葉柜和儲絲柜都是常用的煙葉流量調(diào)節(jié)設(shè)備，對銜接前后工序段，調(diào)節(jié)物料水分平衡，保證原料混合均勻性有著重要作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，煙葉在儲葉柜和儲絲柜中都應(yīng)保證具有一定的厚度，厚度較小儲葉柜和儲絲柜得不到有效利用，如果厚度過大，則煙葉容易擠壓，造成板結(jié)，影響成品煙的質(zhì)量?，F(xiàn)有的儲葉柜和儲絲柜設(shè)備基本沒有物料厚度檢測裝置，大多依靠操作人員經(jīng)驗(yàn)來判斷厚度是否合適，這樣不利于操作標(biāo)準(zhǔn)的形成，難以保證煙葉或煙絲產(chǎn)品的質(zhì)量的穩(wěn)定性。

CCD(ChargeCoupledDevice)，電荷耦合器件，是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的新型半導(dǎo)體集成光電器件。線陣CCD可同時儲存一行光電信號，而且單排感光單元的數(shù)目可以，在同等測量精度的前提下，測量范圍更廣；同時，由于線陣CCD實(shí)時傳輸光電變換信號和自掃描速度快、頻率相應(yīng)高，能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)測量，并且能夠在低照度下工作，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品尺寸測量和分類、非接觸尺寸測量等領(lǐng)域。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，以機(jī)器視覺為依托的非接觸規(guī)格測定方法愈加普遍的為生產(chǎn)制造領(lǐng)域提高技術(shù)支撐，很大程度上保證了工業(yè)產(chǎn)品的鑒定可信度。目前，機(jī)器視覺方式已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品準(zhǔn)確測定的最佳選擇，具有十分廣闊的市場前景。它在測定的過程中，不需要與被測產(chǎn)品進(jìn)行接觸，有著無與倫比的優(yōu)勢。該方法不會使被測產(chǎn)品出現(xiàn)絲毫的損害，無接觸，時效性強(qiáng)、受外界影響小，精確性好，可大規(guī)模進(jìn)行等。既有較高的可信度，又節(jié)約了時間和工作量，減少人工失誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型公開了一種基于工業(yè)相機(jī)的煙葉厚度監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置能夠根據(jù)工業(yè)CCD相機(jī)拍攝的煙葉厚度圖片，通過計(jì)算機(jī)算出煙葉實(shí)際厚度，然后根據(jù)煙葉實(shí)際厚度調(diào)節(jié)進(jìn)料速度。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種基于工業(yè)相機(jī)的煙葉厚度監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括煙柜1，設(shè)置于煙柜1側(cè)面的透明觀察窗3，置于透明觀察窗3正前方的CCD相機(jī)5，與CCD相機(jī)5連接的圖像采集卡8，與圖像采集卡8相連的計(jì)算機(jī)9以及受計(jì)算機(jī)9控制運(yùn)動速度的進(jìn)料傳輸帶10。圖像采集卡內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換功能，可以將采集圖像信息傳送到計(jì)算機(jī)中處理和編輯。

距離所述透明觀察窗3側(cè)邊3-5cm處設(shè)有磁性刻度尺4，且所述磁性刻度尺4的零刻度線與煙柜1底部重合。

所述透明觀察窗3側(cè)上方表面安裝LED燈2，為了調(diào)節(jié)光度，可在透明觀察窗兩側(cè)上方各設(shè)置一個LED燈。

所述CCD相機(jī)5設(shè)置在可調(diào)節(jié)支架6上，調(diào)節(jié)CCD相機(jī)的高度。

所述煙柜1為儲葉柜或儲絲柜，儲葉柜和儲絲柜是常用的大型煙葉流量調(diào)節(jié)設(shè)備，分別通過傳送帶進(jìn)行進(jìn)料和出料。以儲葉柜為例，煙葉進(jìn)入儲葉柜中自動堆碼，如果出料速度緩慢，則儲葉柜中煙葉厚度逐漸增高，煙葉厚度過高，超過儲葉柜承重，而且造成煙葉板結(jié)，影響煙葉的質(zhì)量。

所述計(jì)算機(jī)9通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、變頻器控制進(jìn)料傳輸帶10的進(jìn)料速度。

所述基于工業(yè)相機(jī)的煙葉厚度監(jiān)測方法包括以下步驟：

步驟(1)在距離煙柜的透明觀察窗側(cè)邊3-5cm處粘貼磁性刻度尺；在透明觀察窗的正前方設(shè)置CCD相機(jī)，并調(diào)節(jié)焦距；以及在透明觀察窗側(cè)上方表面安裝可調(diào)節(jié)亮度的LED燈，在儲煙柜側(cè)面透明觀察窗側(cè)上方表面安裝兩個可調(diào)節(jié)的LED光源頭，適當(dāng)調(diào)節(jié)其亮度，使CCD相機(jī)拍攝出的物料煙片圖像清晰，細(xì)節(jié)豐富；

步驟(2)CCD相機(jī)透過透明觀察窗對煙柜中的煙片厚度圖像進(jìn)行采集，并通過圖像采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中處理；

步驟(3)當(dāng)煙柜全滿時，讀出磁性刻度尺對應(yīng)此時的煙葉或煙絲的厚度值H，用CCD相機(jī)采集此時的圖像，利用計(jì)算機(jī)中的matlab軟件對采集的煙片厚度或煙絲厚度圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)換、去除噪聲，然后對去噪后的圖像進(jìn)行二值化，再對二值化后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的開閉運(yùn)算，使圖像中的邊界點(diǎn)消除，孔洞彌合，接著對形態(tài)學(xué)運(yùn)算后的圖像進(jìn)行邊緣檢測；處理后的圖像中煙片所在區(qū)域的像素值全為“0”，沒有煙片的區(qū)域像素值將全為“1”，最后用matlab軟件對處理過后的圖片進(jìn)行“0”像素值的行數(shù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出的“0”像素值的行數(shù)為M，得到標(biāo)定系數(shù)K＝H/M；獲取了標(biāo)定系數(shù)后，在更換不同的測量對象或者測量條件(照明、焦距等)改變后，則需要重新進(jìn)行標(biāo)定。

步驟(4)定時采用CCD相機(jī)對煙柜中的煙片厚度圖像進(jìn)行采集，再通過圖像采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中處理；按照步驟(3)進(jìn)行圖片處理，最后matlab軟件對處理過后的圖片進(jìn)行“0”像素值的行數(shù)統(tǒng)計(jì)；再根據(jù)煙葉厚度＝標(biāo)定系數(shù)×統(tǒng)計(jì)“0”像素值的行數(shù)值，從而得到煙葉的實(shí)際厚度。

進(jìn)一步地，所述磁性刻度尺的零刻度線與煙柜底部重合，磁性刻度尺最大讀數(shù)應(yīng)略大于或等于煙柜滿料時的物料厚度值，磁性刻度尺應(yīng)保持與地面垂直。

進(jìn)一步地，所述CCD相機(jī)放置在煙柜透明觀察窗的正前方，調(diào)節(jié)相機(jī)的高度和水平方向，使CCD相機(jī)鏡頭的中軸線與透明觀察窗的中軸線平行；CCD相機(jī)拍攝圖像時整個透明觀察窗的圖像應(yīng)占據(jù)拍攝圖像畫面的90％以上。

進(jìn)一步地，步驟(3)和步驟(4)統(tǒng)計(jì)某一行的像素“0”值的行數(shù)時，只要“0”值像素個數(shù)占整行像素個數(shù)的65％以上即認(rèn)為該行的像素值全為“0”。

本實(shí)用新型采用matlab軟件對采集的煙片厚度圖像進(jìn)行預(yù)處理，首先對采集得到的圖像進(jìn)行灰度變換，然后對圖像進(jìn)行去噪處理。消除圖像中的孤立點(diǎn)，使圖像平滑。接著對去噪圖像進(jìn)行二值化，然后對二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的開閉運(yùn)算，使圖像中的邊界點(diǎn)消除，孔洞彌合。接著對形態(tài)學(xué)運(yùn)算后的圖像進(jìn)行邊緣檢測。煙柜煙片厚度圖像經(jīng)過上述方法處理后，理論上煙片所在區(qū)域的像素值將全為“0”，沒有煙片的區(qū)域像素值將全為“1”。最后用matlab軟件對處理過后的圖片進(jìn)行“0”像素值的行數(shù)統(tǒng)計(jì)，再在煙柜全滿時獲得標(biāo)定系數(shù)，根據(jù)標(biāo)定系數(shù)×統(tǒng)計(jì)“0”像素值的行數(shù)值得到煙葉的實(shí)際厚度，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可人為設(shè)定煙柜煙片物料厚度的上下限范圍，當(dāng)超出范圍時可以發(fā)出報(bào)警信息或者通過設(shè)定程序自動調(diào)節(jié)進(jìn)料運(yùn)輸帶或者出料運(yùn)輸帶的運(yùn)行速度，以實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)的自動，精準(zhǔn)控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

(1)本實(shí)用新型提供的煙葉厚度檢測方法能很容易滿足工業(yè)要求，具有良好的可行性和穩(wěn)定性，大大的提高了產(chǎn)品的合格率和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了卷煙生產(chǎn)過程中煙柜中煙片或煙絲流量的自動控制；

(2)采用自動檢測和人工刻度尺測量的方式進(jìn)行，操作人員可以方便直觀該監(jiān)測裝置的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的基于工業(yè)相機(jī)的煙葉厚度監(jiān)測裝置的示意圖；

圖2為采集的煙葉厚度圖像處理流程圖；

圖3為圖像處理后的有效圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記：1-煙柜、2-LED燈、3-透明觀察窗、4-磁性刻度尺、5-CCD相機(jī)、6-可調(diào)節(jié)支架、8-圖像采集卡、9-計(jì)算機(jī)、10-進(jìn)料傳輸帶，D-為CCD相機(jī)與煙柜的距離，H為煙柜的高度。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

如圖1、圖2和圖3所示，一種基于工業(yè)相機(jī)的煙葉厚度監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測裝置包括煙柜1，設(shè)置于煙柜1側(cè)面的透明觀察窗3，置于透明觀察窗3正前方的CCD相機(jī)5，與CCD相機(jī)5連接的圖像采集卡8，與圖像采集卡8相連的計(jì)算機(jī)9以及受計(jì)算機(jī)9控制運(yùn)動速度的進(jìn)料傳輸帶10。圖像采集卡內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換功能，可以將采集圖像信息傳送到計(jì)算機(jī)中處理和編輯，用CCD相機(jī)5對煙柜中的煙葉厚度圖像進(jìn)行采集，通過圖像采集卡8傳輸?shù)接?jì)算機(jī)9中處理。

距離所述透明觀察窗3側(cè)邊3-5cm處設(shè)有磁性刻度尺4，且所述磁性刻度尺4的零刻度線與煙柜1底部重合。透明觀察窗3側(cè)上方表面安裝LED燈2，CCD相機(jī)5設(shè)置在可調(diào)節(jié)支架6上。

計(jì)算機(jī)9通過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、變頻器控制進(jìn)料傳輸帶10的進(jìn)料速度，如果煙葉厚度超過設(shè)定值，則降低進(jìn)料傳輸帶10的進(jìn)料速度，進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。

在儲煙柜側(cè)面透明觀察窗3側(cè)上方表面安裝兩個可調(diào)節(jié)亮度的LED燈2a、2b，適當(dāng)調(diào)節(jié)其亮度，使CCD相機(jī)5拍攝出的物料煙片圖像清晰，細(xì)節(jié)豐富。

采用matlab對采集的煙片厚度圖像進(jìn)行預(yù)處理，如圖所示2首先對采集得到的圖像進(jìn)行灰度變換，然后對圖像進(jìn)行去噪處理，消除圖像中的孤立點(diǎn)，使圖像平滑。接著對去噪圖像進(jìn)行二值化，然后對二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的開閉運(yùn)算，使圖像中的邊界點(diǎn)消除，孔洞彌合，接著對形態(tài)學(xué)運(yùn)算后的圖像進(jìn)行邊緣檢測。

最后用matlab軟件對處理過后的圖片進(jìn)行“0”像素值的行數(shù)統(tǒng)計(jì)?？紤]到煙片間可能存在間隙，煙葉物料進(jìn)入煙柜中的不平整性以及圖像采集過程中存在不可預(yù)知的噪聲等，故在統(tǒng)計(jì)某一行的像素“0”值的行數(shù)時，只要某行的“0”值像素個數(shù)占整行像素個數(shù)的65％以上時，即可認(rèn)為該行的像素值全為“0”。即該行上有煙葉存在。

以圖3一幅分辨率為10*10的位圖圖像數(shù)據(jù)示意圖為例，則存在煙葉圖像的像素行值為1-7行。

煙葉厚度的監(jiān)測方法：

步驟(1)在距離透明觀察窗側(cè)邊3-5cm處粘貼磁性刻度尺，磁性刻度尺的零刻度線與儲葉柜底部重合，磁性刻度尺最大讀數(shù)應(yīng)大于或等于儲葉柜滿料時的物料厚度值，磁性刻度尺應(yīng)保持與地面垂直；

步驟(2)在儲葉柜透明觀察窗的正前方放置CCD相機(jī)，調(diào)節(jié)支架的高度和水平方向，使CCD相機(jī)鏡頭的中軸線與所拍攝物體的中軸線平行，調(diào)節(jié)相機(jī)焦距或者調(diào)節(jié)支架與儲葉柜之間的距離，使整個透明觀察窗的圖像占據(jù)拍攝圖像畫面的90％以上；

步驟(3)在儲儲葉柜側(cè)面透明觀察窗側(cè)上方表面安裝兩個可調(diào)節(jié)的LED光源頭，適當(dāng)調(diào)節(jié)其亮度，使CCD相機(jī)拍攝出的物料煙片圖像清晰，細(xì)節(jié)豐富；

步驟(4)用CCD相機(jī)對儲葉柜中的煙片厚度圖像進(jìn)行采集，通過圖像采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中處理；

步驟(5)利用計(jì)算機(jī)中的matlab軟件對采集的煙片厚度或煙絲厚度圖像進(jìn)行預(yù)處理去除噪聲，接著對去噪圖像進(jìn)行二值化，然后對二值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)的開閉運(yùn)算，使圖像中的邊界點(diǎn)消除，孔洞彌合，接著對形態(tài)學(xué)運(yùn)算后的圖像進(jìn)行邊緣檢測；圖像邊緣檢測大幅度地減少了數(shù)據(jù)量，并且剔除了可以認(rèn)為不相關(guān)的信息，保留了圖像重要的結(jié)構(gòu)屬性，使煙葉邊緣更加清晰。

首先對采集得到的圖像進(jìn)行灰度變換，然后對圖像進(jìn)行去噪處理，消除圖像中的孤立點(diǎn)，使圖像平滑；

儲葉柜煙片厚度圖像經(jīng)過上述方法處理后，理論上煙片所在區(qū)域的像素值將全為“0”，沒有煙片的區(qū)域像素值將全為“1”，最后用matlab軟件對處理過后的圖片進(jìn)行“0”像素值的行數(shù)統(tǒng)計(jì)。考慮到煙片間可能存在間隙，煙片物料進(jìn)入儲葉柜中的不平整性以及圖像采集過程中存在不可預(yù)知的噪聲，故在統(tǒng)計(jì)某一行的像素“0”值的行數(shù)時，只要某行的“0”值像素個數(shù)占整行像素個數(shù)的65％以上時，即可認(rèn)為該行的像素值全為“0”。

根據(jù)煙葉厚度＝標(biāo)定系數(shù)×統(tǒng)計(jì)“0”像素值的行數(shù)值；從而得到煙葉的實(shí)際厚度；

步驟(6)標(biāo)定系數(shù)測定：當(dāng)儲葉柜全滿時，通過觀察窗讀出此時的物料厚度值H，同時用CCD相機(jī)采集此時的圖像，計(jì)算機(jī)用matlab軟件按照步驟(4)對圖像進(jìn)行預(yù)處理，統(tǒng)計(jì)出的“0”像素值的行數(shù)為M，則系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)為K＝H/M；

獲取了系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)后，在更換不同的測量對象或者測量條件(照明、焦距等)改變后，則需要重新進(jìn)行標(biāo)定；

在計(jì)算機(jī)中設(shè)定儲葉柜煙片物料厚度的上下限范圍，當(dāng)超出范圍時可以發(fā)出報(bào)警信息并通過設(shè)定程序自動調(diào)節(jié)進(jìn)料運(yùn)輸帶運(yùn)行速度。

由于各種條件因素的影響限制，該裝置和方法的測量正常誤差在±5％左右，如果測量過程中，誤差過大，則需要重新標(biāo)定測量系數(shù)或是檢查更換設(shè)備。

以上所述僅為該實(shí)用新型的一個較佳實(shí)施案例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)和原則內(nèi)，作出多種實(shí)施方式的修改和變更，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。