论文部分内容阅读
摘要：传统的盘纸自动搭接技术针对不同内径的盘纸剩余量有很大的差别（差距有时会在10m以上），本文提出的成像式盘纸余量检测系统采用机器视觉的方法，在线实时精确检测盘纸的剩余量，保证不同内径的盘纸剩余量相差不超过0.5m，从根本上杜绝浪费。
关键词：成像式；盘纸余量
【分类号】：TG333.2
1 引言
盘纸自动搭接系统是卷接机的一部分，传统的搭接是通过设定主控制器的脉冲数来判断切纸的，这种切纸方法针对不同内径盘纸的剩余量相差很大，设置固定的脉冲数有些盘纸剩余量会达到10m，有些盘纸就会跑空，所以烟厂的电工将脉冲数设置的较小，保证盘纸不会跑空，这样盘纸的剩余量较多，有时会达到30m，这样盘纸剩余很多时就会被弃用，造成很大的浪费。采用成像式盘纸余量检测系统可以精确检测出盘纸的剩余量，保证不同内径的盘纸剩余量都在4m之内，有效的节约资源。整个系统由视频采集装置和控制装置组成，视频采集装置主要是实时采集盘纸图像，并将图像上传到控制装置中，控制装置主要对采集的盘纸图像进行判断，如果盘纸的剩余量达到设定的阈值就发送切纸命令，机器就会产生切纸动作。
2 视频采集装置
视频采集装置包括相机、光源和防尘装置，相机的分辨率为640×480，配合8mm镜头，每个像素能拍到的大小为0.026×0.026mm，一层盘纸的厚度约为0.038mm，这样一层盘纸需要1.5像素，达到需要的检测精度。
为了精确检测出盘纸余量需要额外增加光源，减少外接的干扰，同时在光源处增加均光板，使图像亮度更加均匀。
由于工作环境中的灰尘较多，需要做好镜头的防尘，在镜头处安装一排小气孔持续对镜头吹气，保证镜头能长时间工作而不落灰。
3 控制装置
控制装置包括检测软件和IO控制板，检测软件主要是对拍摄的盘纸图像进行处理，计算盘纸的剩余量，检测软件的流程如图1所示。
开启检测后相机按照固定的帧率采集盘纸图像，然后传送给上位机软件，软件算法首先分析判断图像是否异常，异常即代表相机或成像环境发生较大变化，这时软件会控制报警器报警。若无异常再进行盘纸厚度计算，并且当该厚度小于一定的阈值时，软件自动发出换纸命令。
成像异常的原因主要是镜头落灰使图像变暗，判断图像异常的方法是计算当前图像的平均亮度[1]，把这些参数与正常图片比较，如果差异在一定阈值之内，表示图像正常。
经调查发现，盘纸与卷轴之间存在明显的颜色对比，为了减少图像计算时间，检测算法在一个较小的区域中进行，首先确定盘纸和卷轴的分界线，对分界线上的每个点采用最小二乘法拟合出圆[2]，然后沿着拟合出的圆弧上的所有点的平均梯度方向[3]寻找盘纸外边界，采用相同的方法拟合出外边界的圆，这两个圆的半径之差即为盘纸的剩余量。图2所示的两条线为同一梯度方向上拟合出的两个圆的切线，这两条线的距离即为盘纸的剩余量。
IO控制板的作用为采集原机的接近开关信号，触发相机拍照，为了防止软件检测错误引起的误切纸动作，在IO控制板中加入了保护机制，当发生检测错误时立即切换成原机切纸，保证盘纸不会跑空或者切纸时剩余量很多。
4 结论
采用图像检测的方法可以精确计算盘纸的剩余量，而且不受盘纸卷轴直径大小的限制，盘纸的切纸是采用原机的切纸原理，并在IO控制板中加入了保护机制，确保盘纸不会跑空。采用成像式盘纸余量检测系统可以保证盘纸的剩余量在4m之内，且不同生产速度下的盘纸剩余量不超过0.5m，比采用脉冲计数的方法稳定性要高出很多。
参考文献
[1] 张铮，王艳平，薛桂香. 数字图像处理与机器视觉[M]. 人民邮电出版社，2010.
[2] 刘志刚，鲍加贞，汤加虎. 基于VC的最小二乘拟合圆在LAMOST中的应用. 现代制造工程，2008，1.
[3] 陈天华. 数字图像处理[M]. 清华大学出版社，2007.
作者简介：颜西斌（1963-），本科，工程师，研究方向：自动控制。
关键词：成像式；盘纸余量
【分类号】：TG333.2
1 引言
盘纸自动搭接系统是卷接机的一部分，传统的搭接是通过设定主控制器的脉冲数来判断切纸的，这种切纸方法针对不同内径盘纸的剩余量相差很大，设置固定的脉冲数有些盘纸剩余量会达到10m，有些盘纸就会跑空，所以烟厂的电工将脉冲数设置的较小，保证盘纸不会跑空，这样盘纸的剩余量较多，有时会达到30m，这样盘纸剩余很多时就会被弃用，造成很大的浪费。采用成像式盘纸余量检测系统可以精确检测出盘纸的剩余量，保证不同内径的盘纸剩余量都在4m之内，有效的节约资源。整个系统由视频采集装置和控制装置组成，视频采集装置主要是实时采集盘纸图像，并将图像上传到控制装置中，控制装置主要对采集的盘纸图像进行判断，如果盘纸的剩余量达到设定的阈值就发送切纸命令，机器就会产生切纸动作。
2 视频采集装置
视频采集装置包括相机、光源和防尘装置，相机的分辨率为640×480，配合8mm镜头，每个像素能拍到的大小为0.026×0.026mm，一层盘纸的厚度约为0.038mm，这样一层盘纸需要1.5像素，达到需要的检测精度。
为了精确检测出盘纸余量需要额外增加光源，减少外接的干扰，同时在光源处增加均光板，使图像亮度更加均匀。
由于工作环境中的灰尘较多，需要做好镜头的防尘，在镜头处安装一排小气孔持续对镜头吹气，保证镜头能长时间工作而不落灰。
3 控制装置
控制装置包括检测软件和IO控制板，检测软件主要是对拍摄的盘纸图像进行处理，计算盘纸的剩余量，检测软件的流程如图1所示。
开启检测后相机按照固定的帧率采集盘纸图像，然后传送给上位机软件，软件算法首先分析判断图像是否异常，异常即代表相机或成像环境发生较大变化，这时软件会控制报警器报警。若无异常再进行盘纸厚度计算，并且当该厚度小于一定的阈值时，软件自动发出换纸命令。
成像异常的原因主要是镜头落灰使图像变暗，判断图像异常的方法是计算当前图像的平均亮度[1]，把这些参数与正常图片比较，如果差异在一定阈值之内，表示图像正常。
经调查发现，盘纸与卷轴之间存在明显的颜色对比，为了减少图像计算时间，检测算法在一个较小的区域中进行，首先确定盘纸和卷轴的分界线，对分界线上的每个点采用最小二乘法拟合出圆[2]，然后沿着拟合出的圆弧上的所有点的平均梯度方向[3]寻找盘纸外边界，采用相同的方法拟合出外边界的圆，这两个圆的半径之差即为盘纸的剩余量。图2所示的两条线为同一梯度方向上拟合出的两个圆的切线，这两条线的距离即为盘纸的剩余量。
IO控制板的作用为采集原机的接近开关信号，触发相机拍照，为了防止软件检测错误引起的误切纸动作，在IO控制板中加入了保护机制，当发生检测错误时立即切换成原机切纸，保证盘纸不会跑空或者切纸时剩余量很多。
4 结论
采用图像检测的方法可以精确计算盘纸的剩余量，而且不受盘纸卷轴直径大小的限制，盘纸的切纸是采用原机的切纸原理，并在IO控制板中加入了保护机制，确保盘纸不会跑空。采用成像式盘纸余量检测系统可以保证盘纸的剩余量在4m之内，且不同生产速度下的盘纸剩余量不超过0.5m，比采用脉冲计数的方法稳定性要高出很多。
参考文献
[1] 张铮，王艳平，薛桂香. 数字图像处理与机器视觉[M]. 人民邮电出版社，2010.
[2] 刘志刚，鲍加贞，汤加虎. 基于VC的最小二乘拟合圆在LAMOST中的应用. 现代制造工程，2008，1.
[3] 陈天华. 数字图像处理[M]. 清华大学出版社，2007.
作者简介：颜西斌（1963-），本科，工程师，研究方向：自动控制。