專利名稱：一種葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量卷煙生產(chǎn)切葉絲工序葉絲寬度的快速測量裝置及方法， 具體地說涉及一種通過CXD (電荷藕合器件圖像傳感器)成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)和葉絲輪廓識別測量技術(shù)的葉絲寬度快速測量方法。
背景技術(shù)：
切絲工序是制絲線上的重要工序，其主要任務(wù)是把含水率與溫度合適的片煙切成規(guī)定寬度的葉絲，并盡可能減少造碎和“跑片”。葉絲寬度是切葉絲工序的主要質(zhì)量指標(biāo)，葉絲寬度對卷煙的物理指標(biāo)和感官質(zhì)量都有不同程度的影響片煙切絲，隨著切絲寬度的增加，葉片的出絲率相應(yīng)的有所提高，灰損率下降。但葉絲過寬時(shí)，卷制的煙支容易空頭，燃燒性較差，煙支陰燃速度較慢，在葉中含梗率較高的條件下，隨著葉絲寬度的增加，葉絲中的含雜量升高，對卷煙質(zhì)量與卷煙的單箱耗葉不利。此外葉絲寬度不同時(shí)，其卷煙的吸味也不完全一致。我國煙草行業(yè)制絲線切葉絲工序的葉絲寬度范圍是0.7mm 1. 1mm，允差是士0. 1mm，待測葉絲形狀不規(guī)格、數(shù)量大，對測量儀器的要求比較高。目前，常規(guī)的測量方式是采用投影儀，測量員將每根葉絲放置在投影儀的工件臺上，由人工調(diào)節(jié)工件臺的絲桿，分別對齊葉絲的待測起點(diǎn)和終點(diǎn)基準(zhǔn)線，然后讀數(shù)完成這根煙絲一個(gè)部位的測量，每根煙絲需多點(diǎn)測量計(jì)算均值，因需測煙絲數(shù)量多、形狀不規(guī)則，造成測量員勞動(dòng)強(qiáng)度大，速度慢，測試結(jié)果穩(wěn)定性差。因此，日常生產(chǎn)中未對葉絲寬度進(jìn)行日常檢測和監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種測量尺寸范圍大、精度高的葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)，包括，用作承載葉絲的載物臺，CCD成像系統(tǒng)，與CCD成像系統(tǒng)連接的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由主機(jī)和與主機(jī)連接的葉絲寬度測量裝置組成；
主機(jī)主機(jī)的信號輸入端與所述CCD成像系統(tǒng)的信號輸出端連接； 葉絲寬度測量裝置組成如下
圖像濾波及區(qū)域分割單元對CCD成像系統(tǒng)來的整個(gè)葉絲圖像采用腐蝕膨脹算法進(jìn)行圖像處理，獲得低噪聲清晰圖像；再根據(jù)投影算法，將二維灰度數(shù)據(jù)變?yōu)橐痪S灰度和序列， 利用自適應(yīng)閾值分割，獲得單根葉絲所在的圖像區(qū)域；
單根葉絲輪廓提取單元采用圖像二值化、高通濾波、Sobel邊緣算子的方法對上述單根葉絲圖像即子圖像進(jìn)行處理而獲得單根葉絲輪廓邊緣圖像；
單根葉絲圖像寬度計(jì)算單元對上述單根葉絲輪廓邊緣圖像進(jìn)行等間距行掃描，行掃描時(shí)，灰度發(fā)生突變的兩個(gè)位置便是單根葉絲的兩個(gè)邊界，計(jì)算該兩個(gè)位置之間的像素?cái)?shù)， 同時(shí)結(jié)合成像系統(tǒng)倍率和CCD成像系統(tǒng)的像元尺寸，反演出單根葉絲真實(shí)的物理尺寸。重復(fù)本單元的上述過程，從而獲得所有需要測量的寬度數(shù)據(jù)。
上述載物臺上方還設(shè)置有照明系統(tǒng)LED光源設(shè)置在橢球鏡的焦點(diǎn)位置上，LED光源前方順次設(shè)置有平行光束通道以及半反半透鏡，半反半透鏡下方設(shè)置有下凸透鏡，下凸透鏡位于載物臺上方，半反半透鏡上方設(shè)置有上凸透鏡，上凸透鏡上方設(shè)置有反射鏡，反射鏡與所述CCD成像系統(tǒng)的攝像頭的光通路之間設(shè)置有后凸透鏡。上述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還具有顯示器，顯示器與主機(jī)連接。本發(fā)明是以CCD成像、計(jì)算機(jī)圖形處理和葉絲輪廓識別測量技術(shù)為基礎(chǔ)的測量方法，主要由葉絲工件臺系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、CCD成像系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
1、測量效率高，可多葉絲一次性同時(shí)測量，且對每根葉絲多部位測量計(jì)算平均值。2、測量準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性高，葉絲放置在工件臺后，無需人工參與，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成葉絲寬度的測量，減少人工干擾因素，提高測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。3、具有友好的人機(jī)交互界面，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作便捷，測量數(shù)據(jù)可長期保存，利用數(shù)據(jù)的采集分析。4、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，本測量方法可減少工件臺的活動(dòng)性組件，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明專門提供一種葉絲寬度的快速測量方法，可以一次性測量多根煙絲20 根)，快速準(zhǔn)確計(jì)算出每根煙絲的平均寬度和變異性，并且測量寬度尺寸范圍大、精度高。應(yīng)用它，能夠大幅降低測量人員的工作量、提高工作效率，指導(dǎo)切絲機(jī)的維護(hù)優(yōu)化，提升日常工藝生產(chǎn)中切絲質(zhì)量的監(jiān)控水平，增強(qiáng)切絲工序的質(zhì)量保證能力，并對提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。本發(fā)明專門提供一種葉絲寬度的快速測量方法，并可測量各種形狀薄型物體的外觀尺寸，特別適用于煙草行業(yè)中造紙法薄片、膨脹煙輥壓法薄片和梗絲等長度和寬度方向的測量。


圖1是本發(fā)明一種葉絲寬度的快速測量方法的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明葉絲寬度測量的程序流程圖。圖3是圖2所述葉絲寬度測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式圖1中，本發(fā)明主要由LED光源、電源以及橢球鏡等組成照明(光學(xué))系統(tǒng)，具有照明面積大、照明強(qiáng)度高和照明均勻好的特點(diǎn)，是提高葉絲成像質(zhì)量和測量精度的基礎(chǔ)，是本發(fā)明的關(guān)鍵之一。載物臺1上方置有照明系統(tǒng)LED光源2設(shè)置在橢球鏡3的焦點(diǎn)位置上(LED光源放置在橢球鏡焦點(diǎn)，LED發(fā)出的光通過橢球鏡變成準(zhǔn)平行射光，該出射光通過照明光學(xué)系統(tǒng)形成高強(qiáng)度均勻照明光源，該照明系統(tǒng)是提高葉絲成像質(zhì)量和測量精度的基礎(chǔ))，LED光源前方順次設(shè)置有平行光束通道4以及半反半透鏡5，半反半透鏡下方設(shè)置有下凸透鏡6，下凸透鏡位于載物臺1上方，半反半透鏡上方設(shè)置有上凸透鏡7，上凸透鏡上方設(shè)置有反射鏡8，反射鏡與上述CCD成像系統(tǒng)的成像鏡頭的光通路之間設(shè)置有后凸透鏡9。葉絲工件臺系統(tǒng)包括載物臺，葉絲夾具、電控系統(tǒng)等?？梢怨潭ǘ喔郎y葉絲，并由計(jì)算機(jī)控制其運(yùn)動(dòng)軌跡；CCD成像系統(tǒng)包括成像鏡頭、CCD、視頻采集卡，是一種大視場角、低畸變的光學(xué)成像系統(tǒng)，能夠獲取待測葉絲的高清輪廓圖像；
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括主機(jī)11、顯示器13 (與主機(jī)連接)、人機(jī)交互界面、分析軟件(包括葉絲寬度測量裝置)等，實(shí)現(xiàn)對測量儀器的系統(tǒng)控制，具有葉絲圖像貯存、葉絲輪廓識別、葉絲寬度測量和保存測量數(shù)據(jù)等功能，其中葉絲輪廓自動(dòng)識別和測量程序是本發(fā)明的核心。圖3示出，葉絲寬度測量裝置12主要由圖像濾波及區(qū)域分割單元101、子圖像輪廓提取單元201以及單根葉絲寬度計(jì)算單元301組成。上述三個(gè)單元采用模塊(硬件)或程序加以實(shí)現(xiàn)。參見圖2，采集系統(tǒng)獲得的葉絲圖像將有很多噪音，這主要由于照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和電路系統(tǒng)等環(huán)境“污染”引起，想得到比較清晰的圖像必須采用圖像濾波，依據(jù)葉絲圖像的特征，本系統(tǒng)擬采用腐蝕膨脹算法，獲得低噪聲清晰圖像。然后再依據(jù)投影算法，將二維灰度數(shù)據(jù)變換為一維灰度和序列，利用自適應(yīng)閾值分割，獲得單根葉絲所在的圖像區(qū)域。 這樣，進(jìn)過步驟1的處理后，整個(gè)葉絲圖像由多個(gè)子圖像集合而成，每個(gè)子圖像中僅包含一根葉絲。步驟2中重點(diǎn)是對每個(gè)子圖像進(jìn)行葉絲輪廓提取，本系統(tǒng)擬采用圖像二值化、高通濾波、Sobel邊緣算子的綜合處理辦法，有效獲得葉絲邊緣。步驟3采用等間距行掃描的辦法測量葉絲寬度，由于圖像的邊界灰度變化大，因此行掃描時(shí)，灰度發(fā)生突變的兩個(gè)位置便是葉絲的兩個(gè)邊界，計(jì)算兩個(gè)位置之間的像素?cái)?shù)，同時(shí)結(jié)合成像系統(tǒng)倍率和CCD的像元尺寸，就可以反演出葉絲真實(shí)的物理尺寸。重復(fù)步驟3的過程，可以獲得所有需要測量的寬度數(shù)據(jù)。最后由計(jì)算機(jī)記錄存儲測量數(shù)據(jù)。葉絲寬度測量時(shí)，將帶測切后葉絲樣品單根分開，間隔的平鋪在工件臺(即載物臺)上，在照明系統(tǒng)的輔助下，通過CCD成像系統(tǒng)10將數(shù)字化的葉絲圖像傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，葉絲圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)程序處理后，進(jìn)行葉絲輪廓識別，最終多點(diǎn)測量葉絲寬度，高速完成測量工作。本發(fā)明，不限于這種具體實(shí)施方式
的范圍，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
權(quán)利要求
1.一種葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)，包括，用作承載葉絲的載物臺(1)，C⑶成像系統(tǒng) (10)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其特征是所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要由主機(jī)(11)和與主機(jī)連接的葉絲寬度測量裝置組成；主機(jī)(11)主機(jī)的信號輸入端與所述CXD成像系統(tǒng)的信號輸出端連接；葉絲寬度測量裝置(12)組成如下圖像濾波及區(qū)域分割單元(101)對CCD成像系統(tǒng)(10)來的整個(gè)葉絲圖像采用腐蝕膨脹算法進(jìn)行圖像處理，獲得低噪聲清晰圖像；再根據(jù)投影算法，將二維灰度數(shù)據(jù)變?yōu)橐痪S灰度和序列，利用自適應(yīng)閾值分割，獲得單根葉絲所在的圖像區(qū)域；單根葉絲輪廓提取單元(201):采用圖像二值化、高通濾波、Sobel邊緣算子的方法對上述單根葉絲圖像即子圖像進(jìn)行處理而獲得單根葉絲輪廓邊緣圖像；單根葉絲圖像寬度計(jì)算單元(301):對上述單根葉絲輪廓邊緣圖像進(jìn)行等間距行掃描， 行掃描時(shí)，灰度發(fā)生突變的兩個(gè)位置便是單根葉絲的兩個(gè)邊界，計(jì)算該兩個(gè)位置之間的像素?cái)?shù)，同時(shí)結(jié)合成像系統(tǒng)倍率和CCD成像系統(tǒng)的像元尺寸，反演出單根葉絲真實(shí)的物理尺寸；重復(fù)本單元的上述過程，從而獲得所有需要測量的寬度數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)，其特征是所述載物臺(1)上方還設(shè)置有照明系統(tǒng)LED光源(2)設(shè)置在橢球鏡(3)的焦點(diǎn)位置上，LED光源前方順次設(shè)置有平行光束通道(4)以及半反半透鏡(5)，半反半透鏡下方設(shè)置有下凸透鏡(6)，下凸透鏡位于載物臺(1)上方，半反半透鏡上方設(shè)置有上凸透鏡(7)，上凸透鏡上方設(shè)置有反射鏡 (8)，反射鏡與所述CXD成像系統(tǒng)的成像鏡頭的光通路之間設(shè)置有后凸透鏡(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)，其特征是所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中還具有顯示器(13)，顯示器與主機(jī)(11)連接。
全文摘要
一種葉絲寬度的快速測量系統(tǒng)，主要由圖像濾波及區(qū)域分割單元、子圖像輪廓提取單元和單根葉絲寬度計(jì)算單元組成。本發(fā)明采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像識別技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大量葉絲寬度的快速準(zhǔn)確測量。本發(fā)明可以一次性測量多根煙絲，并快速準(zhǔn)確計(jì)算出每根煙絲的平均寬度和變異性。本發(fā)明具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡化，葉絲寬度的測量準(zhǔn)確和測量效率高的特點(diǎn)。
文檔編號G01B11/02GK102261892SQ20111011605
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者嚴(yán)偉, 何玲英, 周學(xué)政, 唐士軍, 曾建, 曾正蓉, 曾肖陽, 李東亮, 楊小琴, 溫若愚, 胡松, 趙維一, 鐘維勇, 陳昆燕 申請人:川渝中煙工業(yè)公司