机器视觉技术应用于微波设备空料检测研究.pdf
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1、窑 测试与控制 窑修稿日期院 圆园23原02原06作者简介院杨继志渊1977-冤袁男袁吉林松原人袁硕士袁北京航天试验技术研究所研究员遥 主要从事烟草机械设备开发及自动化项目建设工作遥0引言新型烟丝膨化设备采用了微波加热袁600kg/h 生产线配置一台 120kW 隧道式工业微波设备袁烟丝物料在皮带输送机上通过微波烘干设备加热腔体里的大功率磁控管进行加热尧烘烤后膨化1遥率风机进行排气遥隧道式微波设备入口由于有抑制器袁所以开口高度不能超过 60mm遥 抑制器的高度决定了皮带上的烟丝布料较薄遥 如果烟丝中存在结团袁容易造成入口处的皮带上布料不均匀袁甚至无料遥微波设备无法承受空载袁隧道式微波设备的谐振
2、腔内如果没有物料袁微波源处于空载状态袁则微波能量将反馈到微波源袁即使在波导管处设置有环形器和水负载袁对微波源反馈微波能量是一种保护袁 但是反馈能量过大也会损坏微波源遥另外皮带上无料或少料袁谐振腔内空载或轻载袁 微波多余能量容易造成谐振腔内打火或点燃谐振腔内的物料袁 因此袁 微波谐振腔内是严格禁止空载或轻载的遥 过去是通过人工不间断地视频监控的方式监控微波入口的皮带上是否空料袁长时间监控容易造成人员疲劳袁存在安全隐患曰此外在正常停机时机选择上袁通常是通过判断皮带上的烟丝布料量袁 少料达到一定的程度则需要停机袁这与工人经验有关袁不同的停机时机会造成料尾量的不同袁停机过早产量降低尧料尾增加袁停机过晚
3、产品的尾料水分较干袁而且设备安全性降低遥 总之微波皮带上空料尧少料容易损坏设备甚至造成安全问题袁必须解决遥由于皮带上布料较薄而且皮带存在两边高中间低的弧度尧微波内部不能安装电子设备和传感器尧谐振腔侧壁不能开大孔等原因袁 自动化设备上常用的物料检测手段和传感器在此均不适用袁 检测皮带上的物料只能采用视觉的方式遥 李彦等人基于机器视觉技术对皮革材料的缺陷进行可视化研究2曰曹珩介绍了机器视觉技术在 PCB 自动检测中的应用袁 包括对图像的设计要求和综合检测分析3曰郑元丰等将机器视觉技术应用到印刷品检测领域袁The Application of Machine Vision Technology in
4、 the Detection of Microwave Equipment Empty MaterialYANG Ji-Zhi袁 XIAN Li-Wei渊Beijing Institute of Aerospace Testing Technology袁Beijing 100074袁China冤Abstract院 Microwave heating is used in the new type of tobacco puffing equipment袁 and no-load is strictly forbidden in the microwaveresonant cavity.In t
5、he past袁 we used to monitor the empty material on the entrance belt of microwave by video monitoring.This kind ofmonitoring method is easy to cause fatigue and has hidden danger.Therefore袁 the method of machine vision is used to detect the materialdistribution on the belt袁 and through the technology
6、 of image acquisition袁 image processing and empty material detection algorithm袁 theempty material detection of microwave equipment based on machine vision technology is realized袁 the test results are sent to the controlPLC Through PLC communication technology to realize the machine vision interlocki
7、ng control袁 which provides the technical guaranteefor the safe production of the equipment.Keywords院 Machine vision曰 Microwave equipment曰 Empty material detection algorithm曰 Tobacco machinery safety曰 PLC communicate机器视觉技术应用于微波设备空料检测研究杨继志袁咸立伟渊北京航天试验技术研究所袁 北京 100074冤文章编号院 员园园圆原远远苑猿 渊圆园23冤 园4原119原园5摘要院
8、 新型烟丝膨化设备采用了微波加热袁 微波谐振腔内是严格禁止空载的遥 过去由人工通过视频监控的方式实时监测微波入口皮带上是否空料袁 这种监控方式容易造成人员疲劳袁 存在安全隐患遥 因此采用机器视觉的方式检测皮带上布料情况袁 通过图像获取尧 图像处理尧 空料检测算法等技术袁 实现基于机器视觉技术的微波设备空料检测袁 并将检测结果通过 PLC 通信技术发送至控制 PLC袁 实现设备机器视觉连锁控制袁 为设备安全生产提供了技术保证遥关键词院 机器视觉曰 微波设备曰 空料检测算法曰 烟草机械安全曰 PLC 通信中图分类号院 TP39文献标识码院 粤doi:10.3969/j.issn.1002-6673
9、.2023.04.033机电产品开发与创新阅藻增藻造燥责皂藻灶贼 驭 陨灶灶燥增葬贼蚤燥灶 燥枣 M葬糟澡蚤灶藻则赠 驭 E造藻糟贼则蚤糟葬造 P则燥凿怎糟贼泽灾燥造援36熏晕燥援4Jul援熏圆园23第 36 卷第 4 期圆园23 年 7 月119窑 测试与控制 窑为印刷技术的智能化发展提供新的视角4遥 基于以上研究袁采用机器视觉的方式袁停机的条件较为一致袁能够满足产品质量尧产量与安全性的平衡遥当计算出空料率后袁 超过一定的数值或设定的紧急停机条件会停止微波设备遥因为设备均由 PLC控制袁机器视觉算法程序是运行在PC工控机上的袁所以需要研究 PC工控机与 PLC之间的通信遥 任科明等人实现了
10、OPC服务器与西门子 PLC之间实时通信袁 并将此技术应用到卷烟机械设备中5曰段润群等人研究了上位机软件与 S7-1200 PLC 的 OPC通信技术袁探讨了通信的工程组态6遥 基于以上研究袁PLC 通信可以采用正在蓬勃发展的OPC UA通信方式实现遥1整体解决方案根据以上对问题的分析袁 为了解决人工监控带来人员疲劳尧存在安全隐患和一致停机条件的问题袁提出采用机器视觉技术解决以上问题遥 制定的初步的方案是采用机器视觉技术模拟人工监控检测皮带上的空料率袁 当空料率超过一定程度时候袁停微波设备遥这个技术方案涉及到以下关键点院渊1冤较高质量地获取微波谐振腔内的图像袁然后采用机器视觉算法计算皮带上的空
11、料率遥渊2冤计算出空料率后袁当超过一定的数值或设定的紧急停机条件停止微波设备遥 目前采用西门子 1500 系列PLC 上可以建立 OPC UA 服务器袁通信程序就是 C#程序与 OPC 服务器通信的问题遥1.1 图像获得目前设备的监控是采用人工监控袁 微波内部安装了9 台针孔摄像机袁其中一台安装在微波的入口处袁入口处见图 1遥海康的笔形分体式网络摄像机袁后端接 TP-LINK 交换机袁交换机后接入硬盘录像机袁硬盘录像机通过 VGA接口连接显示器遥由于硬盘录像机尧分体式网络摄像机为封闭系统袁无法直接从中提取摄像头的视频信号袁因此只能从硬盘录像机输出的 VGA 视频信号中提取皮带入口处的图像遥1.
12、2 图像处理方案视觉算法的解决总体方案是采用工业视觉软件包袁通过 C#语言开发图像机器视觉检测程序袁该程序检测皮带的裸露面积百分比袁超过一定百分比的时候袁认为皮带的裸露面积超标袁 做出停机尧 报警等信号袁 该信号通过OPC 与 PLC 通信袁PLC 再与微波设备的 PLC 控制器通信袁发送停机联锁信号遥皮带裸露面积主要是图像的二值化的特征遥 所以首先对图像进行二值化处理遥 二值化处理后袁可以发现袁烟丝虽然整体上较皮带暗袁 但是内部存在很多灰度值与皮带近似甚至比皮带还小的区域袁 这些区域若直接计算到皮带面积内袁则会引起很大的计算误差袁因此还要采用形态学的方法袁排除这些区域袁见图 2遥2视觉技术方
13、案2.1 机器视觉算法二值化后的图像并不能完全反映皮带上物料覆盖情况袁尽管其灰度信息一致袁可以看出在特定的灰度值上有缺口袁这就是由于皮带上的烟丝整体上的灰度值较高袁但是其中也有部分灰度值其实与皮带的灰度值无差别袁因此仅仅采用设定一个阈值的方式计算皮带裸漏面积是不合理的袁需要进行滤波后再处理图像袁见图 3遥采用的形态学算法主要是膨胀和腐蚀填充图片中微小的灰度异常部分袁因为实践证明袁空料区域不可能很小袁 只要是发生了空料袁他的面积一定是大于某个数值的袁微小的灰度值较小部分是烟丝中存在很小部分小灰度值造成的遥区域面积小于一定值认为是以上烟丝反光等原因造成的袁统计滤除一定的区域袁见图 4遥图1监控画面
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