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实时系统在烟草机械生产中的应用

供稿:中国工控网 2016/6/28 16:28:52

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  • 关键词: 实时系统 烟草机械 机器视觉技术
  • 摘要:实时系统作为一种成熟的控制技术因其具有快速反应能力和突出的处理数据能力而被广泛应用到工业生产的每个领域。烟草机械生产中的在线实时光电分拣系统正是通过其先进的机器视觉技术实时采集原材料的图像信息,经过计算机快速的数据处理和准确的控制把烟草中的杂质除去。同时也预示了未来的实时系统将会向着开放、集成的方向发展。

1.前言

在经历了高科技、信息化的洗礼之后,和其他行业一样烟草机械生产也步入了一个飞速发展的阶段。由于烟草机械生产的环境比较恶劣,对于烟草生产中机械设备的可靠性提出了很高的要求。在经历了不断的尝试、摸索和实践,实时控制系统作为一种高速度、高可靠性的控制方法被广泛的引用到烟草机械行业的各个角落。

2.实时系统的简介及其特点

2.1实时控制系统(RTCS)

实时系统就是对外来事件在限定时间内能做出反应的系统。现代实时控制系统通常是基于一个实时内核,多个闭环控制任务在内核的基础上竞争性地使用共享的处理器时间。因此,处理器的时间被当作是一种最重要的资源,需要一定的调度算法来将其分配给各个任务。

2.2实时控制系统的特点

实时控制系统必须具备有实时性和处理异步并发事件的能力。所谓实时性既是软件对多个在同一时间段内同时发生的外部事件做出反应的时间必须要短,并且一些还需要是确定的、可重复实现和可预测的。而又处理异步并发事件的能力则是指有些事件经常同时出现,并且突发时间是随机的,软件也应能对这类外部事件进行有效处理。同时实时控制系统还具有以下优点…:

(1)产品的可靠性和集成度大大提高,由于采用嵌入技术方便与器件的更换和升级。

(2)成本大大降低,随着高新技术的不断发展,半导体产品将会越来越好,价格也会越来越低。

(3)新产品开发周期大为缩短。

(4)延长产品寿命,由于实时系统能减少元件数量也即减少了可能的故障点,其可靠性得到了很好的保证。

3.在线实时光电分拣系统用于烟叶杂质剔除

目前,国内烟草业越来越重视香烟的品质,而去除烟草中异物这一技术问题是达到这一目标的关键技术之一,近几年来,对烟草分拣设备的需求一直是烟草业中为数不多的增长领域之一。

3.1在线实时光电分拣系统简介

生产线上的杂物一般可分为金属性质和非金属性质两大类,对于金属杂物,可在生产线上增加永久磁铁或金属探测等装置,投资不大且效果好;对于非金属杂物,国内主

要依靠生产线上的专业操作人员凭肉眼去辨别、剔除,剔除效果与操作人员的经验、责任心有很大关系,其剔除效果难以保证。国外则基于光电检测技术、高速计算技术、图像处理技术发展了在线实时光电分拣系统,取得了较好的效果。本篇论文主要通过介绍光电分拣系统来说明实时系统在烟草行业的应用。

3.2系统原理结构

在线实时光电分拣系统主要由物料输送装置、高速剔除系统、光电传感组件和计算处理系统四部分组成,其结构原理如图1所示。

物料输送装置分为进料输送机、回收装置两个部分。

高速剔除系统通常采用大流量高速气动电磁阀作为剔除装置,由专门的电路来控制其开合。计算处理系统将处理结果以控制信号的形式发送给控制电路来控制气阀的开闭。光学及图像处理部分是烟叶杂质剔除系统的关键部分,由照明子系统、图像采集与处理子系统和电磁气动剔除阀子系统组成。

数据采集部分通过专用的电缆连接光电传感器来采集数据,然后将这些数据实时的传输到数据处理单元的存储器中。数据处理单元采用高速的计算器件对传输过来的数据进行实时的分析和处理,然后将处理结果通过结果输出单元发送给高速剔除装置。

可以看出,光学及图像处理部分所传输给计算机的信息可以看成是数字图像数据。因此计算机的主要任务就是对这些图像数据进行处理,然后得出杂质所处的位置坐标信息传输给高速剔除系统。同时为了提高分拣系统适应性,分拣系统软件邵分通常提供处理参数自动生成功能,即利用模式识别技术来根据物料的特点自动生成图像处理所需的处理参数。

3.3图像分割技术处理分拣软件对于正常烟叶还是杂质的判断主要是通过颜色、形状、面积、纹理等来进行分辨。不同的分拣软件通常采用其中一种或者几种混合判断。这里主要以颜色作为判断依据来进行描述㈦。

3.3.1灰度法分割

灰度法分割是一种基于区域的简单技术,属总体法。该方法是把每个象素的灰度值与一个阀值T进行比较,根据其是否超过该阀值而将象素归为两类中的一类。在图像内容不复杂、灰度分布较集中的情况下,往往采用最为简单的全局阀值,并不考虑图像中点的位置和临域局部特征。该方法要求对景物有均匀的光照,优点是可以利用简单的查找表技术来实现。

3.3.2用色彩法对图像进行分割

彩色图像分割与灰度图像分割的算法相比,大部分的算法思路都差不多,只是彩色图像所包含的信息量要比灰度图像大得多。每种颜色都可以由三原色:红色(R)、蓝色(B)、绿色(G),组成RGB颜色空间中包含丰富的阀值信息。不仅三个颜色维度都可单独的作为阀值信息,而且他们之间的相互关系包含更多的阀值信息。三原色间的相互关系可以分为线性和非线性两种,线性关系表达的计算比非线性关系简单,在实际中有着广泛的应用。


在烟叶制造生产过程中,正常烟叶的颜色呈黄色或金黄色,杂质(通常麻绳呈褐色、纸片呈白色)与烟叶的颜色有明显的区别。可以在系统运行前取一批标准的烟叶进行采样,得到三原色R、G、B的平均值及其方差,然后根据色彩法划定阀值范围。然后以此作为标准对原材料的采集图像进行预分割,其分割的流程如图2所示。

因为设备必须满足于实时性要求,通常是取几根扫描线作为一帧图像,这样得到的图像信息通常是长方形,然后对其进行分割为小方块,判断小方块内是否有杂质用来作为剔除装置的动作的条件。

4.实时系统在其他方面的应用

实时系统除了用于烟叶的杂质剔除外,还广泛的应用到烟草机械生产的很多领域,在这里只是对其在其他机械中的应用进行一下简要的介绍。

(1)用于卷接机组上的实时控制系统,该系统需要完成两个主要功能:一是监测设备的整个生产过程,并能够采集各项相关数据并进行报表显示。第二个功能是在一定范围内调整烟支的重量,辅助调节切刀的位置,跟踪并剔除检测到的不合格烟支。

(2)用于软包线的产品检测,由于软包的外包装比较软,容易变形,所以检测软包是所有检测中最难的。对于软包,一个最主要的问题是表面破损。而检测主要包含商标打印;顶部小花;顶部和底部的内部包装质量,内包装和外包装的相关位置检测等。因为生产线的速度非常快(6包/秒)而检测任务又非常复杂和紧急,所以使用智能视觉传感器来完成检测任务和逻辑运算工作,该视觉传感器在0.4毫秒内捕捉图像并将其发送到内部处理器中。

5.总语

在过去的几十年中,机械与电子逐渐融合在一起成为现代工业生产的主力军,其性能的优劣直接决定了一个企业的发展前途,而作为生产机械神经的控制系统则很大程度上反映了整个机械系统的性能。实时系统作为一种能够迅速、及时、高效、准确的调度整个系统协调工作、使得机械性能的发挥达到最优化的控制系统被广泛应用于各行各业。而实时系统及其应用开发环境也逐渐向超微内核、开放、集成的方向发展,这也将在不久的将来进一步推动烟草行业以及其他工业的飞速发展。

来源:三亿文库

审核编辑(李晨晖)
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