基于視頻圖像識別系統的高架庫防差錯技術

張曉峰

（河南中煙黃金葉生產制造中心，河南鄭州 450016）

1 研究背景

目前，卷煙廠制絲線在過程控制精度和信息化水平方面，與原來相比均有較大程度的提高。在使用新設備或新控制模式時，如果出現操作失誤或設備故障等，仍存在一定的質量隱患。制絲線使用的高架庫在生產過程中，如果WMS（Warehouse Management System，倉儲管理系統）和WCS（Warehouse Control System，倉儲控制系統）出現信息錯誤或丟失的情況下，容易造成混批錯牌的質量事故，存在很大的質量隱患。

防差錯技術就是一種改進工具、技術和過程進行預防錯誤的方法，可以在錯誤變成質量事故前防止或者檢測到。通過應用防差錯技術，實現將發生質量事故的隱患自動提前排除，或者在質量事故即將發生時產生提示或報警及時處理，可以從根本上解決錯誤問題。

2 存在問題

制絲線上使用的高架庫主要用于保存多批次成品煙絲或者半成品或者原料，實現制絲生產緩沖與調度調節的作用。在高架庫進出庫過程中，因為操作人員的疏忽、人工操作進出庫錯誤、庫存信息錯誤、RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）芯片讀寫錯誤、供電系統臨時斷電等原因，容易發生批次成品煙絲混批或者錯牌的工藝質量事故。這類混批或錯牌事故一般不容易被發現，嚴重影響成品卷煙產品內在質量的穩定性和均勻性。

目前高架庫進出庫主要通過PLC 讀寫周裝箱上安裝的RFID 芯片信息，然后上傳到倉儲管理控制系統中，通過讀寫數據庫數據信息實時掌握庫存及進出庫信息。一旦出現信息錯誤，需要專業技術人員查看任務日志、后臺手動查詢等方法來解決，存在查找困難耗時長影響正常生產安排等問題。因此急需一種使用方便、維護簡單又能實現高架庫進出庫防差錯技術的控制方法，與高架庫倉儲管理控制系統結合形成冗余，用于判斷進出庫信息是否正確，避免出現混批錯牌的現象。

3 主要內容

在高架庫使用視頻圖像識別系統的防差錯技術，作為輔助方法判斷倉儲系統數據庫信息是否準確，可以有效防止在生產過程中發生混批錯牌的工藝質量事故，把潛在的質量隱患消滅在萌芽狀態，盡量從源頭采取措施上消滅質量事故產生的條件，或者采取必要的報警機制，將質量事故造成的損失降到最低點，避免煙絲重復加工、降級使用或報廢。本研究的主要內容是提供一種煙草制絲線高架庫進出庫防差錯控制方法，監控高架庫進出庫是否按照工藝要求分批次進出庫，實現防差錯的控制效果。

3.1 關鍵技術

3.1.1 視頻圖像識別系統

視頻圖像識別系統采用OCR（Optical Character Recognition，光學字符識別）技術實現對出入高架庫周轉箱號數字標簽的識別，通過圖像進行對高架庫周轉箱號進行分析。該系統由硬件和軟件組成。硬件包括工業相機/光譜相機/3D 相機、工業鏡頭、視覺光源及其配件組成，用于識別出入庫的周轉箱號。軟件包括操作界面、識別算法、特定功能、數據顯示等組成，可以判斷當前生產批次是否包含該周裝箱號，還可以判斷當前生產批次是否開始和結束。

3.1.2 工業以太網通信技術

基于視頻圖像識別系統的判斷結果，需要在監控畫面中產生報警信息，并控制相應的高架庫輸送設備停止運行，才能實現應用防差錯技術來防止混批錯牌的目標。所以還需要建立視頻圖像識別系統與高架庫PLC 控制系統、WINCC 監控畫面之間的工業以太網通信，就可以實現三者之間的信息交互。

3.2 實施步驟

目前，每一個周轉箱在箱體周圍四面固定的位置都寫有一個明顯的周轉箱號，結合讀取RFID 芯片可以區分不同批次的周轉箱。利用視頻圖像識別系統的視頻識別裝置讀取裝箱入庫時的周裝箱號，按照不同一批次物料存入視頻圖像識別系統的數據庫中。在個批次物料的周轉箱出庫時，利用視頻圖像識別系統的視頻識別裝置讀取出庫的周裝箱號，出庫的每個周轉箱號與該批次存入數據庫的周轉箱號進行比對，判斷該周轉箱是否屬于該批次。比對成功，則允許翻箱；否則不允許翻箱并產生報警。在批次結束時，視頻圖像識別系統判斷該批次所有周轉箱是否完全出庫。如果沒有完全出庫則產生報警，禁止下一批出庫（圖1）。

以箱式儲絲高架庫為例，本發明所述的一種煙草制絲線高架庫防差錯控制方法依次包括以下步驟：

（1）當一批次成品煙絲開始裝箱入庫前，將該批次煙絲的牌號代碼和批次代碼輸入到自動識別系統。

（2）當一批次成品煙絲開始裝箱入庫時，一個周轉箱裝箱完成運行到讀寫RFID 信息的輸送輥時，自動識別系統讀取裝箱后該周轉箱號，和牌號代碼、批次代碼關聯后記錄在自動識別系統的數據庫。

（3）判斷該批次成品煙絲裝箱任務是否完成，如果裝箱任務沒有完成，則重復步驟（2）繼續裝箱。如果裝箱任務已經完成，則進入下一個步驟。

（4）在該批次成品煙絲一個周轉箱出庫翻箱時，自動識別系統讀取該周轉箱號后，與保存在自動識別系統數據庫中該批次的周轉箱號進行比對，判斷是否屬于該批次周轉箱號。

（5）如果自動判斷該周轉箱號不屬于該批次成品煙絲，禁止該周轉箱進入翻箱工序，發出聲光報警提示操作人員進行處理。正確處理后，重復步驟（4）進入下一個周轉箱出庫。

（6）如果自動判斷該周轉箱號屬于該批次成品煙絲，允許該周轉箱進入翻箱工序。

（7）判斷該批次成品煙絲出庫翻箱任務是否完成，如果出庫翻箱任務沒有完成，則重復步驟（4）繼續出庫翻箱。

（8）如果出庫翻箱任務已完成，判斷該批次成品煙絲周轉箱是否完全出庫。

（9）如果判斷該批次成品煙絲周轉箱沒有完全出庫，禁止開始下一批次成品煙絲出庫翻箱。在自動識別系統控制界面上彈出報警信息并顯示該批次成品煙絲沒有出庫的周轉箱號，發出聲光報警提示操作人員進行處理。一批次成品煙絲出庫翻箱。

4 取得成效

4.1 項目成效

基于視頻圖像識別系統的高架庫防差錯技術，提供了一種卷煙批次號及牌號防差錯控制方法，通過裝箱入庫時自動識別系統讀取并記錄周轉箱號和批次牌號信息，在出庫翻箱時自動識別系統讀取周轉箱號后與系統數據庫該批次信息進行比對，能夠及時發現錯誤，并控制高架庫進出庫操作，防止混批錯牌事故的發生，提高了信息對比的及時性，保證成品卷煙內在質量的一致性和穩定性。該技術不僅可以實現高架庫在正常生產過程中，實時監控批次入庫與批次出庫的周轉箱號是否一致，判斷該批次周轉箱是否完全出庫，而且可以實現集控系統實時監控批次庫存信息。

4.2 推廣應用

視頻圖像識別系統通過圖像攝取裝置抓取圖像并經由計算機結合圖像處理算法、模式識別算法等完成人工視覺模擬的技術，在近年來人工智能技術飛速發展的大背景下也不斷取得創新、突破，在諸多領域得到了深入的應用推廣。該防差錯技術還可以應用到制絲線的箱式儲葉高架庫中，推廣應用到其他廠家制絲線使用周轉箱作為存儲單元的高架庫中。

4.3 發展趨勢

隨著企業對于產品質量檢測的要求越來越高，對于高效率、低成本的自動光學檢測設備的需求也將會越來越強烈。因此，基于機器視覺的自動光學檢測技術將是人工智能技術方向以及設備、部件檢測及智能維護應用方向發展的一大重要趨勢。

5 結論

將視頻圖像識別系統、倉儲控制系統和PLC 控制系統結合在一起，作為輔助方法判斷高架庫數據信息傳遞是否異常，能夠有效避免制絲線高架庫混批錯牌的質量隱患。