成像檢測技術在環保型卷煙內襯紙檢測上的應用

吳愛民，李友峰

(1. 河北白沙煙草有限責任公司，河北 石家莊 050050；2. 安徽中煙工業有限公司阜陽卷煙廠，安徽 阜陽 236000)

成像檢測技術在環保型卷煙內襯紙檢測上的應用

吳愛民1，李友峰2

(1. 河北白沙煙草有限責任公司，河北 石家莊 050050；2. 安徽中煙工業有限公司阜陽卷煙廠，安徽 阜陽 236000)

卷煙工業隨著產品輔料的革新，原有的檢測手段隨著環保材料的應用已無法滿足現場檢測要求。采用機器視覺技術，根據檢測目標，設計了滿足現場檢測需求的硬件電路和恒流的LED光源，軟件上采用模塊化編程思想，用C語言編制了滿足各種檢測需求的圖像處理算法。經現場運行測試表明，該系統能準確對煙包包裝過程中的各種包裝缺陷進行實時檢測并剔除有缺陷的產品，系統運行穩定可靠。

卷煙；檢測；控制；相機

0 引言

ZB25包裝機為軟盒包裝設備，經過一系列的工藝流程， 20支香煙包裹鋁箔紙、商標紙、封簽，粘封燙熨，加工為完整的小包產品。生產的產品在流入下一道工序之前，需經過嚴格的檢驗，保證產品品質。目前采用的各種檢測方案如圖1所示：上部1采用電感式接近開關，檢測煙包鋁箔紙存在狀況；右側2采用光電式傳感器，負責封簽檢測，檢測封簽是否完好；左側3采用光電式傳感器，檢測商標紙是否完好。但隨著卷煙工業產品輔料的革新，目前采用環保要求的不含有鋁箔的內襯紙，沒有金屬材質，導致電感式接近開關檢測失效。很多廠家放棄了這道檢測，產品品質出現問題。而采取什么檢測方案，是放在技術人員面前的一道難題。

1—鋁箔紙檢測傳感器； 2—封簽檢測傳感器；3—商標紙檢測傳感器 圖1 煙包出口檢測方案

隨著機器視覺檢測技術的發展，圖像處理系統在工業領域得到了很廣泛的應用。文中提出采用圖像檢測系統方案，設計滿足生產要求的軟硬件系統和光源系統，完成現場檢測。

機器視覺檢測方案如圖2所示，添加同步檢測傳感器1，作為檢測觸發信號；安裝3個相機進行檢測，分別替代原機的光電開關檢測器和接近開關檢測器，對應檢測煙包的3個面。相機2檢測煙包底口；相機3檢測煙包側邊；相機4檢測煙包正面。

下面詳細討論軟硬件系統和光源系統的設計方法。

圖2 機器視覺檢測方案圖

1 硬件設計

硬件主要由微處理器、同步傳感器、LED光源、工業相機、電磁閥、LCD液晶顯示屏等器件構成，系統框圖如圖3所示。

圖3 主控系統框圖

為提高系統抗干擾能力，觸發傳感器與微處理器之間通過光電耦合器進行電氣隔離。LED光源與微處理器之間通過恒流芯片進行控制，保證了LED光源光通量的穩定性，電流大小可調，可根據需要調節LED光源的亮度。工業相機工作電平為DC12V，與微處理器之間通過光電耦合器進行電平轉換。電磁閥瞬間動作會產生較強的反電動勢，為了避免對單片機接口電路的沖擊，增加了續流二極管來抑制反電動勢的影響。

微處理器采用ST公司的uPSD3254A型單片機，其片內32k的FLASH存儲器和SRAM存儲，可根據需要配置為數據儲存器或程序存儲器而無須外擴存儲器。系統擴展了I/O端口，增加了I2C、PWM、ADC等功能部件和CPLD可編程邏輯器件系統靈活、可靠，性價比高。

1.1 同步傳感器

同步傳感器采用日本歐姆龍公司的E2E-X5ME1-M1傳感器，接口回路為NPN型OC門。由于脈沖信號易被電磁、靜電干擾，設計需要先經過光電隔離，再把信號接到處理器的外中斷INT0或INT1輸入端。煙條觸發光纖傳感器時，傳感器輸出會產生電平跳變，進而觸發單片機中斷。單片機據此來判斷煙條到位。

1.2 相機TRIG連接

相機采用德國AVT公司的Manta G032C彩色CCD相機，并通過千兆網口輸出。相機的曝光時機由TRIG口控制，TRIG口每跳變一次，相機便曝光一次。相機的TRIG口有公共陽線、信號線。在實際應用過程中，由于信號線易被電磁、靜電干擾而造成相機誤拍。因此單片機輸出信號需要先經過光電隔離，再經過恒流濾波器，最后將信號端接到相機的TRIG輸入端。有效防止了誤拍。

1.3LED光源連接

LED光源的發光效率為90lm/W。為延長LED光源的現場使用壽命，同時降低光源發熱，系統采用頻閃發光控制方式。采用該方式時，對LED光源瞬間穩定性要求很高，因此系統采用LED恒流驅動器，來補償因電壓波動造成的電流變化，從而保證了LED光源瞬間發光的穩定性。同時，恒流大小可調，可根據現場需要設定LED光源的亮度。

系統硬件電氣原理設計如圖4所示。

圖4 系統硬件電氣原理圖

2 軟件設計

在主控系統的軟件設計上，采用模塊化編程思想，用C語言編制。編程簡潔，調試方便。能實現系統快速、穩定的運行。軟件整體架構圖如圖5所示。

圖5 軟件架構圖

定時器中斷模塊設計

系統對外部設備的變化采用定時查詢的方式。定時器中斷時間設置為1 ms，掃描檢測到位傳感器輸入信號、LED點亮脈寬信號、TRIG脈寬信號、煙條好壞信號、剔除到位傳感器輸入信號等。若信號存在，則進入相應的中斷子程序。定時器還進行開閥時間的計算，判斷是否開閥完成，完成則返回。流程圖如圖6所示。

圖6 定時器1中斷程序流程圖

3 結語

該系統設計完善的數據統計功能，統計檢測煙包總量、壞包數、壞包比例等；并配有工業以太網接口，提供開放的通信協議，可配合輸送系統的數據集成?？稍谙到y運行中調整靈敏度參數，避免調整參數時帶來的漏檢現象，換牌操作方便，可實現一鍵換牌；檢測功能實現上，不僅能實現原有的檢測功能，缺少鋁箔紙、商標紙、封簽的檢測，更能實現多種缺陷的識別：小包標志性圖案、文字印刷錯版、污損、混牌、色差等；上側面開膠翹(翻)邊；煙包倒置；小包封簽翹角、歪斜，雙封簽、粘貼不牢；小包表面黏附≥

2mm的異物；小包鋁箔紙折疊≥2mm的錯誤；諸如此等缺陷，均可通過成像識別系統進行靈活設置，完成檢測功能。

經現場運行測試，該系統能準確對煙包實時檢測，完成系統的各項要求。從行業角度來看，本系統顛覆以往的卷煙包裝機的檢測模式，創新的引入先進的檢測工具，更高、更快，卷煙生產強有力保障，并具有較大的推廣意義。

[1] 賈云德. 機器視覺[M]. 北京：科學出版社, 2000.

[2] 鄭世才. 國內外射線照相檢驗的新技術新方法：數字射線照相技術時代[J]. 無損探傷, 1994,(01):1-4.

[3] 顏西斌. 成像式盤紙余量檢測系統設計[J]. 機械制造與自動化，2014(5):192-194.

[4] 楊述斌. 數學形態學在圖像處理中的應用研究[D]. 武漢：華中科技大學, 2002.

[5] 姚猛，等. 基于機器視覺煙箱缺條檢測系統電氣設計[J]. 機械制造與自動化，2014,(2):201-204.

[6] 吳忠云，等. 機器視覺檢測技術在煙箱缺條檢測方面的運用[J]. 機械制造與自動化，2014,(6):188-191.

[7] 張珺，等. 基于BP神經網絡的頭部形狀識別方法研究[J]. 微計算機信息, 2007,28:244-246.

[8] 王成明，等. 模糊神經網絡法及其在缺陷模式識別中的應用[J]. 計算機集成制造系統, 2007,13,(9):1774-1779.

Inside Lining Paper Detection Based on Imaging Detection Technology

WU Aiming1，LI Youfeng2

(1. Hebei Beisa tobacco Co.，Ltd., Shijiazhuang 050050, China;2. Anhui Fuyang Tobacco factory, Fuyang 236000, China)

With the development of science and technology, enterprise’s quality control does not meet the market demand for the products. Inductance approach switch is used to detect aluminum foil as means of lining paper detection, but it is no use for the detection of non aluminum backing paper. The high-speed photography technology can be used to solve this problem. This system can be used to detect the package appearance accurately and make the products meet the requirements.

cigarette; detection; control; camera

吳愛民，男，河北石家莊人，工程師，學士，從事電氣設備的維護與管理。

TP391.4

B

1671-5276(2015)05-0225-03

2015-09-09