CCD影像檢測系統在卷煙工業企業中的應用

陳來記

滕州卷煙廠

CCD影像檢測系統在卷煙工業企業中的應用

陳來記

滕州卷煙廠

在現代化卷煙工業企業生產中，隨著科技的不斷進步、電子產品的不斷更新和消費者對產品質量要求的不斷提升，卷煙企業對煙草制品的過程質量監控也給予了更多的關注和投入。另外，為了降低工人的勞動強度，提高產品出廠的質量，減少工廠的人力成本和管理成本，基于照相技術衍生的CCD影像檢測系統營運而生。

電荷耦合；CCD；煙草；檢測

在現代化卷煙工業企業生產中，隨著科技的不斷進步和消費者對產品質量要求的不斷提升，卷煙企業對煙草制品的過程質量監控也給予了更多的關注和投入。在某些傳統的、重要的檢測工序中，仍然存在依靠人工對過程產品質量進行檢測現象，效率非常低，工作強度非常大，而且由于長時間靠眼睛盯著生產線的產品，人很容易疲勞，容易發生漏檢的情況。

隨著科技水平的不斷提高，電子產品的不斷更新，同時為了降低工人的勞動強度，提高產品出廠質量，減少工廠的人力成本和管理成本，基于照相技術衍生的CCD影像檢測系統營運而生。CCD英文全稱Charge-coupled Devic即電荷耦合器件，也可以成為圖像傳感器。就國內而言，目前以“相機+PC圖像處理軟件”（PCBASE）的檢測模式，已成發展趨勢。該模式綜合利用了光學、機械、電子、控制和自動化各學科的先進技術。同時擺脫了硬件固化、軟件被動使用的束縛。

下面就卷煙工業企業生產中條盒包裝質量檢測為例介紹CCD影像檢測系統的應用。

一、系統架構

系統架構包括輸送通道、圖像檢測機構、壞煙剔除機構、系統分析軟件、電器控制系統。采用PC-BASE的檢測模式，原理框圖如下圖。

原理框圖

首先IO主控板根據攝像光纖信號判斷煙包到位，然后控制LED光源及相機完成分時曝光。相機曝光完成后，傳輸到工控機。工控機上的圖像軟件對當前煙包圖像進行分析、處理，并與事先制作的產品標準模板圖像進行對比，如果煙包圖案、色差、相似度、邊緣、角度、位置坐標（X,Y）等在設定的公差之內，表示此包煙外觀合格，否則是外觀不合格。處理完成后，將處理結果以I/O方式通知主控板。主控板根據當前I/O信號和剔除光纖信號，控制吹氣剔除閥進行實時跟蹤剔除。

二、具體包括如下幾個部分：

（一）高分辨率工業CCD攝像頭，分別檢測煙包的端面、上表面和側面。

（二）LED照明系統，該套照明系統由多條高亮度三色LED光源組成，通過軟件自動選擇最佳照明色譜，并分時控制LED。視覺檢測系統的關鍵在于成像，穩定、可靠的成像取決于良好的配光照明。隨著半導體技術的高速發展，高亮度單色、兩基色、三基色發光二極管（LED）已完全能夠滿足配光照明用途，其具有低功耗、發熱小、接通時間迅速、光源穩定、導向性好，使用壽命僅與點亮時長有關；故選用白色高亮度LED作為檢測裝置的照明單元。

（三）高速氣閥擊打裝置，用來把有包裝缺陷的條盒從流水線上剔除。

（四）高精度光纖位置傳感器，傳感器固定在條盒檢測位置上，當條盒經過時，該傳感器發出信號，啟動CCD進行圖像捕捉，并開始進行圖像處理。

（五）反射式光纖傳感器，傳感器固定在條盒剔除位置上，當有包裝缺陷的條盒經過時，該傳感器發出信號給IO控制板，IO控制板將啟動高速氣閥擊打裝置，將該條盒迅速推出流水線。

（六）IO控制板，該控制板控制系統中的所有的IO點，并通過RS232口和上位計算機通訊。

（七）高速工業控制計算機以及觸摸式液晶屏。它是整個系統的核心，一方面，該軟件為用戶提供友好的人機界面進行系統配置，另外，它依據用戶配置，對煙包圖像進行理解，判斷哪些煙包不合格。并根據判斷結果指揮IO控制板進行剔除。

三、主要檢測對象

軟件系統自主開發，檢測算法、工具十分豐富。包括圖案定位檢測、線定位檢測、圖案匹配檢測、線長度檢測、折線檢測、拉線檢測、表面缺陷檢測、表面灰度檢測等。除能對一般項目進行檢測外，還可對以下項目進行重點檢測，具體如下。

（一）透明紙無：透明紙缺失、散開時，在圖像上會呈現顯著地明暗變化，可利用表面灰度檢測將其檢測出來。另外，透明紙缺失、散開時，拉線、折線的位置也發生了一定變化，可利用線定位將其檢測出來。檢出率為100%。

（二）無條盒紙：當條盒紙缺失時，條盒上的圖案在圖像上的相對位置也發生缺失或變化，可利用圖案定位等算法將其檢測出來。當條盒紙缺失時，灰度值在圖像上也發生了相對變化，還可利用表面灰度檢測將其檢測出來。檢出率為100%。

（三）條盒紙錯用混用：當條盒紙錯用混用時，系統會識別為錯牌。任何一種檢測算法、工具都可以將其檢測出來。檢出率為100%。

（四）無拉線：當拉線缺失時，軟件在圖像將搜索不到線的存在，可以利用拉線定位、線長度、線角度將其檢測出來。檢出率為100%。

（五）條盒折疊不到位、翻白：當條盒折疊不到位，偏歪、翻出等，條盒上的圖案在圖像上的相對位置、形狀會發生相應的變化，可利用圖像定位等算法將其檢測出來。檢出率為99.9%。

通過以上介紹，基本CCD影像檢測系統都是基于上述原理進行設計，只是不同廠家針對檢測對象的不同采用的硬件配置標準和品牌不同而已。

目前，CCD影像檢測系統應用已經涉及到卷煙生產過程中的小盒包裝質量檢測、透明紙包裝質量檢測和煙箱包裝質量檢測等方面，對提高煙草過程產品質量發揮了至關重要的作用。

[1]《CCD參數介紹，CCD發展史》中國安防網

[2]《CCD傳感器在工業測控中的應用現狀及展望》余震曾曉雁