機器視覺技術在煙支鋼印檢測中的應用

摘 要：基于機器視覺技術的煙支鋼印檢測系統能夠實時對煙支鋼印質量檢測監控，通過圖像搜索、圖像灰度處理等方法判別出鋼印不合格的煙支并剔除，實現煙支鋼印質量的全自動檢測，極大地釋放了勞動力，保障了產品質量。

關鍵詞：機器視覺；煙支鋼印；圖像處理

一、前言

在現代化的卷煙生產中，隨著科技的不斷進步，卷煙企業對煙支的外觀瑕疵會有嚴格的控制，煙支鋼印質量是缺陷檢測的一個重點。在傳統的煙支鋼印缺陷檢測工序中，都是依靠人工對煙支鋼印質量進行檢測，效率非常低，工作強度非常大。為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，采用機器視覺技術對煙支鋼印進行全面檢測已是必然。就國內而言，“相機+PC圖像處理軟件”（PC-BASE）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，可以有效地檢測出煙支鋼印常見缺陷，并將鋼印不合格的產品從生產線上剔出。

二、概述

（1）機器視覺技術。機器視覺技術，是一門涉及人工智能、神經生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領域的交叉學科。機器視覺系統是指通過機器視覺產品把圖像抓取到，然后將該圖像傳送至處理單元，通過數字化處理，根據像素分布和亮度、顏色等信息，來進行尺寸、形狀、顏色等的判別。進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。（2）煙支鋼印。煙支鋼印在某種程度上體現了卷煙的品牌特征，這個品牌通過煙支鋼印印刷在煙支上，相當于一個產品的銘牌。因此，煙支鋼印的質量，在一定程度上表明了品牌香煙的質量和品質。

三、煙支鋼印檢測系統

（一）系統結構。其系統結構主要包括以下幾個方面：（1）影像控制系統：實現圖像信號的分析、處理，圖像存儲；（2）工控機：監控實時圖片、數據統計分析；（3）控制處理系統：實現影像控制系統與機組的同步處理，對NG圖片進行剔除、連續NG圖片告警停機；（4）CCD系統：實時拍攝被檢測煙支；（5）照明系統：為圖像拍攝提供照明；（6）剔除裝置：驅動剔除閥，實現對缺陷煙支的剔除；（7）告警、停機模塊：提示系統的故障信息。

（二）檢測原理。（1）檢測流程。系統檢測流程如圖3所示

（2）圖像處理。卷接機組啟動后，煙支鋼印檢測系統通過實時監控卷接機組的SCP（單支煙脈沖）判斷煙支鋼印所在位置，當鋼印運行到CCD鏡頭位置時觸發拍攝，拍攝的圖像以數字形式傳輸到圖像處理系統進行分析處理，處理方法主要有模型搜索與面積檢測兩種。①模型搜索。其輸出結果包括檢測個數、相似度、檢測位置、傾斜角度，如圖4所示。

通過模型搜索，可以實時檢測鋼印不合格煙支。如圖5所示，左邊為合格煙支鋼印檢測結果，右邊為鋼印套色不合格煙支，其檢測結果為NG，判斷為不合格。

②面積檢測。面積檢測是將CCD拍攝到的圖像進行二值化（黑白化），然后檢測白色或者黑色面積。面積檢測的輸出結果以像素數輸出，如果檢測值超過指定的公差（上限或者下限），則判斷為不合格。

圖像二值化就是將圖像上的像素點的灰度值設置為0或255，也就是將整個圖像呈現出明顯的黑白效果。如圖7所示，右邊的圖片是圖像的波形圖，設置好合理的閥值后，可以清晰地將需要檢測的圖像顯現出來（如左下圖中的禾穗鋼印）。

圖像二值化后還要進行差分處理，差分可以輸出重合注冊圖像和當前圖像而成的灰度差的減法圖像，從而抽出污點、過濃、過淡等和原來注冊圖像不同的地方。如圖8所示，最左邊是正常禾穗鋼印及其二值化后的圖片，后三幅圖片分別為禾穗過淡、禾穗過濃、禾穗污點的鋼印及二值化后的圖片。從圖中可以看出，圖片二值化后，不合格鋼印與合格鋼印的像素點差別很大，通過差分處理便可判別出不合格鋼印的煙支。

（三）不合格品剔除。煙支鋼印檢測系統不合格品的剔除利用原機的不合格煙支剔除電磁閥，通過實時監控卷接機組SCP同步脈沖計算從鋼印拍攝到煙支剔除閥的步數，當不合格煙支到達剔除工位時，煙支鋼印檢測系統輸出剔除信號給剔除電磁閥實現不合格煙支的剔除。

結語：本文探討基于機器視覺技術卷接機組煙支鋼印質量檢測系統。通過對系統的介紹，列舉和闡述了圖像搜索、圖像灰度處理等方法。機器視覺的誕生和應用，極大地解放了人類生產力，提高了生產自動化水平。隨著煙草行業提質降耗工程的全面實施，它將越來越多地應用于煙草生產質量的檢測和監控領域，為提升煙草企業的市場競爭力做出更大的貢獻。

參考文獻：

[1] 趙鵬，《機器視覺理論及應用》，電子工業出版社，2011.

[2] 孫正，《數字圖像處理與識別》，機械工業出版社，2014.