煙箱常見外觀異常視覺檢測系統設計

李益龍　王鵬　盧雨鋒

摘 要： 多年來，我國煙草行業發展勢頭較猛，各地煙草品牌銷量突飛猛進。雖然在近幾年的國家控煙，國外煙草品牌沖擊，煙民人數下降等不利因素影響導致銷量下降，但我國煙草市場大，總體煙草需求量仍很大。卷煙制造企業也隨著行業發展，不斷加強管理，更新生產制造技術，煙草行業自動化程度也達到較高水平。目前煙草工業絕大多數都采用煙箱物流倉儲式流水線作業，煙箱通過輸送線進行運輸、分揀后堆疊成板入庫。一件煙箱的外觀是否完好，直接影響整個流水線過程的工作效率以及過程中所涉設備的故障率和效率，同時容易造成條煙的擠壓、破損，進而導致煙和設備上的經濟損失 。

關鍵詞： 煙箱；視覺；外觀異常檢測

引言

我司煙箱物流倉儲式系統依次由分揀線、機械手、輸送機、穿梭車、堆垛機、倉儲式貨架、上位系統組成。封裝好的煙箱經過貼標機貼好條形碼后進入分揀線，從一樓輸送至二樓，輸送路程相對長，再由分揀線上的讀碼器識別煙箱牌號后由分揀裝置換道進入道口，輸送至巷道底部，再由機械手按不同牌號的對應碼垛方式，在一板空托盤上碼垛。在此種牌號煙箱未生產完時，每兩箱碼垛一次，直至24件或28件后，最后由上位系統調度穿梭車、輸送機、穿梭車、堆垛機將一板煙入庫至相應貨架位置。

1、目前存在問題

在上述中，煙箱外觀問題常引起一些主要問題：（1）分揀線輸送中有護欄導向運行，煙箱外觀問題導致卡在護欄上，后續煙箱持續堆積，最后引起煙箱、煙條受損；（2）在機械手碼垛時，煙箱膠帶問題（例：未貼好，沒貼，貼歪）引起碼垛時煙箱被機械手擠壓、掉落砸傷輸送設備、煙箱遺留現場等，致使煙或設備損傷。

一個完好外觀的煙箱包括了它的紙箱是否完好，封裝的膠帶是否完好、是否黏貼到位，紙箱封裝時是否翻折到位。

煙的品牌有多種，品牌下又有多種序列。每個序列因煙盒規格不同，其包裝成箱后的規格也有長、寬、高尺寸的差異。

2、要解決的技術問題

（1）如何通過視覺檢測系統，能夠檢測出外觀異常的煙箱。

（2）如何進行追溯視覺系統是否漏檢外觀異常煙箱，再進行完善。

（3）在煙箱外觀尺寸上有一點差異，煙箱外觀異常問題又可能存在多種不同情況的現狀下，在檢出外觀異常煙箱的同時，如何保證誤檢率低于0.5%（每百箱煙剔除5箱以內）的指標。

3、技術方案

煙箱外觀異常問題引起設備故障或條煙損壞多發生于煙箱封口處，在封口處需要將煙箱小搖蓋先翻折好后翻折大搖蓋且膠帶飄起容易遭成破壞較為嚴重，在煙箱4個角安裝4個相機、光源，對應1～4號相機，分別拍攝膠帶黏貼的起始和結尾以及煙箱搖蓋。

視覺系統通過采集煙箱條形碼并存儲，作為過檢煙箱標記，用于匹對后續發現未檢出異常煙箱，并進行追溯。

視覺檢測系統示意圖，如圖1所示。

視覺檢測系統在煙箱封裝后端。例：兩箱煙箱進入分揀線且間隔較近，前一件煙箱先觸發光電4，后一件煙箱觸發光電5時，頂升裝置頂升，將后一件煙擋住，直到光電4未被觸發時，頂升裝置下降，后一件煙前行。間隔距離用于保證相機拍照時不會兩件煙箱互相遮擋，以實際應用需要作調節；煙箱觸發光電6時，讀碼器開始檢測條形碼，讀取完成后停止。煙箱前行觸發光電2時，相機1、3光源打開。繼續前行，觸發光電1，相機1、3拍照，拍照完畢關閉光源。煙箱脫離光電2，相機2、4光源打開，煙箱脫離光電1，相機2、4拍照，拍照完畢關閉光源。若視覺檢測系統檢測外觀異常煙箱發出信號，當光電3被觸發時，踢煙裝置將煙箱剔除至煙箱剔除平臺并發出警報，提醒現場工作人員處理。

上位電腦處配有西門子200系列PLC一臺用于控制頂升裝置升降，光源開關，相機拍照等，以太網I/O模塊一塊用于工控機給PLC發出信號，路由器一臺用于作為相機與工控機的物理連接，AC 220V轉DC 24V變壓模塊一塊，電氣接線若干，工控機電腦一臺，工控機中裝有Visual Studio開發軟件、VisonPro相機軟件、AdamApax I/O模塊軟件。

相對昏暗的環境下，在煙箱4個角選取適當相機、光源角度。外觀完好與外觀異常煙箱拍照成像后異常部位形成的光斑不同、亮暗值差異，利用VisonPro相機軟件中工具，確定檢測區域，測算光斑面積，選定0～255亮暗值、中值、平均值等進行量化，再將這些得出的數值融合于Visual Studio開發軟件創建的一個窗體軟件中作邏輯判斷、處理、顯示，最后通過AdamApax I/O模塊軟件將信號輸出至PLC作剔除動作。此外，窗體軟件用RS485串口線從讀碼器中獲取條碼信息作為每一件煙箱4張照片的文件名分別保存在4個不同文件中，方便查看，追溯。窗體軟件中將檢測值范圍顯示出來，用戶可登陸不同權限進入修改，以降低誤檢率。

4、效果

在視覺檢測系統運行中，檢測出煙箱膠帶飄起，膠帶斷裂，未貼膠帶，小搖蓋外露，大搖蓋翻起，煙箱破損，煙箱包裹變形等多種情況的外觀異常煙箱，經過后期跟蹤，追溯，完善了視覺檢測系統并穩定運行。在實際生產中，誤檢率一般在0%～2%之間。有效保護了煙箱、設備，提高了物流系統的實效性和穩定性，降低了設備故障率。

參考文獻

[1] 伯特霍爾德.霍恩 著，蔣欣蘭譯，機器視覺；中國青年出版社，2014-8.

[2] 張廣軍，機器視覺；科學出版社，2005.