FOCKE FX2高速包裝機(jī)小包包裝質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)的設(shè)計

趙宏鈞

【摘要】本文主要研究了FOCHE FX2高速包裝機(jī)的小包包裝質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計方法。闡述了以“相機(jī)+PC圖像處理軟件" （PC-BASE）為核心的檢測模式。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，綜合運用了電子電路技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計算機(jī)圖像處理技術(shù)進(jìn)行小包煙內(nèi)襯紙、商標(biāo)紙、透明紙等外觀質(zhì)量的檢測，并通過BS485通訊總線，實時采集動態(tài)數(shù)據(jù)、跟蹤別除。現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，裝置滿足設(shè)計要求，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】FOCKE FX2 PC-BASE CCD傳感器 LED 光源 ABMBS485總線

一、引言

在現(xiàn)代化的卷煙生產(chǎn)中，卷煙企業(yè)為進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，大多采用高速包裝機(jī)。德國FOCKE公司研發(fā)的FX2雙通道高速包裝機(jī)是較早進(jìn)入國內(nèi)的高速機(jī)型，但由于國內(nèi)外原輔材料的差異性以及維護(hù)保養(yǎng)等問題，F(xiàn)X2包裝機(jī)在小包包裝生產(chǎn)過程中常出現(xiàn)內(nèi)襯紙、商標(biāo)紙、透明紙的破損、缺失、錯位、褶皺等質(zhì)量問題。

而近年來，隨著消費意識的不斷提高，消費者對小包煙的品質(zhì)提出更高要求，時而發(fā)生消費投訴等諸多問題。因此，卷煙企業(yè)對包裝中的小包包裝質(zhì)量瑕疵會有嚴(yán)格的控制。然而，面對FX2高速包裝機(jī)，依靠傳統(tǒng)人工逐一檢查已不可能，其自帶的光電式傳感器檢測，雖然能解決一部分問題，但已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足卷煙企業(yè)的質(zhì)檢要求。為了提高企業(yè)品牌信譽，減少質(zhì)量投訴，采用機(jī)器視覺技術(shù)對FX2高速包裝機(jī)生產(chǎn)的小包包裝質(zhì)量進(jìn)行全面檢測勢在必行。

FX2為雙通道高速包裝機(jī)，對其進(jìn)行全面檢測，需要十多只相機(jī)。如采用智能相機(jī)，性價比低，另外其靈活性差，人機(jī)交互不夠友好。而采用以“相機(jī)+圖像采集卡+PC圖像處理軟件”（PC-BASE）的檢測模式，性價比高，靈活性好。該模式綜合利用了光學(xué)、機(jī)械、電子、控制和自動化各學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)，能有效擺脫硬件固化、軟件被動使用的束縛，具有很好的靈活性和適應(yīng)性，能夠適應(yīng)復(fù)雜的檢測需求。

二、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機(jī)械結(jié)構(gòu)包括內(nèi)襯紙檢測探頭、商標(biāo)紙檢測探頭、透明紙檢測探頭、主控柜、人機(jī)界面等，采用分布式模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，容易維護(hù)。各探頭部件結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。內(nèi)襯紙檢測探頭，采用一只相機(jī)同時檢測雙通道煙包內(nèi)襯紙表面。商標(biāo)紙檢測探頭，采用四只相機(jī)檢測雙通道煙包表面及側(cè)面。透明紙檢測探頭，該工位煙包間距較小，采用錯位方式，使用六只相機(jī)檢測雙通道煙包端面及底面。

三、電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計

ARM主控系統(tǒng)實時采集同步傳感機(jī)構(gòu)信號，判斷各探頭攝像角度是否到位，然后發(fā)送攝像脈沖給相應(yīng)到位的探頭。三個探頭攝像角度不同，以實現(xiàn)分步曝光。

相機(jī)拍攝完成后，通過千兆網(wǎng)口傳輸圖像給工控機(jī)上的檢測軟件。檢測軟件作為圖像處理中心，采用FIFO隊列方式，多線程順序處理各探頭拍攝的煙包圖像，并將處理結(jié)果經(jīng)通訊總線發(fā)送ARM主控系統(tǒng)。ARM主控系統(tǒng)緩存缺陷煙包結(jié)果標(biāo)志，并通過同步傳感機(jī)構(gòu)判斷煙包已到達(dá)原機(jī)剔除口，進(jìn)行移位剔除，并同時報警提示。

關(guān)鍵電氣件如下：

相機(jī)：采用德國AVT公司的高分辨率千兆網(wǎng)彩色相機(jī)，12BIT-14BIT A/D采樣，與普通8BIT和IOBIT系統(tǒng)相比，顏色和灰度的分辯率提高了4-16倍，對于某些商標(biāo)紙、內(nèi)襯紙、濾嘴等顏色相近的煙包缺陷，圖像對比度強(qiáng)。另外，相機(jī)壽命長（10萬小時），性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。相機(jī)成像清晰、無光斑及波紋。

光源：采用24V直流 LED冷光源（進(jìn)口燈芯）。高穩(wěn)定、高亮（85流明/瓦）設(shè)計。并采用PWM軟件柔性光技術(shù)控制，減少發(fā)熱量，減輕對現(xiàn)場操作工眼睛的刺激。另外，通過合理布局，對現(xiàn)場煙包的反光具有一定的抑制作用。

四、檢測軟件設(shè)計

Visual C++是Microsoft公司推出的開發(fā)Win32環(huán)境程序，面向?qū)ο蟮目梢暬沙绦蜷_發(fā)系統(tǒng)。其優(yōu)點包括程序框架自動生成、靈活方便的類管理、代碼編寫和界面設(shè)計集成交互操作、可開發(fā)多種程序（應(yīng)用程序、動態(tài)鏈接庫、ActiveX控件等）等，作為一種通用且功能強(qiáng)大的編程語言，Visual C++的地位不可動搖。其提供的完全集成性以及可視化用戶界面驅(qū)動特性，不僅適用于傳統(tǒng)的C/C++開發(fā)過程，更充分優(yōu)化了對面向?qū)ο蠹夹g(shù)的支持。本系統(tǒng)以VisualC++作為開發(fā)環(huán)境。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

五、系統(tǒng)擴(kuò)展性問題

在實際應(yīng)用過程中，運行參數(shù)往往需要調(diào)整。當(dāng)現(xiàn)場使用技術(shù)人員對系統(tǒng)參數(shù)不是很熟悉時，往往調(diào)不好，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運行不正常。為解決這一難題，本系統(tǒng)增加了擴(kuò)展性接口，將車間的多套檢測系統(tǒng)通過Wifi無線方式組成網(wǎng)絡(luò)，然后由主站通過4G網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)到技術(shù)服務(wù)點，由主設(shè)計技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將調(diào)整好的參數(shù)再回傳給每臺設(shè)備，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。

六、結(jié)語

FOCKE FX2高速包裝機(jī)小包包裝質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)的研制，填補了進(jìn)口FOCKE FX2高速包裝機(jī)小包包裝質(zhì)量在線檢測的空白，從而提高FOCKE FX2高速包裝機(jī)的包裝質(zhì)量。為企業(yè)節(jié)約開支，提高我國卷煙行業(yè)的國際競爭力具有重要的意義。本文雖然對FOCKE FX2高速包裝機(jī)的小包包裝質(zhì)量在線檢測方面的進(jìn)行了一定的研究，但隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，及越來越多的研究探索，具有更高性能、更高準(zhǔn)確率的機(jī)器視覺控制系統(tǒng)將會問世，如何進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能，還有很多的工作要做。

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