論機器視覺技術在煙箱檢測領域的應用與發展

鄭珂 杜曉冬 丁力

摘 要：通過本課題的研究，在現有箱裝外觀識別系統的基礎上于裝封箱機橫向卸料通道處增加8個CCD傳感器及數據處理裝置，實現對煙箱5個面的檢測，同時增加煙箱外觀破損、爆口、翻轉、膠帶缺失、膠帶粘貼不牢外觀缺陷的自動檢測與問題煙箱剔除功能；預留數采通訊接口等功能的完善。實現機器視覺技術在卷煙企業煙箱外觀質量方面的應用，達到提高煙箱外觀質量的目的。為卷煙產品箱裝外觀在質量的穩定性控制提供有力保障。

關鍵詞：機器視覺；煙箱；外觀質量；產品質量

根據“十八大”關于“著力推進綠色發展、循環發展、低碳發展”，“推動資源利用方式根本轉變”，“更多依靠節約資源和循環經濟”加快轉變經濟發展方式的部署，全國各個煙廠以行業加快轉變發展方式、構建循環型煙草物流體系、樹立良好社會形象為指導，推進卷煙煙箱循環利用，從而達到降低成本、減少浪費、節約資源的主要目標。煙箱回收由于經歷了多個環節才最終上機器循環利用，這期間對煙箱本身的質量造成了一定的損壞，從而使得整個機器自動化包裝效率受到一定程度的影響，包裝質量也造成了一定的下滑。為了能夠使回收煙箱能夠高效的循環利用，保質保量的完成生產任務，引用機器視覺技術解決煙箱外觀質量問題迫在眉睫。

1 國內外現狀

1.1 國外研究狀況

在2000年機器視覺市場有1，000億日元，日本市場300～400億日元。以上是狹義上的機器視覺的數據，如果包含外表檢查系統，包含畫像和關系較深的半導體制造裝置和P C B等關聯裝置的話，圖像處理關聯的市場，在日本國內有數千億日元的規模。圖像處理與之有密切的關系，圖像處理關聯的市場規模巨大。

1.2 國內研究狀況

上海、深圳、背景等的外企較多，先進的生產設備是外企工廠的典型特征。隨著外國大企業將生產線設備引入國內，生產線上的機器視覺系統也就隨之遷移。另一方面，視覺系統的維護公司也隨著設備的遷移。為當地的視覺系統工程師整體水平的提高奠定了先決條件。視覺技術在國內的發展走在了科技水平的前端。

2 主要研究內容及目標要求

2.1 主要研究內容

研究設計一套基于視覺技術的煙箱質量在線檢測系統，提高煙箱包裝質量在線檢測的準確度和穩定性。

1）依據各類卷煙廠實際生產過程中，出現的煙箱外觀缺陷種類，確定外觀檢測缺陷類別。

2）研究回收煙箱的外觀特征，確定回收煙箱的外觀缺陷類別。

3）研究錯牌煙箱的形成以及錯牌的類型方式，確定錯牌類型及檢測方式。

4）結合在煙草行業已成熟使用的視覺成像檢測類方案，研究確定檢測控制方案。

5）根據確定的控制方案及設計技術指標，研究關鍵電氣部件如圖形控制器、相機、鏡頭、光源、PLC、工控機，掃碼器的總體機構設計。

6）研究電氣控制通訊方式及缺陷煙箱剔除控制方法。

2.2 主要技術目標要求

1）達到多點控制、檢測的能力。

2）能在線檢測煙箱5個面的外觀缺陷。

3）能讀取煙箱一維條碼并存儲，便于追溯。

4）能檢測錯牌煙箱。

5）能夠在線剔除缺陷煙箱。

3 工作原理

目前、循環煙箱包裝主要存在破損、翹邊、翻轉、破口、膠帶粘貼不牢、膠帶缺失、商標缺損等缺陷。本機采用八個CCD相機對需要檢測的煙箱面進行拍照，采用外觸發模式使拍攝到的圖像進入圖像處理單元CV-5000系列，在圖像處理單元根據像素分布和亮度、顏色等信息，利用圖像定位、邊緣檢測、區域像素值等算法，對各個通道的圖像進行分析比較。設置相應的檢測值上下限，當被檢測煙箱超過限值，則給出NG控制信號，使執行單元在該不合格煙箱通過時將其剔除；系統顯示器實時顯示各通道圖像及其檢測結果，并給出統計數據。

4 軟件設計

4.1 工作流程

圖像處理器將圖像處理結果傳送給PLC，PLC進行結果信息比對處理后，判斷該煙是否剔除報警，從而輸出剔除信號進行剔除。PLC實時將煙箱判斷結果，工控機通過以太網協議進行數據讀取，并逐條顯示儲存數據庫，以便追溯。

4.2 執行機構設計

PLC獲得缺陷煙箱反饋信息后，依靠觸發信號進行計數，通過先進先出堆棧出棧模式輸出剔除信號，通過數字量輸出模式送入原機剔除控制系統，進行剔除。

4.3 人機交互設計

系統人機交互操作采取外置操作手柄加觸摸屏綜合使用。在觸摸屏界面主要完成數據查詢等操作。因此僅供維修人員調試使用，在輸入頁面有用戶密碼驗證，防止操作人員誤操作。操作手柄完成各檢測窗口的參數設定，牌號信息存儲，供操作人員運行中使用，操作手柄為RJ45接口，連接可靠性高，價格低廉，更換維護方便。通過兩種操作方式的綜合使用，有效發揮了操作手柄壽命長，價格低廉的特點，有效避免了工業環境下觸摸屏磨損、沖擊、油污導致的損壞，提升系統整體穩定性和后期維護難度。

5 推廣前景

由于機器視覺系統可以快速獲取大量信息，而且易于自動處理，也易于同設計信息以及加工控制信息集成，因此，在現代自動化生產過程中，人們將機器視覺系統廣泛地用于工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。

目前該研究項目適用國內所有同類廠家。全國行業同類很多廠里都是人工抽檢的。所以本檢測裝置在行業內有很大的技術領先優勢。由于本檢測系統的適應性強，只需對機械連接部件進行部分調整，即可在其它包裝機型進行推廣，減少重復投入。

通過成果運用，減少卷煙煙箱問題產品出庫的幾率，提高卷煙廠質量控制能力，增加了產品合格率，提高了產品和企業形象。因此具有較為廣闊的推廣前景。

參考文獻

[1]章毓晉.計算機視覺教程[M].人民郵電出版社，2011

[2]基恩士.CV系列機器視覺