基于機器視覺的煙箱缺條檢測系統設計

戴慶坤 江能

摘 要：隨著卷煙生產企業對卷煙產品質量的日愈重視，煙箱缺條是屬于非常嚴重的A類缺陷，為杜絕有缺陷的產品流入市場，因此十分有必要增加煙箱缺條的檢驗。而機器視覺技術與檢測系統的有效結合，能夠從根本上解決煙箱缺條的問題，避免了傳統的檢測缺陷，相對于稱重式和射線式具有獨特的優勢。本文基于機器視覺的煙箱缺條檢測系統設計，將機器視覺與檢測系統進行結合，使得檢測系統趨于穩定，為煙箱缺條檢測系統的進一步完善提供一定參考依據。

關鍵詞：機器視覺;煙箱缺條;檢測系統;設計

隨著社會經濟的全球化進程不斷推進，我國香煙的生產也逐漸智能化現代化和自動化的發展趨勢，緊緊跟著工業4.0發展的腳步，與時俱進，不斷地完善人們對于生活物質的需求。而卷煙在裝箱打包的過程中，常常會出現煙箱缺條的情況，一旦流入市場，勢必會對企業的聲譽造成嚴重的影響，因此為了完善卷煙生產過程，勢必需要對香煙裝條的情況進行優化，以此提高香煙的裝箱效果，減小企業的不良影響。

一直以來在解決缺條檢測的問題中，人們提出了稱重式和射線式等方法，其中，稱重式的方法常常受到濕度的影響，由于香煙的含水量不是一個標準的參考值，這樣煙草的質量并非一個準確值，也會出現漏檢和誤檢等情況;射線式的方法主要依靠射線的原理對煙箱缺條進行檢測，但是射線對員工的正常生產的環境和身體造成一定的影響，實際效果也沒有達到最佳的狀態。

為解決煙箱缺條的問題，尋找最佳的檢測系統，本文采用基于機器視覺的檢測系統，以此對煙箱缺條問題進行全面檢測。機器視覺是將光學、圖像處理、先進制造技術等科技集于一體，有機地形成一個新的學科，通過應用機器視覺與機械系統構建成了檢測系統，對煙箱缺條的情況進行很好識別，并將包裝不合格的產品從生產線上剔出或報警停機，提高了煙箱裝條的生產效率、降低了卷煙市場的投訴率。

1 機器視覺的工作原理

隨著社會發展至今天，機器視覺越來越引起人們的重視，并廣泛應用于航空航天、深海探測、自動化流水生產線和顯微醫療器具等領域。機器視覺是一門包含圖像處理、圖像識別、人工智能、計算機科學、神經生物學等多個方面的綜合性學科。伴隨著現代計算機技術和人工智能的發展，機器視覺已經形成的一套穩定的系統框架。該計算機視覺是以計算機作為應用的載體，通過模擬仿真人類的視覺行為模式，捕獲、處理并分析客觀事物的圖像信息，并將獲得的數據結果投入實際的檢測和控制過程中。機器視覺可以對尺寸、角度、個數、有無進行檢測，其機器視覺系統的結構框圖如圖1所示。

機器視覺系統相對于稱重式、射線式等方法而言，機器視覺沒有受到外界條件的限制，也不需要考慮勞動強度，其檢測精度較高，甚至在危險的工況也能發揮穩定的作用，避免因為卷煙的水分而影響檢測的精度。

2 基于機器視覺的煙箱缺條檢測系統設計

機器視覺作為綠色環保、無污染的新型技術為自動化生產帶來了生機，合理運用機器視覺對卷煙的裝箱過程進行檢測，這樣為香煙的制造奠定良好的基礎?？蓪熛淙睏l的檢測系統大致分為CCD工業相機、紅外照明電源、I/O控制板、工控機、條碼閱讀器等部分，每個部分的介紹如下：

（1）工控機

工控機主要采用的西門子的品牌，通過多次的編寫與修改軟件程序，有效地將裝封箱機的人機操作界面和缺條視覺檢測系統融合在一起，為操作人員提供了一個更加簡潔和方便的人機交互界面。與此同時，配置相對較高的硬件，CPU和內存也需要提供較好的性能，為運算速度和儲存打下堅實的基礎。

（2）I/O 控制板

I/O控制板主要負責上位機與執行機構的信號通信，不但能夠讀取 PLC 程序地址信號，掌握封箱機的運行狀態，而且可以在系統檢測到缺條圖像時將聲光報警和強制

（3）CCD 工業相機

對于圖像的采集，需要選用一臺千兆以太網高速紅外工業相機，以此來保障每個圖像的精度，為計算機的圖像處理提供更多有價值的信息，更好的保障檢測的檢測精度。

（4）紅外照明光源

照明光源對圖像采集是至關重要的，其光源的好壞直接決定著圖像采集的品質和精度。照明系統由多條紅外LED光源構成，從煙條堆垛入口處的左右兩側照明，主要為 CCD 工業相機提供均勻且足夠亮度的場景和環境。

對于檢測系統的軟件，其處理流程如下：

當檢測系統開始運行后，系統進行初始化，并與CCD相機與I/O接口建立通訊連接，然后用千兆以太網同步接收由相機采集的數字圖像數據，與此同時，將采集的圖像通過計算機內進行處理，并與實際的情況進行判斷，是否存在煙箱缺條的情況。如果煙箱出現缺條的情況，則會發出指令，告知裝封箱機發送報警停機信號，強制停止設備運行，等待操作工處理。如果不存在煙箱缺條的情況，則通知接口板進行封箱?；玖鞒虉D如下：

目前，通過對機器視覺的煙箱缺條檢測系統情況的分析研究，能夠完全避免傳統的生產方式，提高煙箱缺條的檢測精度，降低了工人的勞動強度，使檢測逐步的趨于自動化，智能化，更加符合工業4.0的發展趨勢。

3總結

隨著經濟建設的不斷發展，智能化技術的發展已成為主要潮流。機器視覺的應用將是未來工業發展的一個重要趨勢。機器視覺技術在自動控制領域具有廣闊的應用前景，其與檢測系統的結合，使得檢測系統具有安裝方便、維護簡單、綠色環保等先天性優勢。伴隨著檢測系統和視覺系統硬件技術的不斷發展，逐步提升了控制系統功能性能與精度。本文通過利用機器視覺的方式來優化煙箱缺條的問題，提高缺條系統的檢測性能，降低人工勞動強度和失誤率，對提高煙草行業監測效率，降低了企業的生產成本。

參考文獻

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