基于背景差分的條盒噴膠檢測系統

吳愛民 楊雄標

（1.河北白沙煙草有限責任公司，河北石家莊 052165；2.云南瑞智科技有限公司，云南昆明 650051）

0.引言

條盒包裝紙經過ZB416型高速包裝機的噴膠嘴時，會有短暫的停留，以便膠水通過噴頭噴點在包裝紙的各個側翼上[1]，正常的膠水面是一個個圓點，由于各類因素的影響，常會造成噴膠的缺漏、量少、量多、錯位、形狀不規則5類缺陷，包裝紙粘合不牢固、易破開[2]；以及包裝紙粘合時溢膠、污染油封紙；噴膠形狀的不規則，造成粘合點的受力不均勻，導致條包封口處出現包裝紙開口而不破的缺陷等[3]。所以需要通過機器視覺檢測膠水的噴點質量。由于膠水為透明液體，對光源非常敏感，其成像效果非常依賴于光照情況，經過大量試驗，本文采用條形光源，以獲得較好的成像效果[4]；同時在噴膠嘴前后，分別安裝一組相機，在光照環境均勻的情況下，通過兩幅圖像的差分即可方便獲取噴膠影像，進行后期分析與處理。

1.采圖系統設計

1.1 光源選取

工業機器視覺應用中的光源選取與打光角度往往是個難點，光源選擇正確、打光角度合適，成像效果越好，對后續圖像處理起到事半功倍的輔助作用[5]。常用的光源有條形光源、環形光源和面陣光源，如圖1所示。

圖1 各類光源示意圖

條形光源對凸起物能形成陰影，對于需要陰影的場景很有效，例如油封紙粘合口檢測，但用于照射膠水反而會形成陰影干擾；面陣光源對于粗糙面能形成均勻光照，但照射膠水會造成強烈的中心反光；環形光源能夠提供均勻的光照，又避免透明膠水的反光[6]，則適合本文場景，但在本文場景中環形光源占用空間比較大，在ZB416型高速包裝機，無法找到合適的安裝位置，所以選擇條形光源，以高照射角度避免陰影，采集得到合適圖像。

1.2 相機組件位置

在噴膠嘴前后對稱放置一組相機，通過包裝機傳動的相位信號精確控制采圖脈沖信號，從而取得噴膠前后的對比照片。如圖2所示，噴膠棒前后各有一組相機搭配條形光源負責采圖，相機鏡頭安裝于條形一側，二者有一定的角度，恰好能夠拍攝包裝紙上清晰的噴膠影像。在時刻1，條盒包裝紙經過相機A下方，此時拍攝未噴膠的照片；到時刻2時，噴膠嘴向包裝紙噴膠；到時刻3時，包裝紙經過相機B下方，此時拍攝已噴好膠的照片。由于相機A、B的采圖時刻受電機相位的精準控制[7]，即噴膠點在相機A、B拍攝的影像位置完全一致；通過控制光源亮度，使時刻1與時刻3時包裝紙的背景色幾乎一樣，即背景色差相差無幾，便于后續的差分算法提取噴膠點影像。

圖2 相機位置示意圖

2.圖像處理系統

2.1 噴膠影像獲取

使用相機B的圖像與相機A的圖像相減，即可得到差分后的圖像，一般灰度圖像的單像素色度在0～255，圖像做差分時可能會產生負數像素值，此時需要先將臨時圖像的像素值擴展到-255～255[8]，再線性映射到0～255生成最終的差分圖像。預處理流程如圖3所示，在像素映射完成后，還需要對像素進行閾值分割，原因是條盒包裝紙的背板顏色雖然相近，但不完全相同，較小的殘差值會形成底色噪聲，通過簡單的閾值分割即可去除[9]，使差分后的圖像顯現出清晰的噴膠影像。

圖3 差分運算示意圖

2.2 噴膠檢測流程

得到噴膠點影像之后，對噴膠點進行檢測，判斷其是否符合生產要求，具體檢測過程如圖4所示。

在上述檢測流程中，OTUS二值化主要用于去除一些差分后閾值操作未能去除的毛刺點，而圖像開操作是先腐蝕后膨脹，可以去除噴膠點影像邊緣的毛刺[10]。膠水經噴膠嘴噴點在條盒包裝紙上的點一般為圓形，只需生成噴膠點輪廓的最小外接圓，并計算外接圓與輪廓內連通域的面積比，即可得知該噴膠點是否近似于圓，如果比值過大，則說明形狀不規則[11]。

3.實驗結果與分析

在包裝機的實際生產過程中，拍攝的具體圖片如圖5所示。條盒包裝紙在噴膠前圖5（a）與噴膠后圖5（b）的紙板顏色幾乎相同，所以可以使用背景差分算法提取噴膠影像，經處理顯化后的噴膠影像如圖5（c）所示，由此可見，噴膠點的位置、形狀都清晰可見，經圖4的檢測流程后，非常容易判決出噴膠是否合格。

圖4 噴膠檢測流程圖

圖5 實驗結果與分析

4.結語

本文設計的噴膠檢測系統已在ZB416型高速包裝機上得到試驗，在實際生產過程中不僅可以實時檢測出噴膠是否合格，還可以判決出不合格噴膠的缺陷種類，為噴膠組件的改進提供參考。該檢測系統原理簡單、安裝便捷、實時高效，發現缺陷后能及時通知剔除裝置將不合格煙條剔除，提高了生產效率，具有很強的使用價值。