FOCKE FX2高速包装机小包包装质量在线检测系统的设计

赵宏钧

【摘要】本文主要研究了FOCHE FX2高速包装机的小包包装质量在线检测系统的软、硬件设计方法。阐述了以“相机+PC图像处理软件" （PC-BASE）为核心的检测模式。根据现场实际情况，综合运用了电子电路技术、光学技术、计算机图像处理技术进行小包烟内衬纸、商标纸、透明纸等外观质量的检测，并通过BS485通讯总线，实时采集动态数据、跟踪别除。现场应用结果表明，装置满足设计要求，具有很高的稳定性和可靠性。

【关键词】FOCKE FX2 PC-BASE CCD传感器 LED 光源 ABMBS485总线

一、引言

在现代化的卷烟生产中，卷烟企业为进一步提高生产效率，大多采用高速包装机。德国FOCKE公司研发的FX2双通道高速包装机是较早进入国内的高速机型，但由于国内外原辅材料的差异性以及维护保养等问题，FX2包装机在小包包装生产过程中常出现内衬纸、商标纸、透明纸的破损、缺失、错位、褶皱等质量问题。

而近年来，随着消费意识的不断提高，消费者对小包烟的品质提出更高要求，时而发生消费投诉等诸多问题。因此，卷烟企业对包装中的小包包装质量瑕疵会有严格的控制。然而，面对FX2高速包装机，依靠传统人工逐一检查已不可能，其自带的光电式传感器检测，虽然能解决一部分问题，但已远远不能满足卷烟企业的质检要求。为了提高企业品牌信誉，减少质量投诉，采用机器视觉技术对FX2高速包装机生产的小包包装质量进行全面检测势在必行。

FX2为双通道高速包装机，对其进行全面检测，需要十多只相机。如采用智能相机，性价比低，另外其灵活性差，人机交互不够友好。而采用以“相机+图像采集卡+PC图像处理软件”（PC-BASE）的检测模式，性价比高，灵活性好。该模式综合利用了光学、机械、电子、控制和自动化各学科的先进技术，能有效摆脱硬件固化、软件被动使用的束缚，具有很好的灵活性和适应性，能够适应复杂的检测需求。

二、机械结构设计

机械结构包括内衬纸检测探头、商标纸检测探头、透明纸检测探头、主控柜、人机界面等，采用分布式模块化设计，结构简单，容易维护。各探头部件结构图如下图1所示。内衬纸检测探头，采用一只相机同时检测双通道烟包内衬纸表面。商标纸检测探头，采用四只相机检测双通道烟包表面及侧面。透明纸检测探头，该工位烟包间距较小，采用错位方式，使用六只相机检测双通道烟包端面及底面。

三、电气结构设计

ARM主控系统实时采集同步传感机构信号，判断各探头摄像角度是否到位，然后发送摄像脉冲给相应到位的探头。三个探头摄像角度不同，以实现分步曝光。

相机拍摄完成后，通过千兆网口传输图像给工控机上的检测软件。检测软件作为图像处理中心，采用FIFO队列方式，多线程顺序处理各探头拍摄的烟包图像，并将处理结果经通讯总线发送ARM主控系统。ARM主控系统缓存缺陷烟包结果标志，并通过同步传感机构判断烟包已到达原机剔除口，进行移位剔除，并同时报警提示。

关键电气件如下：

相机：采用德国AVT公司的高分辨率千兆网彩色相机，12BIT-14BIT A/D采样，与普通8BIT和IOBIT系统相比，颜色和灰度的分辩率提高了4-16倍，对于某些商标纸、内衬纸、滤嘴等颜色相近的烟包缺陷，图像对比度强。另外，相机寿命长（10万小时），性能稳定，抗干扰能力强。相机成像清晰、無光斑及波纹。

光源：采用24V直流 LED冷光源（进口灯芯）。高稳定、高亮（85流明/瓦）设计。并采用PWM软件柔性光技术控制，减少发热量，减轻对现场操作工眼睛的刺激。另外，通过合理布局，对现场烟包的反光具有一定的抑制作用。

四、检测软件设计

Visual C++是Microsoft公司推出的开发Win32环境程序，面向对象的可视化集成程序开发系统。其优点包括程序框架自动生成、灵活方便的类管理、代码编写和界面设计集成交互操作、可开发多种程序（应用程序、动态链接库、ActiveX控件等）等，作为一种通用且功能强大的编程语言，Visual C++的地位不可动摇。其提供的完全集成性以及可视化用户界面驱动特性，不仅适用于传统的C/C++开发过程，更充分优化了对面向对象技术的支持。本系统以VisualC++作为开发环境。软件系统结构图如图2所示。

五、系统扩展性问题

在实际应用过程中，运行参数往往需要调整。当现场使用技术人员对系统参数不是很熟悉时，往往调不好，从而导致系统运行不正常。为解决这一难题，本系统增加了扩展性接口，将车间的多套检测系统通过Wifi无线方式组成网络，然后由主站通过4G网将数据发到技术服务点，由主设计技术人员进行数据分析，并将调整好的参数再回传给每台设备，从而实现远程维护。

六、结语

FOCKE FX2高速包装机小包包装质量在线检测系统的研制，填补了进口FOCKE FX2高速包装机小包包装质量在线检测的空白，从而提高FOCKE FX2高速包装机的包装质量。为企业节约开支，提高我国卷烟行业的国际竞争力具有重要的意义。本文虽然对FOCKE FX2高速包装机的小包包装质量在线检测方面的进行了一定的研究，但随着计算机技术、通信技术的进一步发展，及越来越多的研究探索，具有更高性能、更高准确率的机器视觉控制系统将会问世，如何进一步提高系统性能，还有很多的工作要做。

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