论机器视觉技术在烟箱检测领域的应用与发展

郑珂 杜晓冬 丁力

摘 要：通过本课题的研究，在现有箱装外观识别系统的基础上于装封箱机横向卸料通道处增加8个CCD传感器及数据处理装置，实现对烟箱5个面的检测，同时增加烟箱外观破损、爆口、翻转、胶带缺失、胶带粘贴不牢外观缺陷的自动检测与问题烟箱剔除功能；预留数采通讯接口等功能的完善。实现机器视觉技术在卷烟企业烟箱外观质量方面的应用，达到提高烟箱外观质量的目的。为卷烟产品箱装外观在质量的稳定性控制提供有力保障。

关键词：机器视觉；烟箱；外观质量；产品质量

根据“十八大”关于“着力推进绿色发展、循环发展、低碳发展”，“推动资源利用方式根本转变”，“更多依靠节约资源和循环经济”加快转变经济发展方式的部署，全国各个烟厂以行业加快转变发展方式、构建循环型烟草物流体系、树立良好社会形象为指导，推进卷烟烟箱循环利用，从而达到降低成本、减少浪费、节约资源的主要目标。烟箱回收由于经历了多个环节才最终上机器循环利用，这期间对烟箱本身的质量造成了一定的损坏，从而使得整个机器自动化包装效率受到一定程度的影响，包装质量也造成了一定的下滑。为了能够使回收烟箱能够高效的循環利用，保质保量的完成生产任务，引用机器视觉技术解决烟箱外观质量问题迫在眉睫。

1 国内外现状

1.1 国外研究状况

在2000年机器视觉市场有1，000亿日元，日本市场300～400亿日元。以上是狭义上的机器视觉的数据，如果包含外表检查系统，包含画像和关系较深的半导体制造装置和P C B等关联装置的话，图像处理关联的市场，在日本国内有数千亿日元的规模。图像处理与之有密切的关系，图像处理关联的市场规模巨大。

1.2 国内研究状况

上海、深圳、背景等的外企较多，先进的生产设备是外企工厂的典型特征。随着外国大企业将生产线设备引入国内，生产线上的机器视觉系统也就随之迁移。另一方面，视觉系统的维护公司也随着设备的迁移。为当地的视觉系统工程师整体水平的提高奠定了先决条件。视觉技术在国内的发展走在了科技水平的前端。

2 主要研究内容及目标要求

2.1 主要研究内容

研究设计一套基于视觉技术的烟箱质量在线检测系统，提高烟箱包装质量在线检测的准确度和稳定性。

1）依据各类卷烟厂实际生产过程中，出现的烟箱外观缺陷种类，确定外观检测缺陷类别。

2）研究回收烟箱的外观特征，确定回收烟箱的外观缺陷类别。

3）研究错牌烟箱的形成以及错牌的类型方式，确定错牌类型及检测方式。

4）结合在烟草行业已成熟使用的视觉成像检测类方案，研究确定检测控制方案。

5）根据确定的控制方案及设计技术指标，研究关键电气部件如图形控制器、相机、镜头、光源、PLC、工控机，扫码器的总体机构设计。

6）研究电气控制通讯方式及缺陷烟箱剔除控制方法。

2.2 主要技术目标要求

1）达到多点控制、检测的能力。

2）能在线检测烟箱5个面的外观缺陷。

3）能读取烟箱一维条码并存储，便于追溯。

4）能检测错牌烟箱。

5）能够在线剔除缺陷烟箱。

3 工作原理

目前、循环烟箱包装主要存在破损、翘边、翻转、破口、胶带粘贴不牢、胶带缺失、商标缺损等缺陷。本机采用八个CCD相机对需要检测的烟箱面进行拍照，采用外触发模式使拍摄到的图像进入图像处理单元CV-5000系列，在图像处理单元根据像素分布和亮度、颜色等信息，利用图像定位、边缘检测、区域像素值等算法，对各个通道的图像进行分析比较。设置相应的检测值上下限，当被检测烟箱超过限值，则给出NG控制信号，使执行单元在该不合格烟箱通过时将其剔除；系统显示器实时显示各通道图像及其检测结果，并给出统计数据。

4 软件设计

4.1 工作流程

图像处理器将图像处理结果传送给PLC，PLC进行结果信息比对处理后，判断该烟是否剔除报警，从而输出剔除信号进行剔除。PLC实时将烟箱判断结果，工控机通过以太网协议进行数据读取，并逐条显示储存数据库，以便追溯。

4.2 执行机构设计

PLC获得缺陷烟箱反馈信息后，依靠触发信号进行计数，通过先进先出堆栈出栈模式输出剔除信号，通过数字量输出模式送入原机剔除控制系统，进行剔除。

4.3 人机交互设计

系统人机交互操作采取外置操作手柄加触摸屏综合使用。在触摸屏界面主要完成数据查询等操作。因此仅供维修人员调试使用，在输入页面有用户密码验证，防止操作人员误操作。操作手柄完成各检测窗口的参数设定，牌号信息存储，供操作人员运行中使用，操作手柄为RJ45接口，连接可靠性高，价格低廉，更换维护方便。通过两种操作方式的综合使用，有效发挥了操作手柄寿命长，价格低廉的特点，有效避免了工业环境下触摸屏磨损、冲击、油污导致的损坏，提升系统整体稳定性和后期维护难度。

5 推广前景

由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。

目前该研究项目适用国内所有同类厂家。全国行业同类很多厂里都是人工抽检的。所以本检测装置在行业内有很大的技术领先优势。由于本检测系统的适应性强，只需对机械连接部件进行部分调整，即可在其它包装机型进行推广，减少重复投入。

通过成果运用，减少卷烟烟箱问题产品出库的几率，提高卷烟厂质量控制能力，增加了产品合格率，提高了产品和企业形象。因此具有较为广阔的推广前景。

参考文献

[1]章毓晋.计算机视觉教程[M].人民邮电出版社，2011

[2]基恩士.CV系列机器视觉