机器视觉系统在GDX2 包装机内包检测上的应用

2020-05-08孟庆涛

设备管理与维修 2020年7期

孟庆涛

（河南中烟工业有限责任公司漯河卷烟厂，河南漯河 462000）

0 引言

随着卷烟行业设备技术日益朝着自动化、高速化、连续化、精密化、柔性化的方向发展，生产过程的操作复杂度逐渐下降，而维护、维修的技术含量不断上升[1]。为进一步提高设备综合效率和降低设备生命周期费用，越来越多的卷烟厂选择使用机器视觉检测系统，以提高设备的可靠性，减少设备停机（总检修）时间，降低运行检修费用，改善设备性能，延长设备使用寿命，提高企业经济效益。机器视觉系统是利用光电成像装置采集被控目标的图像，经计算机或专用图像处理模块进行数字处理，根据图像的像素分布、亮度和颜色等信息，进行尺寸、形状、颜色的识别，将计算机的快速性、可重复性与人眼视觉的高度智能化和抽象能力相结合，大大提高了生产的柔性和自动化程度[2-3]。

由于视觉系统具有非接触、速度快、精度合适等突出优点，使器视觉技术得到了广泛的应用，取得了巨大的经济与社会效益[4]。机器视觉系统在烟草行业主要应用于烟草杂物剔除、烟包或烟条外观质量检测、烟支外观检测、烟支钢印检测等方面[5-6]。赵众等[7]改进了Sobel 算子法、通过Radon 变换判断产品是否合格，并开发了由摄像头、光纤传感器、PLC、剔除装置等组成的烟包封条缺陷检测系统，结果表明改进后的系统可快速识别出烟包封条的歪斜、折角、缺失等现象。尽管卷烟包装设备的检测系统日趋完善，但与目前的工艺要求相比，仍存在一定缺陷，比如其内部包装质量的检测和监控还不够完善，从近年来市场质量反馈情况看，消费者的关注度正在从追求“外观精美”向“内在质量”转变。因此，针对卷烟内包质量检测，将基恩士机器视觉系统应用于国内常用的GD 系列卷烟包装机，对卷烟内包装进行实时监控及剔除，以期提高设备效能和产品质量。

1 基恩士机器视觉系统结构原理

1.1 系统结构

如图1 所示，基恩士机器视觉系统主要由检测组件、主控箱、触摸显示屏等组成。主控箱主要构成器件：CV-X150 图像处理系统、KV1000 PLC 及其扩展单元、开关电源、固态继电器、报警灯、风扇、VT3-X15D 触摸屏、电源开关。检测组件的主要构成器件：LED 照明装置、CCD 照相机、摄像镜头、调整机构。

图1 基恩士机器视觉系统主要组成部件

1.2 工作原理

该视觉系统采用CCD 相机对需要检测的烟包面进行拍照，根据包装机编码器角度值触发拍摄图像，图像处理单元CVX150 根据像素分布和亮度等信息，利用良品学习检测瑕疵，用黑白面积检测有无，利用辨别、区域像素值等算法，对烟包图像进行分析，如果发现任何一个图像参数超出预设范围，视为存在表面质量缺陷，给出控制信号，使不合格烟包通过GD 卷烟包装机8 轮时将其剔除；系统显示器实时显示图像及其检测结果，并给出统计数据。系统组成及工作原理如图2 所示。

2 应用效果

目前烟草行业内的主力硬盒包装机GDX2（国产化型号ZB45）原机传感器检测功能不够完善，仅对卷烟小盒内包装内衬纸的偏移、缺失及内框纸残缺三种类型缺陷进行检测[9]。在实际生产过程中，因原辅材料、机械振动等非正常因素导致的内衬纸褶皱、破损、框架纸偏移等质量缺陷很难通过原机检测进行检出[10]。因此，针对卷烟小盒内包缺陷，将基恩士机器视觉系统应用于GD 卷烟包装机，用于检测卷烟小盒内包质量缺陷，并重点针对卷烟内衬纸及内框纸的各类缺陷状态进行检测及剔除。该项目以现场检测方式进行试验。

图2 基恩士机器视觉系统组成及工作原理

2.1 基恩士机器视觉系统在检测卷烟内衬纸缺陷上的应用

该系统在检测卷烟内衬纸上的应用主要集中在3 轮上，适用于内衬纸正、反面破损、严重皱褶、特殊产品的LOGO 检测等。

针对内衬纸不同的质量缺陷，设定5 个不同的检测窗口，通过注册图像，并对【检测范围】作调整，如果敏感度太高（把轻微不良判定不合格），可以把【判定条件】中的上限调高，或者把【滤波器】中的【二值化】的阀值【下限值】调高。反之，则相反。正确检测内衬纸正、反面破损、严重皱褶、特殊产品的LOGO 模糊等质量缺陷。

如果生产设备不稳定，内衬纸频繁出现轻微不平整，反光变化剧烈，或者翻盖不稳定，可以设定【运行条件】较少设备干扰。