基于背景差分的条盒喷胶检测系统

吴爱民 杨雄标

（1.河北白沙烟草有限责任公司，河北石家庄 052165；2.云南瑞智科技有限公司，云南昆明 650051）

0.引言

条盒包装纸经过ZB416型高速包装机的喷胶嘴时，会有短暂的停留，以便胶水通过喷头喷点在包装纸的各个侧翼上[1]，正常的胶水面是一个个圆点，由于各类因素的影响，常会造成喷胶的缺漏、量少、量多、错位、形状不规则5类缺陷，包装纸粘合不牢固、易破开[2]；以及包装纸粘合时溢胶、污染油封纸；喷胶形状的不规则，造成粘合点的受力不均匀，导致条包封口处出现包装纸开口而不破的缺陷等[3]。所以需要通过机器视觉检测胶水的喷点质量。由于胶水为透明液体，对光源非常敏感，其成像效果非常依赖于光照情况，经过大量试验，本文采用条形光源，以获得较好的成像效果[4]；同时在喷胶嘴前后，分别安装一组相机，在光照环境均匀的情况下，通过两幅图像的差分即可方便获取喷胶影像，进行后期分析与处理。

1.采图系统设计

1.1 光源选取

工业机器视觉应用中的光源选取与打光角度往往是个难点，光源选择正确、打光角度合适，成像效果越好，对后续图像处理起到事半功倍的辅助作用[5]。常用的光源有条形光源、环形光源和面阵光源，如图1所示。

图1 各类光源示意图

条形光源对凸起物能形成阴影，对于需要阴影的场景很有效，例如油封纸粘合口检测，但用于照射胶水反而会形成阴影干扰；面阵光源对于粗糙面能形成均匀光照，但照射胶水会造成强烈的中心反光；环形光源能够提供均匀的光照，又避免透明胶水的反光[6]，则适合本文场景，但在本文场景中环形光源占用空间比较大，在ZB416型高速包装机，无法找到合适的安装位置，所以选择条形光源，以高照射角度避免阴影，采集得到合适图像。

1.2 相机组件位置

在喷胶嘴前后对称放置一组相机，通过包装机传动的相位信号精确控制采图脉冲信号，从而取得喷胶前后的对比照片。如图2所示，喷胶棒前后各有一组相机搭配条形光源负责采图，相机镜头安装于条形一侧，二者有一定的角度，恰好能够拍摄包装纸上清晰的喷胶影像。在时刻1，条盒包装纸经过相机A下方，此时拍摄未喷胶的照片；到时刻2时，喷胶嘴向包装纸喷胶；到时刻3时，包装纸经过相机B下方，此时拍摄已喷好胶的照片。由于相机A、B的采图时刻受电机相位的精准控制[7]，即喷胶点在相机A、B拍摄的影像位置完全一致；通过控制光源亮度，使时刻1与时刻3时包装纸的背景色几乎一样，即背景色差相差无几，便于后续的差分算法提取喷胶点影像。

图2 相机位置示意图

2.图像处理系统

2.1 喷胶影像获取

使用相机B的图像与相机A的图像相减，即可得到差分后的图像，一般灰度图像的单像素色度在0～255，图像做差分时可能会产生负数像素值，此时需要先将临时图像的像素值扩展到-255～255[8]，再线性映射到0～255生成最终的差分图像。预处理流程如图3所示，在像素映射完成后，还需要对像素进行阈值分割，原因是条盒包装纸的背板颜色虽然相近，但不完全相同，较小的残差值会形成底色噪声，通过简单的阈值分割即可去除[9]，使差分后的图像显现出清晰的喷胶影像。

图3 差分运算示意图

2.2 喷胶检测流程

得到喷胶点影像之后，对喷胶点进行检测，判断其是否符合生产要求，具体检测过程如图4所示。

在上述检测流程中，OTUS二值化主要用于去除一些差分后阈值操作未能去除的毛刺点，而图像开操作是先腐蚀后膨胀，可以去除喷胶点影像边缘的毛刺[10]。胶水经喷胶嘴喷点在条盒包装纸上的点一般为圆形，只需生成喷胶点轮廓的最小外接圆，并计算外接圆与轮廓内连通域的面积比，即可得知该喷胶点是否近似于圆，如果比值过大，则说明形状不规则[11]。

3.实验结果与分析

在包装机的实际生产过程中，拍摄的具体图片如图5所示。条盒包装纸在喷胶前图5（a）与喷胶后图5（b）的纸板颜色几乎相同，所以可以使用背景差分算法提取喷胶影像，经处理显化后的喷胶影像如图5（c）所示，由此可见，喷胶点的位置、形状都清晰可见，经图4的检测流程后，非常容易判决出喷胶是否合格。

图4 喷胶检测流程图

图5 实验结果与分析

4.结语

本文设计的喷胶检测系统已在ZB416型高速包装机上得到试验，在实际生产过程中不仅可以实时检测出喷胶是否合格，还可以判决出不合格喷胶的缺陷种类，为喷胶组件的改进提供参考。该检测系统原理简单、安装便捷、实时高效，发现缺陷后能及时通知剔除装置将不合格烟条剔除，提高了生产效率，具有很强的使用价值。