陳來(lái)記

滕州卷煙廠

CCD影像檢測(cè)系統(tǒng)在卷煙工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用

陳來(lái)記

滕州卷煙廠

在現(xiàn)代化卷煙工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中，隨著科技的不斷進(jìn)步、電子產(chǎn)品的不斷更新和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提升，卷煙企業(yè)對(duì)煙草制品的過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控也給予了更多的關(guān)注和投入。另外，為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品出廠的質(zhì)量，減少工廠的人力成本和管理成本，基于照相技術(shù)衍生的CCD影像檢測(cè)系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)而生。

電荷耦合；CCD；煙草；檢測(cè)

在現(xiàn)代化卷煙工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中，隨著科技的不斷進(jìn)步和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提升，卷煙企業(yè)對(duì)煙草制品的過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控也給予了更多的關(guān)注和投入。在某些傳統(tǒng)的、重要的檢測(cè)工序中，仍然存在依靠人工對(duì)過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)現(xiàn)象，效率非常低，工作強(qiáng)度非常大，而且由于長(zhǎng)時(shí)間靠眼睛盯著生產(chǎn)線的產(chǎn)品，人很容易疲勞，容易發(fā)生漏檢的情況。

隨著科技水平的不斷提高，電子產(chǎn)品的不斷更新，同時(shí)為了降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品出廠質(zhì)量，減少工廠的人力成本和管理成本，基于照相技術(shù)衍生的CCD影像檢測(cè)系統(tǒng)營(yíng)運(yùn)而生。CCD英文全稱Charge-coupled Devic即電荷耦合器件，也可以成為圖像傳感器。就國(guó)內(nèi)而言，目前以“相機(jī)+PC圖像處理軟件”（PCBASE）的檢測(cè)模式，已成發(fā)展趨勢(shì)。該模式綜合利用了光學(xué)、機(jī)械、電子、控制和自動(dòng)化各學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)。同時(shí)擺脫了硬件固化、軟件被動(dòng)使用的束縛。

下面就卷煙工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)中條盒包裝質(zhì)量檢測(cè)為例介紹CCD影像檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用。

一、系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)包括輸送通道、圖像檢測(cè)機(jī)構(gòu)、壞煙剔除機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)分析軟件、電器控制系統(tǒng)。采用PC-BASE的檢測(cè)模式，原理框圖如下圖。

原理框圖

首先IO主控板根據(jù)攝像光纖信號(hào)判斷煙包到位，然后控制LED光源及相機(jī)完成分時(shí)曝光。相機(jī)曝光完成后，傳輸?shù)焦た貦C(jī)。工控機(jī)上的圖像軟件對(duì)當(dāng)前煙包圖像進(jìn)行分析、處理，并與事先制作的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)模板圖像進(jìn)行對(duì)比，如果煙包圖案、色差、相似度、邊緣、角度、位置坐標(biāo)（X,Y）等在設(shè)定的公差之內(nèi)，表示此包煙外觀合格，否則是外觀不合格。處理完成后，將處理結(jié)果以I/O方式通知主控板。主控板根據(jù)當(dāng)前I/O信號(hào)和剔除光纖信號(hào)，控制吹氣剔除閥進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤剔除。

二、具體包括如下幾個(gè)部分：

（一）高分辨率工業(yè)CCD攝像頭，分別檢測(cè)煙包的端面、上表面和側(cè)面。

（二）LED照明系統(tǒng)，該套照明系統(tǒng)由多條高亮度三色LED光源組成，通過(guò)軟件自動(dòng)選擇最佳照明色譜，并分時(shí)控制LED。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵在于成像，穩(wěn)定、可靠的成像取決于良好的配光照明。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，高亮度單色、兩基色、三基色發(fā)光二極管（LED）已完全能夠滿足配光照明用途，其具有低功耗、發(fā)熱小、接通時(shí)間迅速、光源穩(wěn)定、導(dǎo)向性好，使用壽命僅與點(diǎn)亮?xí)r長(zhǎng)有關(guān)；故選用白色高亮度LED作為檢測(cè)裝置的照明單元。

（三）高速氣閥擊打裝置，用來(lái)把有包裝缺陷的條盒從流水線上剔除。

（四）高精度光纖位置傳感器，傳感器固定在條盒檢測(cè)位置上，當(dāng)條盒經(jīng)過(guò)時(shí)，該傳感器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)CCD進(jìn)行圖像捕捉，并開(kāi)始進(jìn)行圖像處理。

（五）反射式光纖傳感器，傳感器固定在條盒剔除位置上，當(dāng)有包裝缺陷的條盒經(jīng)過(guò)時(shí)，該傳感器發(fā)出信號(hào)給IO控制板，IO控制板將啟動(dòng)高速氣閥擊打裝置，將該條盒迅速推出流水線。

（六）IO控制板，該控制板控制系統(tǒng)中的所有的IO點(diǎn)，并通過(guò)RS232口和上位計(jì)算機(jī)通訊。

（七）高速工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及觸摸式液晶屏。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，一方面，該軟件為用戶提供友好的人機(jī)界面進(jìn)行系統(tǒng)配置，另外，它依據(jù)用戶配置，對(duì)煙包圖像進(jìn)行理解，判斷哪些煙包不合格。并根據(jù)判斷結(jié)果指揮IO控制板進(jìn)行剔除。

三、主要檢測(cè)對(duì)象

軟件系統(tǒng)自主開(kāi)發(fā)，檢測(cè)算法、工具十分豐富。包括圖案定位檢測(cè)、線定位檢測(cè)、圖案匹配檢測(cè)、線長(zhǎng)度檢測(cè)、折線檢測(cè)、拉線檢測(cè)、表面缺陷檢測(cè)、表面灰度檢測(cè)等。除能對(duì)一般項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)外，還可對(duì)以下項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，具體如下。

（一）透明紙無(wú)：透明紙缺失、散開(kāi)時(shí)，在圖像上會(huì)呈現(xiàn)顯著地明暗變化，可利用表面灰度檢測(cè)將其檢測(cè)出來(lái)。另外，透明紙缺失、散開(kāi)時(shí)，拉線、折線的位置也發(fā)生了一定變化，可利用線定位將其檢測(cè)出來(lái)。檢出率為100%。

（二）無(wú)條盒紙：當(dāng)條盒紙缺失時(shí)，條盒上的圖案在圖像上的相對(duì)位置也發(fā)生缺失或變化，可利用圖案定位等算法將其檢測(cè)出來(lái)。當(dāng)條盒紙缺失時(shí)，灰度值在圖像上也發(fā)生了相對(duì)變化，還可利用表面灰度檢測(cè)將其檢測(cè)出來(lái)。檢出率為100%。

（三）條盒紙錯(cuò)用混用：當(dāng)條盒紙錯(cuò)用混用時(shí)，系統(tǒng)會(huì)識(shí)別為錯(cuò)牌。任何一種檢測(cè)算法、工具都可以將其檢測(cè)出來(lái)。檢出率為100%。

（四）無(wú)拉線：當(dāng)拉線缺失時(shí)，軟件在圖像將搜索不到線的存在，可以利用拉線定位、線長(zhǎng)度、線角度將其檢測(cè)出來(lái)。檢出率為100%。

（五）條盒折疊不到位、翻白：當(dāng)條盒折疊不到位，偏歪、翻出等，條盒上的圖案在圖像上的相對(duì)位置、形狀會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，可利用圖像定位等算法將其檢測(cè)出來(lái)。檢出率為99.9%。

通過(guò)以上介紹，基本CCD影像檢測(cè)系統(tǒng)都是基于上述原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，只是不同廠家針對(duì)檢測(cè)對(duì)象的不同采用的硬件配置標(biāo)準(zhǔn)和品牌不同而已。

目前，CCD影像檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)涉及到卷煙生產(chǎn)過(guò)程中的小盒包裝質(zhì)量檢測(cè)、透明紙包裝質(zhì)量檢測(cè)和煙箱包裝質(zhì)量檢測(cè)等方面，對(duì)提高煙草過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

[1]《CCD參數(shù)介紹，CCD發(fā)展史》中國(guó)安防網(wǎng)

[2]《CCD傳感器在工業(yè)測(cè)控中的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望》余震曾曉雁