張建新

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東 青島 266000）

科技的發(fā)展和市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)了消費(fèi)者的質(zhì)量意識(shí)，同時(shí)消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也提出了更高的要求。產(chǎn)品防偽、銷(xiāo)售管理、品質(zhì)管理中廣泛應(yīng)用隱形噴碼技術(shù)產(chǎn)品信息進(jìn)行記錄。

目前隱形噴碼質(zhì)量常用人工抽檢方法和熒光傳感器檢測(cè)方法來(lái)保證，然而這些方法人工抽檢效率低、準(zhǔn)確度較低，噴碼區(qū)域整體的有無(wú)可以通過(guò)熒光傳感器進(jìn)行檢測(cè)，然而單個(gè)字符的缺失卻無(wú)法通過(guò)該方法進(jìn)行檢測(cè)，因此無(wú)法確保所有產(chǎn)品的質(zhì)量，一旦這些劣質(zhì)產(chǎn)品流向市場(chǎng)，將對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的形象造成損壞。因此噴碼檢測(cè)裝置在采用隱形噴碼技術(shù)的生產(chǎn)企業(yè)需求迫切。

1 隱形噴墨存在問(wèn)題

目前合作生產(chǎn)的上海品牌煙包存在隱形噴碼，而隱形噴碼需要在紫外線燈下觀察，操作人員每隔一段時(shí)間需要觀察一次，避免漏噴。然而在紫外燈下觀察噴墨，容易引起視覺(jué)疲勞。這種檢測(cè)方式增加了操作工人的工作強(qiáng)度，同時(shí)由于車(chē)速每分鐘400包，車(chē)速較快，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺少隱形噴墨時(shí)，已經(jīng)有部分不合格煙包流入下一道工序，極易造成質(zhì)量事故。因此為了避免質(zhì)量事故，同時(shí)減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)加裝隱形噴墨檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱形噴墨缺陷煙包的自動(dòng)剔除或設(shè)備停機(jī)。

2 檢測(cè)系統(tǒng)的主要功能

視覺(jué)噴碼檢測(cè)系統(tǒng)主要用于ZB45包裝機(jī)輔機(jī)上小包及條盒煙包透明紙上的隱形噴碼進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)噴碼圖像進(jìn)行處理，小包及條盒透明紙上隱形噴碼是否存在缺陷的檢測(cè)結(jié)果可以向包裝機(jī)控制系統(tǒng)傳遞相應(yīng)電平信號(hào)。視覺(jué)噴碼檢測(cè)系統(tǒng)主要功能如下。

2.1 統(tǒng)計(jì)功能

（1）系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)：故障名稱(chēng)、發(fā)生時(shí)間等自上次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)清除以來(lái)發(fā)生的故障信息將會(huì)顯示。

（2）缺陷圖像統(tǒng)計(jì)：檢測(cè)到存在噴碼缺陷的煙包的實(shí)際圖像。

（3）統(tǒng)計(jì)管理：可對(duì)系統(tǒng)故障和缺陷圖像分別進(jìn)行清空，開(kāi)啟或暫停統(tǒng)計(jì)。

圖1 隱形噴碼檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖

2.2 自診斷功能

（1）輸出信號(hào)負(fù)載開(kāi)路診斷：當(dāng)負(fù)載開(kāi)路在剔除信號(hào)中出現(xiàn)時(shí)將會(huì)顯示相應(yīng)故障信息。

（2）工業(yè)相機(jī)診斷：當(dāng)工業(yè)相機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)顯示相應(yīng)故障信息。

2.3 人機(jī)界面功能

（1）工作界面：運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間、噴碼檢測(cè)結(jié)果、相機(jī)實(shí)時(shí)圖像等會(huì)在顯示系統(tǒng)出現(xiàn)。

（2）閾值設(shè)置界面：進(jìn)行圖像分割的閾值設(shè)置，字符長(zhǎng)度基準(zhǔn)值、有效像素面積基準(zhǔn)值。

（3）圖像顯示界面：固定頻率刷新噴碼圖像，對(duì)缺陷圖像進(jìn)行更新顯示。

（4）統(tǒng)計(jì)界面：可以查詢(xún)?nèi)毕輬D像、統(tǒng)計(jì)故障信息以及統(tǒng)計(jì)管理等。

（5）設(shè)置界面：進(jìn)行規(guī)格選擇、相機(jī)設(shè)置、診斷管理、自動(dòng)校準(zhǔn)、密碼管理等系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置。

（6）實(shí)驗(yàn)室界面：相機(jī)的實(shí)時(shí)圖像以及輸入、輸出信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)會(huì)在該界面進(jìn)行顯示。

3 檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

主要由一個(gè)小包及一個(gè)條盒圖像采集組件和控制器組成隱形噴碼檢測(cè)系統(tǒng)，小包圖像采集組件安裝在包裝機(jī)輔機(jī)雙包通道上，條盒圖像采集組件安裝在條盒噴碼通道上，如圖1所示。

小包圖像采集組件通過(guò)光源對(duì)雙包通道中的上排煙包噴碼表面進(jìn)行照明，條盒圖像采集組件通過(guò)光源對(duì)條盒噴碼表面進(jìn)行照明，工業(yè)相機(jī)對(duì)待檢煙包的噴碼部分圖像進(jìn)行采集并經(jīng)初步處理后傳送給控制器?？刂平M件、帶觸摸屏的彩色液晶屏以及母板構(gòu)成控制器。圖像采集組件采集的圖像數(shù)據(jù)可以通過(guò)控制組件的圖像處理技術(shù)進(jìn)行處理并對(duì)噴碼是否存在缺失進(jìn)行判別，相應(yīng)電平信號(hào)會(huì)基于判斷結(jié)果向包裝機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)送，通過(guò)修改控制程序，實(shí)現(xiàn)缺少小包透明紙噴碼時(shí)，包裝機(jī)自動(dòng)剔除并停機(jī)，條包噴墨缺少時(shí)，條煙提升機(jī)自動(dòng)停機(jī)功能。

3.1 硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 控制器

控制器主要由工控板、接口板組成，其原理框圖如圖2所示。

圖2 控制器原理框圖

3.1.2 工控板

操作系統(tǒng)及上位機(jī)軟件可以通過(guò)工控板運(yùn)行，基于PCI Express總線的COM Express模塊可以在本系統(tǒng)自己設(shè)計(jì)的載板上進(jìn)行安裝，可以提供包括視頻，音頻，以太網(wǎng)，存儲(chǔ)和USB等功能接口。系統(tǒng)需要的USB、以太網(wǎng)等接口可以通過(guò)COM Express模塊的接插件與接口板相連而指引出。此外由于COM Express模塊采用了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)的硬件升級(jí)只需要通過(guò)簡(jiǎn)單地更換COM Express模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大降低了硬件的升級(jí)成本。

3.1.3 接口板

作為工控板的外圍擴(kuò)展-接口板，其主要包括七個(gè)部分，分別是固態(tài)硬盤(pán)、輸入、輸出信號(hào)采集電路、工業(yè)相機(jī)通訊接口、光源控制電路、電源電路等。開(kāi)啟光源和曝光工業(yè)相機(jī)是上位機(jī)軟件的控制命令，主要由單片機(jī)負(fù)責(zé)執(zhí)行。光源控制電路，為保持穩(wěn)定的光源控制光源的開(kāi)關(guān)，并為L(zhǎng)ED光源提供恒流源。輸入、輸出信號(hào)采集電路的主要功能如下：接收信號(hào)-接收包裝機(jī)控制系統(tǒng)及光纖傳感器發(fā)送來(lái)的檢測(cè)觸發(fā)信號(hào)和發(fā)送信號(hào)-根據(jù)檢測(cè)結(jié)果向包裝機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號(hào)。

電源電路由+12V、+5V、+3.3V直流電源轉(zhuǎn)換電路組成，COM Express模塊、工業(yè)相機(jī)等工作所需的電源對(duì)+24V直流電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

隱形噴碼檢測(cè)系統(tǒng)軟件主要包括兩部分，即對(duì)組件上位機(jī)軟件和控制組件接口板軟件的控制。

3.2.1 控制組件上位機(jī)軟件

控制組件上位機(jī)軟件主要的功能包括兩方面，一是對(duì)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行信息進(jìn)行操作，二是用戶(hù)的參數(shù)設(shè)置根據(jù)觸摸屏進(jìn)行響應(yīng)。針對(duì)操作系統(tǒng)，我們選用Windows XP，以Visual Studio 2005作為此軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，依靠C#語(yǔ)言展開(kāi)軟件的開(kāi)發(fā)。針對(duì)采集的圖像主要采用圖像處理技術(shù)進(jìn)行判斷，此外工業(yè)相機(jī)與接口板上的通訊都是由控制器上位機(jī)軟件控制。

3.2.2 控制組件接口板軟件

控制組件接口板軟件是承擔(dān)對(duì)外圍設(shè)備開(kāi)展相關(guān)操作的軟件，主要通過(guò)控制組件上位機(jī)軟件的命令進(jìn)行完成。實(shí)現(xiàn)的功能主要包括兩方面：一是進(jìn)行診斷采集系統(tǒng)輸出的相關(guān)信號(hào)；二是控制設(shè)備運(yùn)行時(shí)LED的照明及拍照。同時(shí)控制組件接口板控制軟件以利用C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)思路，達(dá)到了更為便利的設(shè)備維修及較高的開(kāi)發(fā)效率。

在控制組件接口板控制軟件的設(shè)計(jì)上，單片機(jī)自帶的USART接口通過(guò)57600bps的波特率與控制組件上位機(jī)軟件展開(kāi)通訊。本系統(tǒng)的專(zhuān)用通訊協(xié)議基于工業(yè)控制領(lǐng)域的原則，采用了Modbus通訊協(xié)議。

4 項(xiàng)目的實(shí)施及效果

4.1 實(shí)施情況

項(xiàng)目經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)論證與采購(gòu)，于2014年11月在GDX2-14#安裝與調(diào)試。小包圖像采集組件成功安裝在包裝機(jī)輔機(jī)雙包通道和條包輸送通道上，如圖3、4。

圖3 輔機(jī)雙包通道的小包圖像采集組件

圖4 條包輸送通道的條包圖像采集軟件

圖像采集軟件進(jìn)行采集圖像時(shí)，依據(jù)圖像處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理并判斷所采集圖像是否存在噴碼缺失等問(wèn)題，向包裝機(jī)組控制系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)電平信號(hào)。下圖5為圖像控制器。

4.2 實(shí)施效果

圖5 圖像控制器

在GDX2-14#機(jī)組上加裝小包透明紙噴墨檢測(cè)裝置及條盒透明紙檢測(cè)裝置，小包噴墨檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)缺隨煙包的自動(dòng)剔除，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)4包噴墨缺陷煙包時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)并顯示故障。條盒透明紙紙檢測(cè)裝置，缺少?lài)娔珪r(shí)，立即停止輸送帶運(yùn)作，并與CH聯(lián)機(jī)，進(jìn)行屏幕報(bào)警提示。

噴墨故障主要有以下幾種情況：

（1）缺少?lài)姶a字符，如圖6所示。

（2）噴碼字符缺失，如圖7、8所示。

圖6 無(wú)噴碼字符

圖7 噴碼字符缺失

圖8 噴碼字符缺失

項(xiàng)目實(shí)施后，減少了操作人員因觀察噴墨帶來(lái)的視覺(jué)疲勞，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隱形噴碼的檢測(cè)與缺陷煙包的自動(dòng)剔除，提高了檢測(cè)的可靠性，降低了因人工觀察不及時(shí)造成的質(zhì)量事故，效果顯著，具有較大的推廣意義。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于現(xiàn)有隱形噴碼檢測(cè)裝置存在的問(wèn)題，進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)-機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的隱形噴碼檢測(cè)裝置，解決了檢測(cè)精度低與人機(jī)交互性差的問(wèn)題，同時(shí)改變了整體對(duì)噴碼區(qū)域，無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)單個(gè)字符缺失的問(wèn)題。此外，又開(kāi)展了圖像采集技術(shù)和處理技術(shù)等研究，從而有效監(jiān)測(cè)隱形噴碼的完整性。