（云南白藥集團健康產(chǎn)品有限公司，昆明 650000）

0 引言

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)設(shè)備效率的提升，人工檢測質(zhì)量缺陷產(chǎn)品常常因檢測員水平、視覺疲勞等因素造成漏檢、誤檢等[1]。取而代之的視覺檢測（又叫機器視覺）應(yīng)時而生，其采用專用設(shè)備采集圖像，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后用計算機處理，可對各種目標特征進行分析和識別?；跈C器視覺的分級排除了主觀因素的干擾，且檢測精度高，能實現(xiàn)無損操作等特點，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、電氣、機械、制藥、包裝、印刷、紡織等行業(yè)[2]。

針對我公司生產(chǎn)特點，產(chǎn)品灌裝后的封尾行為對于質(zhì)量的影響尤為突出。軟管灌裝設(shè)備，較多用于粘度流體的填充，如藥膏、洗面奶、洗發(fā)水等洗護品等，其承載容器多為鋁管、鋁塑復(fù)合管（全塑管）。管材灌裝完畢后的封尾良品率是影響灌裝產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。封尾不良（又稱：次品。）較多集中在“封尾不平整”、“封尾剪裁不良（漏剪或多剪）”、“管材印刷面logo對位偏移”這三個方面，如圖1次品與良品對比圖。

由于灌裝機生產(chǎn)速度較高（約為120ms/支），人工檢測無法滿足次品篩選并剔除的要求。本文開創(chuàng)性的在灌裝機上使用視覺檢測，對灌裝后的軟管進行在線連續(xù)檢測，配合可編程邏輯控制器（PLC）進行封尾不良軟管剔除，避免了由檢測人員工作失誤造成的產(chǎn)品質(zhì)量不合格，極大的提高了生產(chǎn)效率。

圖1 次品(b)、(c)、(d)與良品(a)對照圖

1 系統(tǒng)設(shè)計原理及組成

1.1 設(shè)計原理

應(yīng)用對象為高速軟管灌裝機（產(chǎn)地：德國），灌裝速度為120毫秒/支，并且該灌裝機為雙跑道式結(jié)構(gòu)，同時有兩列產(chǎn)品進行灌裝，這要求視覺檢測需要有多線程并行處理功能。

系統(tǒng)原理如圖2所示。該系統(tǒng)以機器視覺為核心，控制高倍相機拍攝流水線軌道上的軟管封尾圖像，圖像回傳XX。通過邏輯控制器將視覺檢測的判定信號標記（良品標記為“OK”，次品標記為“NG”），在接下來的固定剔除位再進行封尾不良產(chǎn)品剔除處理（OK品放行，NG品剔除），見圖3灌裝機剔廢機構(gòu)示意圖。

圖2 系統(tǒng)原理圖

圖3 灌裝機剔廢機構(gòu)示意圖

1.2 系統(tǒng)組成

序號 設(shè)備名稱 型號1視覺檢測控制器 FH-1050 2鏡頭 3Z4S-LE SV-1614H 3相機 FZ-SC 4條形光源 JL-LR-144X19W 5光源控制器 JL-APC24V-2 6 回歸反射式光電傳感器 E3Z-R86 7反射板 E39-RS1 8光電傳感器 E3Z-LS86 9彩色顯示器10 踢廢機

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 試驗分析

針對現(xiàn)場的檢測需求，利用FH-1050視覺檢測控制器中圖像處理功能對拍攝到的待測物圖像進行處理[3]，將缺陷特征突出，并進行識別判定輸出。主要使用功能按照檢測順序介紹如下：

1）灰度色階調(diào)節(jié)+二值化。彩色轉(zhuǎn)黑白圖像，突出拍攝圖像明暗特征或標記。

2）形狀搜索——生成特征標記坐標值。以圖像特征點作為模板，對所有拍攝所得圖像進行比對，生成圖像幾何中心點坐標參數(shù)（X，Y值），根據(jù)預(yù)設(shè)的良品坐標范圍進行判定，超出范圍即為“NG”；如圖4所示。

圖4 橫縱坐標設(shè)定效果圖

3）圖像位置修正。因拍照信號為光電傳感器觸發(fā)，拍攝到的圖像有可能存在位置偏差，需要對圖像進行坐標系平移，將圖像平移到劃定的檢測區(qū)域中，平移量參照“形狀搜索”生成的坐標系參數(shù)。

4）掃描邊緣位置——封尾凹凸度檢測。使用“掃描邊緣位置”功能，對封尾部分進行邊緣掃描，設(shè)定從“暗”到“亮”方式，選取邊緣，同時設(shè)定“掃描線密度”（值越大，掃描密度越高）。在生成的一些列測量結(jié)果數(shù)據(jù)中，選擇“凹凸率”數(shù)據(jù)作為封口凹凸的判定依據(jù)，與預(yù)設(shè)良品值進行比較，超出范圍即為“NG”。如圖5所示。

圖5 掃描邊緣位置設(shè)計效果圖

5）面積重心——封尾剪裁檢測。利用“面積重心”功能，劃定檢測區(qū)域，利用白色面積采集計算對比原理，對封尾部分是否存在漏剪裁、剪裁粘連等現(xiàn)象進行檢測判定，與預(yù)設(shè)良品值進行比較，超出范圍即為“NG”。如圖6所示。

圖6 面積重心偏離效果圖

6）綜合判定輸出。依據(jù)所有檢測的判定結(jié)果，進行邏輯“或”運算（OK為0，NG為1），任意一個“缺陷檢測”判定NG，綜合判定即輸出“1”，并通過線路傳送信號至PLC接收端。

2.2 PLC控制邏輯

鑒于灌裝機上無法實現(xiàn)在線檢測位置進行同步剔除不良品的情況，選擇了“延后剔除”的控制方式。

1）實現(xiàn)這一功能需要借助可編程邏輯控制器（PLC），其中的“堆棧功能”正好可以實現(xiàn)視覺檢測信號的存儲（OK為0，NG為1），并按照生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍進行同步的“入?！?、“堆?！薄ⅰ俺鰲！惫δ埽瑢崿F(xiàn)“先進先出”的堆棧信號控制。如圖7所示。

圖7 PLC堆?？刂脐P(guān)系圖

2）為了最大限度縮減生產(chǎn)線停機改造時間，節(jié)約改造成本，在對灌裝機程序信號邏輯深入研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)剔除機構(gòu)與整個設(shè)備的主軸運轉(zhuǎn)為對應(yīng)的電子凸輪關(guān)系，即當安裝在主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器值旋轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)定的若干個相位位置時，觸發(fā)剔除機構(gòu)運動，而在剔除機構(gòu)上的頂針汽缸，會根據(jù)設(shè)備主控制的信號進行頂出（NG品剔除），或者是縮回（OK品保留）。這樣，就可以根據(jù)設(shè)備自帶的剔除機構(gòu)，對頂針汽缸進行控制，并且可以實現(xiàn)控制信號與設(shè)備節(jié)拍一致，避免“撞車”，原理如圖8所示。

圖8 節(jié)拍控制原理圖

2.3 實驗結(jié)果和分析

實際測試結(jié)果完全能夠滿高速軟管灌裝線120毫秒/支的基礎(chǔ)生產(chǎn)速度，視覺檢測速度通過程序優(yōu)化，檢測處理時間控制在了40毫秒/支以內(nèi)，達到甚至超過了預(yù)期，如圖9所示。

圖9 實際檢測效果圖

有效檢測和剔除率達到了99%以上，確保了產(chǎn)品質(zhì)量，通過該項目的實踐經(jīng)驗，在同類灌裝設(shè)備或類似行業(yè)上進行水平展開具有較強借鑒意義。

3 結(jié)論

3.1 先進性和可行性

將在線視覺檢測系統(tǒng)與軟管高速灌裝機進行匯聚，有效降低人工檢測的瓶頸，提高檢測精度，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著提升。

融合現(xiàn)場總線技術(shù)和PLC技術(shù)，對原進口機型進行升級完善，達到能夠在外國進口的整機設(shè)備上通過自主設(shè)計增加功能的目的，為以后由于產(chǎn)品多樣性導致的設(shè)備升級改造提供技術(shù)鋪墊。

3.2 技術(shù)標準分析及推廣前景

視覺檢測技術(shù)是建立在計算機視覺研究基礎(chǔ)上的一門新興檢測技術(shù)，基于視覺傳感器的檢測系統(tǒng)具有抗干擾能力強，效率高，組成簡單等優(yōu)點，非常適合生產(chǎn)現(xiàn)場的在線，非接觸檢測及監(jiān)控，特別是在當今的制造業(yè)正處于由工業(yè)3.0向工業(yè)4.0推進的時代，用先進技術(shù)進行生產(chǎn)制造，已經(jīng)是所有重質(zhì)量、重效率、重產(chǎn)能的制造企業(yè)的完美標配，利用視覺檢測對軟管灌裝機進行封尾檢測在整個輕工行業(yè)內(nèi)應(yīng)該是屬于比較新穎的方式，至少在國內(nèi)的同行業(yè)中屬于領(lǐng)先水平。