金懷國，夏荒生 ，曾雄偉

（1.中國電子科技集團公司第41研究所，安徽 蚌埠 233010；2.襄陽卷煙廠，湖北 襄陽，441000；3.武漢卷煙廠，湖北 武漢，430000）

一、引言

隨著卷煙科技的進步以及市場競爭的加劇，卷煙企業(yè)對香煙質量要求越來越高。實際生產(chǎn)過程中，小盒煙包的缺支[1]、反支、殘支、偏移以及鋁箔紙[2]的偏移、褶皺、破損等缺陷不可避免，嚴重影響產(chǎn)品質量。一旦缺陷煙包流入市場，既損害消費者利益，又給卷煙企業(yè)形象造成不利影響。

目前，國內(nèi)主要利用光電技術[3]來實現(xiàn)雪茄煙缺支的檢測，但對于反支、殘支、偏移卻不能夠很好的檢測。同時光電檢測裝置的檢測位置距離雪茄煙送入煙盒有相當長一段距離，在此過程中極有可能再次產(chǎn)生殘支、偏移等缺陷，不能完全保證雪茄煙煙支質量。而且針對雪茄煙鋁箔紙偏移、褶皺以及破損等缺陷還沒有有效的檢測設備。因此，設計了一種基于機器視覺技術的雪茄煙質量檢測裝置。

二、系統(tǒng)組成及方案

該裝置用于檢測雪茄煙包裝過程中可能出現(xiàn)的缺支、反支、殘支、偏移以及鋁箔紙缺失、破損、偏移等質量缺陷，主要由一個控制盒和兩個圖像采集模塊構成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

圖2 圖像采集模塊安裝圖

控制盒主要包含一個用于人機交互的帶觸摸的彩色液晶顯示屏以及一個工業(yè)控制計算機。工業(yè)計算機是整套裝置的核心，通過圖像處理技術對圖像采集模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)進行處理，判斷當前煙支和鋁箔紙是否存在缺陷，并將檢測結果發(fā)送給PLC控制柜。圖像采集模塊負責通過工業(yè)相機采集煙盒內(nèi)的煙支和鋁箔紙上表面圖像并進行初步處理后傳送給控制盒內(nèi)的工業(yè)計算機，現(xiàn)場安裝圖2所示。

三、檢測原理及應用

（一）煙支質量檢測原理及應用

圖3 煙支質量檢測流程圖

在獲取煙支上表面圖像后，利用圖像處理技術對拍攝的圖像數(shù)據(jù)進行灰度化。對灰度圖像每一行像素計算平均灰度，得到垂直投影曲線，通過濾波處理消除其中的細小的干擾。由于煙支端面與背景對比明顯，所以二者交界的地方會形成階躍，通過從背景向煙支方向掃描投影曲線確定煙支端面位置，從而計算出煙支偏移量。通過用戶設定偏移區(qū)間，決定煙支偏移可接受程度。在煙支偏移量可接受的情況下，疊加煙支偏移量，根據(jù)雪茄煙煙支特性進行閾值分割，計算目標像素個數(shù)，從而判斷出是否發(fā)生缺支、反支以及殘支的缺陷。最終，實現(xiàn)雪茄煙缺支、反支、殘支以及偏移等缺陷的檢測，其處理流程如圖3所示。

圖4展示了煙支質量檢測效果。其中(a)與(b)利用像素技術算法實現(xiàn)缺支、殘支的檢測；(c)與(d) 利用邊緣檢測算法實現(xiàn)煙支偏移的檢測。

圖4 煙支質量檢測效果圖

（二）鋁箔紙質量檢測原理及應用

在獲取鋁箔紙上表面圖像后，利用圖像處理技術對拍攝的圖像數(shù)據(jù)進行灰度化。對灰度圖像每一行像素計算平均灰度，得到垂直投影曲線；對灰度圖像每一列像素計算平均灰度，得到水平投影曲線，通過濾波處理消除其中的細小的干擾。通過掃描投影曲線確定鋁箔紙水平和垂直方向位置，從而計算出鋁箔紙包裝偏移量。通過用戶設定偏移區(qū)間，決定其偏移可接受程度。在鋁箔紙偏移量可接受的情況下，疊加偏移量，計算鋁箔紙多級灰度，與標準模板圖像進行對比，從而判斷出鋁箔紙是否發(fā)生褶皺、破損的缺陷。最終，實現(xiàn)雪茄煙鋁箔紙偏移、褶皺及破損等缺陷的檢測。

圖5 鋁箔紙質量檢測流程圖

圖6展示了鋁箔紙質量檢測效果。其中(a)與（b)利用像素技術算法[4]實現(xiàn)鋁箔紙缺失、褶皺的檢測；（c)利用邊緣檢測算法實現(xiàn)鋁箔紙偏移的檢測；（d)利用相似性匹配[5]算法實現(xiàn)鋁箔紙褶皺的檢測。

圖6 鋁箔紙質量檢測效果圖

四、結語

該檢測裝置已成功應用于雪茄煙包裝機，經(jīng)使用測試，證明了該裝置能夠滿足卷煙企業(yè)對雪茄煙質量檢的需求，使用方便，運行穩(wěn)定、可靠。