戴慶坤 江能

摘 要：隨著卷煙生產(chǎn)企業(yè)對卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的日愈重視，煙箱缺條是屬于非常嚴(yán)重的A類缺陷，為杜絕有缺陷的產(chǎn)品流入市場，因此十分有必要增加煙箱缺條的檢驗(yàn)。而機(jī)器視覺技術(shù)與檢測系統(tǒng)的有效結(jié)合，能夠從根本上解決煙箱缺條的問題，避免了傳統(tǒng)的檢測缺陷，相對于稱重式和射線式具有獨(dú)特的優(yōu)勢。本文基于機(jī)器視覺的煙箱缺條檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將機(jī)器視覺與檢測系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，使得檢測系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，為煙箱缺條檢測系統(tǒng)的進(jìn)一步完善提供一定參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;煙箱缺條;檢測系統(tǒng);設(shè)計(jì)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的全球化進(jìn)程不斷推進(jìn)，我國香煙的生產(chǎn)也逐漸智能化現(xiàn)代化和自動化的發(fā)展趨勢，緊緊跟著工業(yè)4.0發(fā)展的腳步，與時俱進(jìn)，不斷地完善人們對于生活物質(zhì)的需求。而卷煙在裝箱打包的過程中，常常會出現(xiàn)煙箱缺條的情況，一旦流入市場，勢必會對企業(yè)的聲譽(yù)造成嚴(yán)重的影響，因此為了完善卷煙生產(chǎn)過程，勢必需要對香煙裝條的情況進(jìn)行優(yōu)化，以此提高香煙的裝箱效果，減小企業(yè)的不良影響。

一直以來在解決缺條檢測的問題中，人們提出了稱重式和射線式等方法，其中，稱重式的方法常常受到濕度的影響，由于香煙的含水量不是一個標(biāo)準(zhǔn)的參考值，這樣煙草的質(zhì)量并非一個準(zhǔn)確值，也會出現(xiàn)漏檢和誤檢等情況;射線式的方法主要依靠射線的原理對煙箱缺條進(jìn)行檢測，但是射線對員工的正常生產(chǎn)的環(huán)境和身體造成一定的影響，實(shí)際效果也沒有達(dá)到最佳的狀態(tài)。

為解決煙箱缺條的問題，尋找最佳的檢測系統(tǒng)，本文采用基于機(jī)器視覺的檢測系統(tǒng)，以此對煙箱缺條問題進(jìn)行全面檢測。機(jī)器視覺是將光學(xué)、圖像處理、先進(jìn)制造技術(shù)等科技集于一體，有機(jī)地形成一個新的學(xué)科，通過應(yīng)用機(jī)器視覺與機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)建成了檢測系統(tǒng)，對煙箱缺條的情況進(jìn)行很好識別，并將包裝不合格的產(chǎn)品從生產(chǎn)線上剔出或報(bào)警停機(jī)，提高了煙箱裝條的生產(chǎn)效率、降低了卷煙市場的投訴率。

1 機(jī)器視覺的工作原理

隨著社會發(fā)展至今天，機(jī)器視覺越來越引起人們的重視，并廣泛應(yīng)用于航空航天、深海探測、自動化流水生產(chǎn)線和顯微醫(yī)療器具等領(lǐng)域。機(jī)器視覺是一門包含圖像處理、圖像識別、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等多個方面的綜合性學(xué)科。伴隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，機(jī)器視覺已經(jīng)形成的一套穩(wěn)定的系統(tǒng)框架。該計(jì)算機(jī)視覺是以計(jì)算機(jī)作為應(yīng)用的載體，通過模擬仿真人類的視覺行為模式，捕獲、處理并分析客觀事物的圖像信息，并將獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果投入實(shí)際的檢測和控制過程中。機(jī)器視覺可以對尺寸、角度、個數(shù)、有無進(jìn)行檢測，其機(jī)器視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

機(jī)器視覺系統(tǒng)相對于稱重式、射線式等方法而言，機(jī)器視覺沒有受到外界條件的限制，也不需要考慮勞動強(qiáng)度，其檢測精度較高，甚至在危險的工況也能發(fā)揮穩(wěn)定的作用，避免因?yàn)榫頍煹乃侄绊憴z測的精度。

2 基于機(jī)器視覺的煙箱缺條檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)器視覺作為綠色環(huán)保、無污染的新型技術(shù)為自動化生產(chǎn)帶來了生機(jī)，合理運(yùn)用機(jī)器視覺對卷煙的裝箱過程進(jìn)行檢測，這樣為香煙的制造奠定良好的基礎(chǔ)?？蓪熛淙睏l的檢測系統(tǒng)大致分為CCD工業(yè)相機(jī)、紅外照明電源、I/O控制板、工控機(jī)、條碼閱讀器等部分，每個部分的介紹如下：

（1）工控機(jī)

工控機(jī)主要采用的西門子的品牌，通過多次的編寫與修改軟件程序，有效地將裝封箱機(jī)的人機(jī)操作界面和缺條視覺檢測系統(tǒng)融合在一起，為操作人員提供了一個更加簡潔和方便的人機(jī)交互界面。與此同時，配置相對較高的硬件，CPU和內(nèi)存也需要提供較好的性能，為運(yùn)算速度和儲存打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）I/O 控制板

I/O控制板主要負(fù)責(zé)上位機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號通信，不但能夠讀取 PLC 程序地址信號，掌握封箱機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以在系統(tǒng)檢測到缺條圖像時將聲光報(bào)警和強(qiáng)制

（3）CCD 工業(yè)相機(jī)

對于圖像的采集，需要選用一臺千兆以太網(wǎng)高速紅外工業(yè)相機(jī)，以此來保障每個圖像的精度，為計(jì)算機(jī)的圖像處理提供更多有價值的信息，更好的保障檢測的檢測精度。

（4）紅外照明光源

照明光源對圖像采集是至關(guān)重要的，其光源的好壞直接決定著圖像采集的品質(zhì)和精度。照明系統(tǒng)由多條紅外LED光源構(gòu)成，從煙條堆垛入口處的左右兩側(cè)照明，主要為 CCD 工業(yè)相機(jī)提供均勻且足夠亮度的場景和環(huán)境。

對于檢測系統(tǒng)的軟件，其處理流程如下：

當(dāng)檢測系統(tǒng)開始運(yùn)行后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，并與CCD相機(jī)與I/O接口建立通訊連接，然后用千兆以太網(wǎng)同步接收由相機(jī)采集的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，與此同時，將采集的圖像通過計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，并與實(shí)際的情況進(jìn)行判斷，是否存在煙箱缺條的情況。如果煙箱出現(xiàn)缺條的情況，則會發(fā)出指令，告知裝封箱機(jī)發(fā)送報(bào)警停機(jī)信號，強(qiáng)制停止設(shè)備運(yùn)行，等待操作工處理。如果不存在煙箱缺條的情況，則通知接口板進(jìn)行封箱?；玖鞒虉D如下：

目前，通過對機(jī)器視覺的煙箱缺條檢測系統(tǒng)情況的分析研究，能夠完全避免傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，提高煙箱缺條的檢測精度，降低了工人的勞動強(qiáng)度，使檢測逐步的趨于自動化，智能化，更加符合工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢。

3總結(jié)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，智能化技術(shù)的發(fā)展已成為主要潮流。機(jī)器視覺的應(yīng)用將是未來工業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢。機(jī)器視覺技術(shù)在自動控制領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，其與檢測系統(tǒng)的結(jié)合，使得檢測系統(tǒng)具有安裝方便、維護(hù)簡單、綠色環(huán)保等先天性優(yōu)勢。伴隨著檢測系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步提升了控制系統(tǒng)功能性能與精度。本文通過利用機(jī)器視覺的方式來優(yōu)化煙箱缺條的問題，提高缺條系統(tǒng)的檢測性能，降低人工勞動強(qiáng)度和失誤率，對提高煙草行業(yè)監(jiān)測效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

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