煙箱常見外觀異常視覺檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李益龍　王鵬　盧雨鋒

摘 要： 多年來，我國煙草行業(yè)發(fā)展勢頭較猛，各地?zé)煵萜放其N量突飛猛進(jìn)。雖然在近幾年的國家控?zé)?，國外煙草品牌沖擊，煙民人數(shù)下降等不利因素影響導(dǎo)致銷量下降，但我國煙草市場大，總體煙草需求量仍很大。卷煙制造企業(yè)也隨著行業(yè)發(fā)展，不斷加強(qiáng)管理，更新生產(chǎn)制造技術(shù)，煙草行業(yè)自動(dòng)化程度也達(dá)到較高水平。目前煙草工業(yè)絕大多數(shù)都采用煙箱物流倉儲(chǔ)式流水線作業(yè)，煙箱通過輸送線進(jìn)行運(yùn)輸、分揀后堆疊成板入庫。一件煙箱的外觀是否完好，直接影響整個(gè)流水線過程的工作效率以及過程中所涉設(shè)備的故障率和效率，同時(shí)容易造成條煙的擠壓、破損，進(jìn)而導(dǎo)致煙和設(shè)備上的經(jīng)濟(jì)損失 。

關(guān)鍵詞： 煙箱；視覺；外觀異常檢測

引言

我司煙箱物流倉儲(chǔ)式系統(tǒng)依次由分揀線、機(jī)械手、輸送機(jī)、穿梭車、堆垛機(jī)、倉儲(chǔ)式貨架、上位系統(tǒng)組成。封裝好的煙箱經(jīng)過貼標(biāo)機(jī)貼好條形碼后進(jìn)入分揀線，從一樓輸送至二樓，輸送路程相對長，再由分揀線上的讀碼器識別煙箱牌號后由分揀裝置換道進(jìn)入道口，輸送至巷道底部，再由機(jī)械手按不同牌號的對應(yīng)碼垛方式，在一板空托盤上碼垛。在此種牌號煙箱未生產(chǎn)完時(shí)，每兩箱碼垛一次，直至24件或28件后，最后由上位系統(tǒng)調(diào)度穿梭車、輸送機(jī)、穿梭車、堆垛機(jī)將一板煙入庫至相應(yīng)貨架位置。

1、目前存在問題

在上述中，煙箱外觀問題常引起一些主要問題：（1）分揀線輸送中有護(hù)欄導(dǎo)向運(yùn)行，煙箱外觀問題導(dǎo)致卡在護(hù)欄上，后續(xù)煙箱持續(xù)堆積，最后引起煙箱、煙條受損；（2）在機(jī)械手碼垛時(shí)，煙箱膠帶問題（例：未貼好，沒貼，貼歪）引起碼垛時(shí)煙箱被機(jī)械手?jǐn)D壓、掉落砸傷輸送設(shè)備、煙箱遺留現(xiàn)場等，致使煙或設(shè)備損傷。

一個(gè)完好外觀的煙箱包括了它的紙箱是否完好，封裝的膠帶是否完好、是否黏貼到位，紙箱封裝時(shí)是否翻折到位。

煙的品牌有多種，品牌下又有多種序列。每個(gè)序列因煙盒規(guī)格不同，其包裝成箱后的規(guī)格也有長、寬、高尺寸的差異。

2、要解決的技術(shù)問題

（1）如何通過視覺檢測系統(tǒng)，能夠檢測出外觀異常的煙箱。

（2）如何進(jìn)行追溯視覺系統(tǒng)是否漏檢外觀異常煙箱，再進(jìn)行完善。

（3）在煙箱外觀尺寸上有一點(diǎn)差異，煙箱外觀異常問題又可能存在多種不同情況的現(xiàn)狀下，在檢出外觀異常煙箱的同時(shí)，如何保證誤檢率低于0.5%（每百箱煙剔除5箱以內(nèi)）的指標(biāo)。

3、技術(shù)方案

煙箱外觀異常問題引起設(shè)備故障或條煙損壞多發(fā)生于煙箱封口處，在封口處需要將煙箱小搖蓋先翻折好后翻折大搖蓋且膠帶飄起容易遭成破壞較為嚴(yán)重，在煙箱4個(gè)角安裝4個(gè)相機(jī)、光源，對應(yīng)1～4號相機(jī)，分別拍攝膠帶黏貼的起始和結(jié)尾以及煙箱搖蓋。

視覺系統(tǒng)通過采集煙箱條形碼并存儲(chǔ)，作為過檢煙箱標(biāo)記，用于匹對后續(xù)發(fā)現(xiàn)未檢出異常煙箱，并進(jìn)行追溯。

視覺檢測系統(tǒng)示意圖，如圖1所示。

視覺檢測系統(tǒng)在煙箱封裝后端。例：兩箱煙箱進(jìn)入分揀線且間隔較近，前一件煙箱先觸發(fā)光電4，后一件煙箱觸發(fā)光電5時(shí)，頂升裝置頂升，將后一件煙擋住，直到光電4未被觸發(fā)時(shí)，頂升裝置下降，后一件煙前行。間隔距離用于保證相機(jī)拍照時(shí)不會(huì)兩件煙箱互相遮擋，以實(shí)際應(yīng)用需要作調(diào)節(jié)；煙箱觸發(fā)光電6時(shí)，讀碼器開始檢測條形碼，讀取完成后停止。煙箱前行觸發(fā)光電2時(shí)，相機(jī)1、3光源打開。繼續(xù)前行，觸發(fā)光電1，相機(jī)1、3拍照，拍照完畢關(guān)閉光源。煙箱脫離光電2，相機(jī)2、4光源打開，煙箱脫離光電1，相機(jī)2、4拍照，拍照完畢關(guān)閉光源。若視覺檢測系統(tǒng)檢測外觀異常煙箱發(fā)出信號，當(dāng)光電3被觸發(fā)時(shí)，踢煙裝置將煙箱剔除至煙箱剔除平臺(tái)并發(fā)出警報(bào)，提醒現(xiàn)場工作人員處理。

上位電腦處配有西門子200系列PLC一臺(tái)用于控制頂升裝置升降，光源開關(guān)，相機(jī)拍照等，以太網(wǎng)I/O模塊一塊用于工控機(jī)給PLC發(fā)出信號，路由器一臺(tái)用于作為相機(jī)與工控機(jī)的物理連接，AC 220V轉(zhuǎn)DC 24V變壓模塊一塊，電氣接線若干，工控機(jī)電腦一臺(tái)，工控機(jī)中裝有Visual Studio開發(fā)軟件、VisonPro相機(jī)軟件、AdamApax I/O模塊軟件。

相對昏暗的環(huán)境下，在煙箱4個(gè)角選取適當(dāng)相機(jī)、光源角度。外觀完好與外觀異常煙箱拍照成像后異常部位形成的光斑不同、亮暗值差異，利用VisonPro相機(jī)軟件中工具，確定檢測區(qū)域，測算光斑面積，選定0～255亮暗值、中值、平均值等進(jìn)行量化，再將這些得出的數(shù)值融合于Visual Studio開發(fā)軟件創(chuàng)建的一個(gè)窗體軟件中作邏輯判斷、處理、顯示，最后通過AdamApax I/O模塊軟件將信號輸出至PLC作剔除動(dòng)作。此外，窗體軟件用RS485串口線從讀碼器中獲取條碼信息作為每一件煙箱4張照片的文件名分別保存在4個(gè)不同文件中，方便查看，追溯。窗體軟件中將檢測值范圍顯示出來，用戶可登陸不同權(quán)限進(jìn)入修改，以降低誤檢率。

4、效果

在視覺檢測系統(tǒng)運(yùn)行中，檢測出煙箱膠帶飄起，膠帶斷裂，未貼膠帶，小搖蓋外露，大搖蓋翻起，煙箱破損，煙箱包裹變形等多種情況的外觀異常煙箱，經(jīng)過后期跟蹤，追溯，完善了視覺檢測系統(tǒng)并穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中，誤檢率一般在0%～2%之間。有效保護(hù)了煙箱、設(shè)備，提高了物流系統(tǒng)的實(shí)效性和穩(wěn)定性，降低了設(shè)備故障率。

參考文獻(xiàn)

[1] 伯特霍爾德.霍恩 著，蔣欣蘭譯，機(jī)器視覺；中國青年出版社，2014-8.

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