論機(jī)器視覺技術(shù)在煙箱檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展

鄭珂 杜曉冬 丁力

摘 要：通過本課題的研究，在現(xiàn)有箱裝外觀識(shí)別系統(tǒng)的基礎(chǔ)上于裝封箱機(jī)橫向卸料通道處增加8個(gè)CCD傳感器及數(shù)據(jù)處理裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙箱5個(gè)面的檢測(cè)，同時(shí)增加煙箱外觀破損、爆口、翻轉(zhuǎn)、膠帶缺失、膠帶粘貼不牢外觀缺陷的自動(dòng)檢測(cè)與問題煙箱剔除功能；預(yù)留數(shù)采通訊接口等功能的完善。實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺技術(shù)在卷煙企業(yè)煙箱外觀質(zhì)量方面的應(yīng)用，達(dá)到提高煙箱外觀質(zhì)量的目的。為卷煙產(chǎn)品箱裝外觀在質(zhì)量的穩(wěn)定性控制提供有力保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺；煙箱；外觀質(zhì)量；產(chǎn)品質(zhì)量

根據(jù)“十八大”關(guān)于“著力推進(jìn)綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展”，“推動(dòng)資源利用方式根本轉(zhuǎn)變”，“更多依靠節(jié)約資源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)”加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的部署，全國(guó)各個(gè)煙廠以行業(yè)加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、構(gòu)建循環(huán)型煙草物流體系、樹立良好社會(huì)形象為指導(dǎo)，推進(jìn)卷煙煙箱循環(huán)利用，從而達(dá)到降低成本、減少浪費(fèi)、節(jié)約資源的主要目標(biāo)。煙箱回收由于經(jīng)歷了多個(gè)環(huán)節(jié)才最終上機(jī)器循環(huán)利用，這期間對(duì)煙箱本身的質(zhì)量造成了一定的損壞，從而使得整個(gè)機(jī)器自動(dòng)化包裝效率受到一定程度的影響，包裝質(zhì)量也造成了一定的下滑。為了能夠使回收煙箱能夠高效的循環(huán)利用，保質(zhì)保量的完成生產(chǎn)任務(wù)，引用機(jī)器視覺技術(shù)解決煙箱外觀質(zhì)量問題迫在眉睫。

1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究狀況

在2000年機(jī)器視覺市場(chǎng)有1，000億日元，日本市場(chǎng)300～400億日元。以上是狹義上的機(jī)器視覺的數(shù)據(jù)，如果包含外表檢查系統(tǒng)，包含畫像和關(guān)系較深的半導(dǎo)體制造裝置和P C B等關(guān)聯(lián)裝置的話，圖像處理關(guān)聯(lián)的市場(chǎng)，在日本國(guó)內(nèi)有數(shù)千億日元的規(guī)模。圖像處理與之有密切的關(guān)系，圖像處理關(guān)聯(lián)的市場(chǎng)規(guī)模巨大。

1.2 國(guó)內(nèi)研究狀況

上海、深圳、背景等的外企較多，先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備是外企工廠的典型特征。隨著外國(guó)大企業(yè)將生產(chǎn)線設(shè)備引入國(guó)內(nèi)，生產(chǎn)線上的機(jī)器視覺系統(tǒng)也就隨之遷移。另一方面，視覺系統(tǒng)的維護(hù)公司也隨著設(shè)備的遷移。為當(dāng)?shù)氐囊曈X系統(tǒng)工程師整體水平的提高奠定了先決條件。視覺技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展走在了科技水平的前端。

2 主要研究?jī)?nèi)容及目標(biāo)要求

2.1 主要研究?jī)?nèi)容

研究設(shè)計(jì)一套基于視覺技術(shù)的煙箱質(zhì)量在線檢測(cè)系統(tǒng)，提高煙箱包裝質(zhì)量在線檢測(cè)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。

1）依據(jù)各類卷煙廠實(shí)際生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)的煙箱外觀缺陷種類，確定外觀檢測(cè)缺陷類別。

2）研究回收煙箱的外觀特征，確定回收煙箱的外觀缺陷類別。

3）研究錯(cuò)牌煙箱的形成以及錯(cuò)牌的類型方式，確定錯(cuò)牌類型及檢測(cè)方式。

4）結(jié)合在煙草行業(yè)已成熟使用的視覺成像檢測(cè)類方案，研究確定檢測(cè)控制方案。

5）根據(jù)確定的控制方案及設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，研究關(guān)鍵電氣部件如圖形控制器、相機(jī)、鏡頭、光源、PLC、工控機(jī)，掃碼器的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

6）研究電氣控制通訊方式及缺陷煙箱剔除控制方法。

2.2 主要技術(shù)目標(biāo)要求

1）達(dá)到多點(diǎn)控制、檢測(cè)的能力。

2）能在線檢測(cè)煙箱5個(gè)面的外觀缺陷。

3）能讀取煙箱一維條碼并存儲(chǔ)，便于追溯。

4）能檢測(cè)錯(cuò)牌煙箱。

5）能夠在線剔除缺陷煙箱。

3 工作原理

目前、循環(huán)煙箱包裝主要存在破損、翹邊、翻轉(zhuǎn)、破口、膠帶粘貼不牢、膠帶缺失、商標(biāo)缺損等缺陷。本機(jī)采用八個(gè)CCD相機(jī)對(duì)需要檢測(cè)的煙箱面進(jìn)行拍照，采用外觸發(fā)模式使拍攝到的圖像進(jìn)入圖像處理單元CV-5000系列，在圖像處理單元根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，利用圖像定位、邊緣檢測(cè)、區(qū)域像素值等算法，對(duì)各個(gè)通道的圖像進(jìn)行分析比較。設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)值上下限，當(dāng)被檢測(cè)煙箱超過限值，則給出NG控制信號(hào)，使執(zhí)行單元在該不合格煙箱通過時(shí)將其剔除；系統(tǒng)顯示器實(shí)時(shí)顯示各通道圖像及其檢測(cè)結(jié)果，并給出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 工作流程

圖像處理器將圖像處理結(jié)果傳送給PLC，PLC進(jìn)行結(jié)果信息比對(duì)處理后，判斷該煙是否剔除報(bào)警，從而輸出剔除信號(hào)進(jìn)行剔除。PLC實(shí)時(shí)將煙箱判斷結(jié)果，工控機(jī)通過以太網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，并逐條顯示儲(chǔ)存數(shù)據(jù)庫(kù)，以便追溯。

4.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

PLC獲得缺陷煙箱反饋信息后，依靠觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過先進(jìn)先出堆棧出棧模式輸出剔除信號(hào)，通過數(shù)字量輸出模式送入原機(jī)剔除控制系統(tǒng)，進(jìn)行剔除。

4.3 人機(jī)交互設(shè)計(jì)

系統(tǒng)人機(jī)交互操作采取外置操作手柄加觸摸屏綜合使用。在觸摸屏界面主要完成數(shù)據(jù)查詢等操作。因此僅供維修人員調(diào)試使用，在輸入頁面有用戶密碼驗(yàn)證，防止操作人員誤操作。操作手柄完成各檢測(cè)窗口的參數(shù)設(shè)定，牌號(hào)信息存儲(chǔ)，供操作人員運(yùn)行中使用，操作手柄為RJ45接口，連接可靠性高，價(jià)格低廉，更換維護(hù)方便。通過兩種操作方式的綜合使用，有效發(fā)揮了操作手柄壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉的特點(diǎn)，有效避免了工業(yè)環(huán)境下觸摸屏磨損、沖擊、油污導(dǎo)致的損壞，提升系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和后期維護(hù)難度。

5 推廣前景

由于機(jī)器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。

目前該研究項(xiàng)目適用國(guó)內(nèi)所有同類廠家。全國(guó)行業(yè)同類很多廠里都是人工抽檢的。所以本檢測(cè)裝置在行業(yè)內(nèi)有很大的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。由于本檢測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)，只需對(duì)機(jī)械連接部件進(jìn)行部分調(diào)整，即可在其它包裝機(jī)型進(jìn)行推廣，減少重復(fù)投入。

通過成果運(yùn)用，減少卷煙煙箱問題產(chǎn)品出庫(kù)的幾率，提高卷煙廠質(zhì)量控制能力，增加了產(chǎn)品合格率，提高了產(chǎn)品和企業(yè)形象。因此具有較為廣闊的推廣前景。

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[1]章毓晉.計(jì)算機(jī)視覺教程[M].人民郵電出版社，2011

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