基于FOCKE機(jī)型的煙包包裝質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

金懷國(guó)

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于FOCKE機(jī)型的煙包包裝質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，主要由控制器和圖像采集模塊組成，用于檢測(cè)香煙包裝過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)牌、反包、破損、翹邊等包裝質(zhì)量缺陷。煙包運(yùn)動(dòng)時(shí)觸發(fā)光纖傳感器，控制器接收觸發(fā)信號(hào)，控制圖像采集模塊對(duì)煙包進(jìn)行拍照，預(yù)處理后傳送給控制器，控制器綜合多種圖像處理算法對(duì)煙包圖像進(jìn)行分析、判斷，將檢測(cè)結(jié)果下發(fā)FOCKE包裝機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)將實(shí)時(shí)檢測(cè)效果上傳人機(jī)界面軟件，提供用戶(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：煙包;包裝質(zhì)量;人機(jī)界面;控制器;光纖傳感器

0 引言

隨著卷煙工業(yè)科技的進(jìn)步以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，卷煙生產(chǎn)企業(yè)對(duì)高速包裝設(shè)備的需求越來(lái)越多。目前，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的德國(guó)FOCKE公司生產(chǎn)的高速硬盒包裝機(jī)組已完成國(guó)產(chǎn)化FOCKE700S（ ZB48）并逐步開(kāi)始進(jìn)行批量生產(chǎn)。在這種高速生產(chǎn)過(guò)程中，煙包包裝破損、翹邊、露白、反包等外觀質(zhì)量缺陷不可避免，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

近年來(lái)，應(yīng)用成像技術(shù)對(duì)小盒煙包外包裝進(jìn)行檢測(cè)的裝置已在煙草行業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用。但是這些裝置中多半是利用國(guó)外現(xiàn)有的智能工業(yè)相機(jī)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)的。在檢測(cè)時(shí)，需要熟悉很多檢測(cè)算法，設(shè)置大量參數(shù)，工作比較繁雜[1]。而且智能相機(jī)的硬件和核心處理算法都被國(guó)外壟斷，對(duì)卷煙企業(yè)的長(zhǎng)久穩(wěn)定健康的發(fā)展不利。

因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于FOCKE機(jī)型的煙包包裝質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)能同時(shí)用于進(jìn)口和國(guó)產(chǎn)化FOCKE機(jī)型。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)用于檢測(cè)香煙包裝過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)牌、反包、破損、翹邊等質(zhì)量缺陷，主要由控制器、左側(cè)圖像采集模塊和右側(cè)圖像采集模塊組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

圖像采集模塊采集待檢測(cè)煙包圖像并傳送給控制器，控制器通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)獲取的煙包圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷當(dāng)前煙包是否存在錯(cuò)牌、反包等質(zhì)量缺陷。在檢測(cè)到缺陷煙包時(shí)，向FOCKE包裝機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號(hào)，由FOCKE包裝機(jī)控制系統(tǒng)在相應(yīng)位置將缺陷煙包剔除。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 圖像采集模塊

圖像采集組件負(fù)責(zé)采集待檢測(cè)煙包圖像并進(jìn)行初步處理后傳送給控制器，主要由工業(yè)相機(jī)、鏡頭、LED光源等器件組成。本系統(tǒng)工業(yè)相機(jī)采用的是CMOS圖像傳感器，分辨率設(shè)置為744×480的情況下，最高幀速率可達(dá)76 fps。

2.1 控制器

控制器主要由工控板，單片機(jī)，電源接口電路，輸入、輸出接口電路，恒流源電路，圖像采集模塊通訊接口以及17英寸（注：1英寸=2.54 cm）彩色液晶觸摸顯示屏組成。工控板采用了標(biāo)準(zhǔn)的COM- Express模塊，用于操作系統(tǒng)和上位機(jī)軟件的運(yùn)行。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1人機(jī)界面軟件 人機(jī)界面軟件主要執(zhí)行人機(jī)交互操作，主要功能包括檢測(cè)狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示，系統(tǒng)參數(shù)及檢測(cè)工具設(shè)置，通過(guò)以太網(wǎng)與控制器上位機(jī)程序通訊。軟件主要包含工作，系統(tǒng)，設(shè)備管理，品牌管理，質(zhì)量檢測(cè)，公差，在線，剔除，統(tǒng)計(jì)界面。人機(jī)界面軟件工作界面圖如圖2所示。

3.2 控制器上位機(jī)軟件

控制器上位機(jī)軟件主要功能包括圖像處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、控制器系統(tǒng)整體控制，通過(guò)串口與單片機(jī)下位機(jī)程序通訊。其中，圖像處理模塊是其核心處理單元?？刂破魃衔粰C(jī)軟件的基本流程圖如圖3所示，其中圖像處理綜合了多種檢測(cè)算法：邊緣檢測(cè)，長(zhǎng)度（寬度）測(cè)量，像素計(jì)數(shù)，輪廓查詢(xún)，模板匹配[2]等。

3.3 單片機(jī)下位機(jī)程序

單片機(jī)下位機(jī)程序負(fù)責(zé)接收光纖傳感器觸發(fā)信號(hào);控制圖像采集組件在指定位置進(jìn)行圖像采集;向包裝機(jī)組控制柜發(fā)送剔除及診斷信號(hào)。單片機(jī)下位機(jī)程序的基本流程圖如圖4所示。

4 煙包外觀檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)軟硬件及核心圖像處理算法全部自主可控，支持最大1 000包/min的檢測(cè)速度，支持品牌存儲(chǔ)，支持中英文操作，能夠?qū)崿F(xiàn)所有缺陷圖像及剔除信息的存儲(chǔ)和查詢(xún)。該系統(tǒng)在卷煙企業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用如圖5所示。

左側(cè)和右側(cè)圖像采集模塊檢測(cè)到并實(shí)時(shí)保存的缺陷圖像如圖6所示。其中（a）與（c）利用相似性匹配算法實(shí)現(xiàn)煙包圖像微小裂紋的檢測(cè);（b）與（d）利用像素計(jì)數(shù)算法實(shí)現(xiàn)煙包圖像破損檢測(cè)。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多家卷煙企業(yè)，經(jīng)使用測(cè)試，證明了該系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足卷煙企業(yè)對(duì)煙包外觀破損、翹邊、露白、反包等質(zhì)量缺陷的檢測(cè)需求，而且運(yùn)行穩(wěn)定、使用方便。

參考文獻(xiàn)：

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