基于機(jī)器視覺技術(shù)的雪茄煙質(zhì)量檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

金懷國(guó)，夏荒生 ，曾雄偉

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

一、引言

隨著卷煙科技的進(jìn)步以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，卷煙企業(yè)對(duì)香煙質(zhì)量要求越來(lái)越高。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。一旦缺陷煙包流入市場(chǎng)，既損害消費(fèi)者利益，又給卷煙企業(yè)形象造成不利影響。

目前，國(guó)內(nèi)主要利用光電技術(shù)[3]來(lái)實(shí)現(xiàn)雪茄煙缺支的檢測(cè)，但對(duì)于反支、殘支、偏移卻不能夠很好的檢測(cè)。同時(shí)光電檢測(cè)裝置的檢測(cè)位置距離雪茄煙送入煙盒有相當(dāng)長(zhǎng)一段距離，在此過(guò)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(zhì)量。而且針對(duì)雪茄煙鋁箔紙偏移、褶皺以及破損等缺陷還沒(méi)有有效的檢測(cè)設(shè)備。因此，設(shè)計(jì)了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的雪茄煙質(zhì)量檢測(cè)裝置。

二、系統(tǒng)組成及方案

該裝置用于檢測(cè)雪茄煙包裝過(guò)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(zhì)量缺陷，主要由一個(gè)控制盒和兩個(gè)圖像采集模塊構(gòu)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(gè)用于人機(jī)交互的帶觸摸的彩色液晶顯示屏以及一個(gè)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。工業(yè)計(jì)算機(jī)是整套裝置的核心，通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)圖像采集模塊采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，判斷當(dāng)前煙支和鋁箔紙是否存在缺陷，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送給PLC控制柜。圖像采集模塊負(fù)責(zé)通過(guò)工業(yè)相機(jī)采集煙盒內(nèi)的煙支和鋁箔紙上表面圖像并進(jìn)行初步處理后傳送給控制盒內(nèi)的工業(yè)計(jì)算機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)安裝圖2所示。

三、檢測(cè)原理及應(yīng)用

（一）煙支質(zhì)量檢測(cè)原理及應(yīng)用

圖3 煙支質(zhì)量檢測(cè)流程圖

在獲取煙支上表面圖像后，利用圖像處理技術(shù)對(duì)拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度化。對(duì)灰度圖像每一行像素計(jì)算平均灰度，得到垂直投影曲線，通過(guò)濾波處理消除其中的細(xì)小的干擾。由于煙支端面與背景對(duì)比明顯，所以二者交界的地方會(huì)形成階躍，通過(guò)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(jì)算出煙支偏移量。通過(guò)用戶設(shè)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(jìn)行閾值分割，計(jì)算目標(biāo)像素個(gè)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(shí)現(xiàn)雪茄煙缺支、反支、殘支以及偏移等缺陷的檢測(cè)，其處理流程如圖3所示。

圖4展示了煙支質(zhì)量檢測(cè)效果。其中(a)與(b)利用像素技術(shù)算法實(shí)現(xiàn)缺支、殘支的檢測(cè)；(c)與(d) 利用邊緣檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)煙支偏移的檢測(cè)。

圖4 煙支質(zhì)量檢測(cè)效果圖

（二）鋁箔紙質(zhì)量檢測(cè)原理及應(yīng)用

在獲取鋁箔紙上表面圖像后，利用圖像處理技術(shù)對(duì)拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度化。對(duì)灰度圖像每一行像素計(jì)算平均灰度，得到垂直投影曲線；對(duì)灰度圖像每一列像素計(jì)算平均灰度，得到水平投影曲線，通過(guò)濾波處理消除其中的細(xì)小的干擾。通過(guò)掃描投影曲線確定鋁箔紙水平和垂直方向位置，從而計(jì)算出鋁箔紙包裝偏移量。通過(guò)用戶設(shè)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(jì)算鋁箔紙多級(jí)灰度，與標(biāo)準(zhǔn)模板圖像進(jìn)行對(duì)比，從而判斷出鋁箔紙是否發(fā)生褶皺、破損的缺陷。最終，實(shí)現(xiàn)雪茄煙鋁箔紙偏移、褶皺及破損等缺陷的檢測(cè)。

圖5 鋁箔紙質(zhì)量檢測(cè)流程圖

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

圖6 鋁箔紙質(zhì)量檢測(cè)效果圖

四、結(jié)語(yǔ)

該檢測(cè)裝置已成功應(yīng)用于雪茄煙包裝機(jī)，經(jīng)使用測(cè)試，證明了該裝置能夠滿足卷煙企業(yè)對(duì)雪茄煙質(zhì)量檢的需求，使用方便，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。