FOCKE FX2高速包裝機小包包裝質量在線檢測系統的設計

趙宏鈞

【摘要】本文主要研究了FOCHE FX2高速包裝機的小包包裝質量在線檢測系統的軟、硬件設計方法。闡述了以“相機+PC圖像處理軟件" （PC-BASE）為核心的檢測模式。根據現場實際情況，綜合運用了電子電路技術、光學技術、計算機圖像處理技術進行小包煙內襯紙、商標紙、透明紙等外觀質量的檢測，并通過BS485通訊總線，實時采集動態數據、跟蹤別除。現場應用結果表明，裝置滿足設計要求，具有很高的穩定性和可靠性。

【關鍵詞】FOCKE FX2 PC-BASE CCD傳感器 LED 光源 ABMBS485總線

一、引言

在現代化的卷煙生產中，卷煙企業為進一步提高生產效率，大多采用高速包裝機。德國FOCKE公司研發的FX2雙通道高速包裝機是較早進入國內的高速機型，但由于國內外原輔材料的差異性以及維護保養等問題，FX2包裝機在小包包裝生產過程中常出現內襯紙、商標紙、透明紙的破損、缺失、錯位、褶皺等質量問題。

而近年來，隨著消費意識的不斷提高，消費者對小包煙的品質提出更高要求，時而發生消費投訴等諸多問題。因此，卷煙企業對包裝中的小包包裝質量瑕疵會有嚴格的控制。然而，面對FX2高速包裝機，依靠傳統人工逐一檢查已不可能，其自帶的光電式傳感器檢測，雖然能解決一部分問題，但已遠遠不能滿足卷煙企業的質檢要求。為了提高企業品牌信譽，減少質量投訴，采用機器視覺技術對FX2高速包裝機生產的小包包裝質量進行全面檢測勢在必行。

FX2為雙通道高速包裝機，對其進行全面檢測，需要十多只相機。如采用智能相機，性價比低，另外其靈活性差，人機交互不夠友好。而采用以“相機+圖像采集卡+PC圖像處理軟件”（PC-BASE）的檢測模式，性價比高，靈活性好。該模式綜合利用了光學、機械、電子、控制和自動化各學科的先進技術，能有效擺脫硬件固化、軟件被動使用的束縛，具有很好的靈活性和適應性，能夠適應復雜的檢測需求。

二、機械結構設計

機械結構包括內襯紙檢測探頭、商標紙檢測探頭、透明紙檢測探頭、主控柜、人機界面等，采用分布式模塊化設計，結構簡單，容易維護。各探頭部件結構圖如下圖1所示。內襯紙檢測探頭，采用一只相機同時檢測雙通道煙包內襯紙表面。商標紙檢測探頭，采用四只相機檢測雙通道煙包表面及側面。透明紙檢測探頭，該工位煙包間距較小，采用錯位方式，使用六只相機檢測雙通道煙包端面及底面。

三、電氣結構設計

ARM主控系統實時采集同步傳感機構信號，判斷各探頭攝像角度是否到位，然后發送攝像脈沖給相應到位的探頭。三個探頭攝像角度不同，以實現分步曝光。

相機拍攝完成后，通過千兆網口傳輸圖像給工控機上的檢測軟件。檢測軟件作為圖像處理中心，采用FIFO隊列方式，多線程順序處理各探頭拍攝的煙包圖像，并將處理結果經通訊總線發送ARM主控系統。ARM主控系統緩存缺陷煙包結果標志，并通過同步傳感機構判斷煙包已到達原機剔除口，進行移位剔除，并同時報警提示。

關鍵電氣件如下：

相機：采用德國AVT公司的高分辨率千兆網彩色相機，12BIT-14BIT A/D采樣，與普通8BIT和IOBIT系統相比，顏色和灰度的分辯率提高了4-16倍，對于某些商標紙、內襯紙、濾嘴等顏色相近的煙包缺陷，圖像對比度強。另外，相機壽命長（10萬小時），性能穩定，抗干擾能力強。相機成像清晰、無光斑及波紋。

光源：采用24V直流 LED冷光源（進口燈芯）。高穩定、高亮（85流明/瓦）設計。并采用PWM軟件柔性光技術控制，減少發熱量，減輕對現場操作工眼睛的刺激。另外，通過合理布局，對現場煙包的反光具有一定的抑制作用。

四、檢測軟件設計

Visual C++是Microsoft公司推出的開發Win32環境程序，面向對象的可視化集成程序開發系統。其優點包括程序框架自動生成、靈活方便的類管理、代碼編寫和界面設計集成交互操作、可開發多種程序（應用程序、動態鏈接庫、ActiveX控件等）等，作為一種通用且功能強大的編程語言，Visual C++的地位不可動搖。其提供的完全集成性以及可視化用戶界面驅動特性，不僅適用于傳統的C/C++開發過程，更充分優化了對面向對象技術的支持。本系統以VisualC++作為開發環境。軟件系統結構圖如圖2所示。

五、系統擴展性問題

在實際應用過程中，運行參數往往需要調整。當現場使用技術人員對系統參數不是很熟悉時，往往調不好，從而導致系統運行不正常。為解決這一難題，本系統增加了擴展性接口，將車間的多套檢測系統通過Wifi無線方式組成網絡，然后由主站通過4G網將數據發到技術服務點，由主設計技術人員進行數據分析，并將調整好的參數再回傳給每臺設備，從而實現遠程維護。

六、結語

FOCKE FX2高速包裝機小包包裝質量在線檢測系統的研制，填補了進口FOCKE FX2高速包裝機小包包裝質量在線檢測的空白，從而提高FOCKE FX2高速包裝機的包裝質量。為企業節約開支，提高我國卷煙行業的國際競爭力具有重要的意義。本文雖然對FOCKE FX2高速包裝機的小包包裝質量在線檢測方面的進行了一定的研究，但隨著計算機技術、通信技術的進一步發展，及越來越多的研究探索，具有更高性能、更高準確率的機器視覺控制系統將會問世，如何進一步提高系統性能，還有很多的工作要做。

參考文獻：

[1]沈建華，譯，ARM嵌入式系統開發、軟件設計與優化，北京：北京航空航天大學出版社，2008.

[2]賈云得，機器視覺，北京：科學出版社出版，2000.

[3]吳立德，計算計視覺，復旦大學出版社，1993

[4]翟雷，王亮，機器視覺技術在工業中的應用，廣東自動化與信息工程，2003.

[5]邊肇棋，張學工等，模式識別，清華大學出版社，2000，151-152.

[6]鄢臘梅，我國包裝機械的現狀分析及國際市場的開拓.，中國包裝工業，2001.

[7]金集，洪海濤，機器視覺檢測在電子插件制造工業中的應用，儀表技術與傳感器，2000.

[8]張琦，機器視覺系統的原理及現狀，電子工業專用設備，1999.

[9]翟雷，王亮，機器視覺技術在工業中的應用，廣東自動化與信息工程，2003.