切絲質量在線評價技術的研究

王迪 胥海東

【摘要】切絲工藝是卷煙制造過程的重要工藝部分，現階段切絲質量檢測存在一定的局限性，切絲過程沒有一種實時的、有效的檢測手段。切絲質量只能在加香后采用離線采樣方式檢測，檢測頻率低、時間長，切絲質量穩定性檢測缺乏高效率的手段。質量問題滯后：整個過程時間久、滯后性大，期間可能產生較多質量不穩定的煙絲，導致下游生產過程的質量波動。本研究通過利用機器視覺技術對切絲工序過程中的煙絲進行視覺采集、分析及建模，探索建立一套具有實時檢測與評價功能的切絲在線評價系統，通過對煙絲特征的大數據分析，穩定切絲過程質量。

【關鍵詞】切絲;機器視覺;質量評價

引言

（1）切絲質量穩定性重要性高及影響度大對于卷煙生產過程中切絲質量對煙支的卷制質量影響明顯，但現階段切絲質量檢測存在一定的局限性，導致煙絲質量的波動不能被實時檢測。抽檢樣本量小：切絲質量要素是在加香后采用離線采樣方式檢測，檢測頻率低、時間長，烘絲質量穩定性檢測缺乏高效率的手段。質量問題滯后：整個過程時間久、滯后性大，期間可能產生較多質量不穩定的煙絲，導致下游生產過程的質量波動。因此，傳統的切絲質量檢測方式存在效率低及質量問題滯后等不足，研究高效準確的烘絲質量穩定性檢測技術是必然趨勢。

（2）國內研究現狀

目前，機器視覺已是現代加工制造業不可或缺的產品，在食品和飲料[1]、化妝品、制藥、建材、化工、金屬加工[2]、工藝品制造[3]、電子制造[4]、包裝及汽車制造等行業均有應用。

在煙草行業上，在煙葉分級、卷包過程等環節上已有大量的機器視覺應用，在該行業已經奠定了成熟的機器視覺技術，并且積累了豐富的實踐經驗。因此，在線煙絲質量檢測中結合基于機器視覺技術是未來重要的發展方向。本研究在烘絲后工序加裝煙絲質量檢測設備，采集并分析煙絲圖像數據，并提取烘絲生產的工藝參數、對應批次煙絲的質檢參數及剔除率數據。

1主要內容

1.1圖像采集、存儲方法開發

結合安裝現場的情況、圖像傳感器類型、分辨率以及精度等需求，選擇合適工業攝像機、鏡頭、安裝方式、成像區域和焦距確定鏡頭參數。此外，根據攝像機特點，結合對檢測系統采集精度、傳輸信號速率匹配等因素的考慮，選取合適的圖像采集卡，完成圖像模擬信號的傳輸、存儲及數字化處理問題。最后，基于圖像大小，采用合理的圖像存儲與壓縮技術，為實現在線檢測與降低存儲成本提供解決方案并實施。

1.2圖像特征提取并建立屬性特征庫

煙絲的圖像屬性特征如灰度、色澤會隨著煙絲過程質量參數的波動而存在一定差異，在不同工藝環節的煙絲圖像也存在差異，提取煙絲圖像特征及煙絲生產的過程質量參數，利用大數據和機器視覺技術構建煙絲圖像屬性特征檢測模型，并將圖像特征與煙絲過程質量參數關聯，形成煙絲生產線圖像自成長平臺，系統自動更新數據，為不斷優化煙絲質量評價提供依據。

1.3建立目標函數庫

結合以往離線檢測的歷史數據，并聘請專家評定一定數量照片中的煙絲質量，給出煙絲整絲率、碎絲率、填充值等。并將烘絲環節質量指標物料含水率、含水率標偏、以及卷包環節剔除率等一并收入目標函數庫，作為算法訓練指標。

2.研究成果

目前研究已取得部分成果。

根據國標煙絲長中短碎長度規定，經過轉換計算后，模擬國標煙絲結構中長中短碎絲。如圖3所示，為切絲后表面煙絲圖像分割處理后效果，再統計分析分割后的紅色圈出區域的長度或像素數目，從而分為長中短碎絲。

通過跟蹤識別一個批次內固定一個點的煙絲特征，來研究煙絲特征值的變化，切絲后觀察點進行拍攝分析，3個月的批次數據，共識別其中的批次內該點的煙絲特征變化，通過追溯分析，發現生產過程中部分參數有一定量的變化。烘絲后根據國標可以較為準確地識別出固定點位表面煙絲圖像的煙絲特征。兩個批次煙絲圖像提取特征量變化效果如圖4所示，從圖中可以看出，批次內模擬特征量在一定范圍內波動，不同批次的波動情況不同。

通過在切絲后的固定位置對煙絲進行連續3個月的拍攝、觀察、分析與采集，識別生產過程跑片數量的變化，跑片檢測過程效果如圖5所示：

目前我們對跑片的識別率已經可以達到80%，部分統計結果如表1所示。

3. 結論

（1）根據現階段質量管理現狀，結合實際需求，提出了一種基于機器視覺技術的的切絲質量特征檢測方法，并通過實際產線數據，驗證該方法的正確性和有效性。

（2）通過對切絲后跑片的連續觀察，豐富切絲過程質量評價的方法，提升對切絲過程的管控能力。

參考文獻

[1]基于機器視覺的食品內包裝缺陷檢測裝置設計與實現[J]. 賈真真，張濤，曹興強，曾建，李曉，姚二民.? 食品與機械. 2018（07）

[2]基于機器視覺的零件缺陷檢測算法[J]. 吳強，崔躍利，張耀.? 科學技術創新. 2018（26）

[3]基于機器視覺的蜂窩陶瓷側面缺陷檢測算法研究[J]. 戴衛軍.? 陶瓷學報. 2014（03）

[4]基于FLASH-March算法的FLASH缺陷檢測系統[J]. 郭進杰，王瑜，李婷，霍宗亮.? 微電子學與計算機. 2014（10）

作者簡介：王迪（1991.01--），男，河南鄭州人，本科，助理工程師;研究方向為計算機科學與技術。