基于視覺的卷煙小包外觀檢測系統的研究①

肖波 劉紅升

(吉林煙草工業有限責任公司長春卷煙廠 吉林長春 130031)

煙包視覺檢測系統可有效解決目前卷煙企業面臨的困擾，該檢測系統通過視覺能夠有效地檢測出散包缺陷，能夠檢測出煙包錯牌、倒置、無透明紙、散包等缺陷，保證透明紙包裝過程中的質量。

隨著機器視覺技術的進步，針對GD小包散包視覺檢測系統，本檢測系統采用“相機+PC圖像處理軟件+激光檢測”的檢測模式，該模式與以往的系統相比，性能指標和使用方便性、擴展升級能力等方面都有了比較大的提升，能夠適應不同用戶復雜多變的檢測需求，并且實現在線檢測，視覺檢測的同時，系統增加激光檢測用于復檢，提高檢測的準確性。

系統還能夠進行擴展，系統可將小包第六面檢測與散包視覺檢測進行集成在一起，減少裝置的固化。有效地獨立地控制各工位，全面地檢測出煙包外觀的缺陷，發揮較大的優勢，實現對小包第六面檢測與透明紙檢測一體化。

1 系統原理與實現

1.1 檢測系統工作原理

首先，利用原機的編碼信號進行編碼，設置相機拍攝角度，判斷煙包到位，判斷小包煙位置信息，LED閃光，發送攝像脈沖給相機。工控機通過千兆網口相機，采集當前小包煙的圖像。

圖1 機械結構系統圖

然后，檢測軟件對香煙圖像進行識別，并和存儲的圖像模板相比較，如果圖案，顏色，相似度（FIT）,圖像位置坐標（X ,Y）在設置的公差之內，表示此包香煙外觀合格，否則是外觀不合格；與此同時，根據原機編碼信號，上下激光對煙包散包進行復檢，提高對小包透明紙檢測精度。信號輸入到單片機根據各檢測工位同步信號處理輸出結果。

最后，工控機給單片機發送好壞信號，單片機根據好壞信號，進行異步控制輸入給原機，由原機執行剔除。

1.2 機械整體結構系統

采用分體式設計，相機檢測工位分開安裝，電控柜按廠方指定位置擺放。整體結構小巧、緊湊、美觀，不會改動原機設備結構及程序，安裝后與原機聯接匹配，不影響設備正常運行，也不影響現有設備相關部件的維護和更換，如圖1結構系統圖所示。

圖2 軟件操作界面圖

圖3 產品現場圖

1.3 控制系統

控制系統主要由工控機、I/O控制板、激光傳感器等構成。I/O控制板通過RS485與計算機進行通訊，將系統運行數據實時反饋至監控軟件，為判定系統穩定性提供參考依據。

檢測根據激光傳感器進行系統采樣，數據實時反饋至監控界面，相機采集圖像時間及軟件處理時間實時采樣，依據數據變化判定系統運行狀態。

補充激光傳感器檢測上下散包，與機械霍爾式檢測相比，激光可以實現煙包的全面檢測，以及不像機械霍爾式存在抖動問題，影響檢測精度。

1.4 軟件系統

檢測系統對香煙被檢測的部位進行圖像識別。首先把合格的香煙標準圖像存儲起來，生產過程中實時檢測小包香煙的圖像，并和存儲的圖像相比較。如果相似度（FIT）,圖像位置坐標（X ,Y）在設置的公差之內，表示此包香煙外觀合格，否則是外觀不合格。

本系統采用目前成熟的日本FAST和加拿大CORECO算法庫，庫中包含了大量的圖像處理基本函數，可以在這些函數的基礎上進行軟件設計。系統工作時，相機通過以太網將采集圖像傳輸至檢測軟件，檢測軟件通過算法分析實時在線處理，依次進行灰度化、二值化、中值濾波去除噪聲干擾，根據設定閾值分割圖像，最終通過計算所選區域白色或黑色像素點數目，與設定面積對比，判定此區域是否合格。圖2是軟件操作界面圖。

1.5 實際使用

本檢測系統具有完善的獨立電控系統，運行可靠、穩定。對該裝置的所有基本操作都可以在其人機交互界面進行集中控制操作，具有界面良好、交互性強的特點，視覺成像質量不受生產環境影響、圖像信息豐富、直觀。

本系統成功應用到實際現場，效果符合煙草系統的檢測要求，能很好滿足工藝要求。圖3為產品現場實物圖。

2 結語

隨著工業技術，尤其是圖像與單片機技術的飛速發展，視覺圖像檢測系統也有了飛速的發展。本文介紹的基于視覺的卷煙小包外觀檢測，通過精密設計，成功將視覺與單片技術運用到實際，同時實際檢測效果也很優異。