成品卷煙外觀質量智能檢驗工藝方法研究

方俊俊 蘇怡帆 王宇 余云松 郁騁丹

紅塔煙草（集團）有限責任公司玉溪卷煙廠 云南玉溪 653100

在卷煙加工企業，卷煙成品外觀質量檢驗采用人工檢驗，抽檢的樣品通過采用人工觀察和儀器測量等方法，與企業外觀質量標準進行比對，判定該樣品是否合格。通常檢驗的流程為：首先人工進行煙條外觀質量檢驗；煙條外觀質量檢驗完成后，人工拆解煙條油封和條盒后進行小盒外觀質量檢驗；小盒外觀質量檢驗完成后，人工拆解小盒油封和商標紙后進行煙支外觀質量檢驗；所有外觀質量檢驗完成后，人工記錄相應的質量缺陷和質量判定。人工檢驗方法存在工作量大、重復性高、效率低、人工的質量判別尺度不一致等問題，導致質量判定結果存在差異性。隨著視覺檢測技術和信息技術的發展，讓智能檢驗方法得以實現[1]。

本文在分析了人工檢驗卷煙成品外觀質量的基礎上，提出了一種成品卷煙外觀質量智能檢驗工藝方法，詳細闡述了該方法的工藝流程設計和檢驗結果智能判定等關鍵實現技術。最后，設計一臺卷煙成品外觀質量檢驗試驗平臺，提高檢驗與測量精度，提升質量判定的效率。

1 智能檢驗工藝流程設計

1.1 整體思路

實現卷煙外觀質量從人工檢驗到自動化和流程化轉變的智能化質量檢驗，需實現成品煙條和小盒的自動化無損拆解。整體工藝流程應包括以下三個方面：

（1）采用機械裝備，實現煙條到小盒的無損化自動拆解以及小盒到煙支的無損化拆解；同時，需具備煙條、小盒、煙支的傳送裝置；

（2）采用視覺照相技術，實現成品煙條、小盒、煙支的外觀質量項目的全自動檢測；

（3）外觀質量特性檢測數據采集及統計分析軟件系統設計和研發。

1.2 智能檢驗工藝流程

依據智能檢驗的整體思路，設計一套符合智能檢驗的工藝流程，如下圖1 所示：

智能檢驗工藝流程主要分為七大步驟：

（1）采用機械裝置從包裝機出口自動取出成品煙條；

（2）煙條自動輸送至檢測工位，采用視覺檢測裝置實現煙條六面外觀質量檢測；

（3）拆除煙條條盒和油封，實現條盒到煙包全自動無損分解；

（4）小盒自動輸送至檢測工位，采用視覺檢測裝置實現煙條六面外觀質量檢測；

（5）拆除小盒商標紙和油封，實現小盒到煙支全自動無損分解；

（6）煙支自動輸送到檢測工位，實現煙支外觀質量檢測；

（7）外觀質量檢測數據的輸出、上傳報表和自動分析。

2 智能檢驗工藝流程詳解

2.1 自動抓取煙條

采用機械手，從包裝機煙條出口通道中自動抓取出成品煙條后放入綜合質量檢測平臺入口，等待檢驗。

2.2 煙條外觀質量檢測

首先根據外觀質量檢驗特性實現需求，建立外觀質量檢測關鍵技術路線，如下圖2 所示：

檢測方法確立后，實施外觀質量的檢測。外觀檢測流程為：①輸送裝置將待檢測煙條精準輸送至煙條外觀質量檢測工位1，夾持煙條兩端、旋轉、完成煙條四大面圖像采樣，采用深度學習算法分析圖像，輸出檢測結果。檢測內容包括：條透明紙、條拉線、條商標、條成型、條免稅標識的相關外觀質量缺陷。②通過傳動機構輸送煙條至煙條外觀質量檢測工位2，該工位完成煙條兩端面的條透明紙折疊、條成型、條鋼印等相關質量缺陷檢測，輸出檢測結果。③剔除存在外觀質量缺陷的煙條，記錄缺陷煙條情況，立即重新抓取新煙條進行檢測，提示操作人員檢查設備質量缺陷相關點的運行狀況。

2.3 煙條拆解

將檢測完成的煙條，通過傳動機構輸送煙條至拆解工位。完成煙條到小盒全自動無損拆解，該設備將煙條無損分解到煙包列狀態，按固定排列輸出這些煙包至煙包外觀質量檢測裝置，統一回收條盒廢料。

2.4 小盒外觀質量檢測

拆解后的小盒按順序排列，通過傳動機構輸送至小盒外觀檢測工位3。檢測方法包括：①檢測器件采用高像素的工業相機，同時配合合理的照明裝置。機械方面則需要一套機構，能將煙包進行多次翻轉及定位，使煙包每個面都能以合適的角度給相機拍照。采用電缸夾緊裝置和皮帶差速裝置將煙包進行翻轉或采用多自由度機械手的方式旋轉煙包。②采用融入深度學習算法的視覺成像技術，以及傳感器技術、物理測試方法等對小盒外觀質量數據進行檢測。檢測內容包括：盒裝、盒商標、盒拉線、盒透明紙盒免稅標識的相關外觀質量缺陷。③剔除存在質量外觀缺陷的煙包，記錄缺陷煙包情況，提示操作人員檢查設備質量缺陷相關點的運行狀況。

2.5 小盒拆解

小盒外觀質量檢測完成后，將無外觀質量缺陷的煙包輸送至“小盒至煙支全自動無損拆解設備”，輸送和拆解過程中對煙包內的煙支排列、多支、缺支、內襯紙可見部分、白卡紙可見部分的質量及拉片拉力等進行檢測，輸出檢測結果。

2.6 煙支外觀質量檢測

小盒拆解完成后，將煙支倒入轉移模盒，煙盒廢料統一回收，通過轉移模盒將煙支送入煙支外觀質量檢測裝置。采用輥子輸送的方式，在輸送過程中完成煙支外觀質量檢測，檢測內容包括：煙支卷接、煙支端面、煙支段表面、濾嘴段表面相關外觀質量缺陷，剔除存在外觀質量缺陷的煙支，收集、記錄缺陷煙支情況，輸出檢測結果，提示操作人員檢查設備質量缺陷相關點的運行狀況。

2.7 外觀質量數據采集及分析

檢測系統具有標準開放的數據庫，每次檢測到的煙條、小盒和煙支質量缺陷都被保存到數據庫中，并根據不同缺陷對數據進行質量分析，同時為MES 系統提供開放的數據接口以提供質量數據指導設備的維護和檢修。最終的檢測結果，將形成報表打印出來或通過企業管理系統（MES、QMS、ERP 等）進行上傳、保存，便于查看及后期大數據分析[2]。

3 結語

通過設計和研發“自動抓取煙條、煙條外觀質量自動檢測、煙條自動拆解、小盒外觀質量自動檢測、小盒自動拆解、煙支外觀質量自動檢測、外觀質量特性數據采集和分析”成品卷煙外觀質量智能檢驗工藝方法，能有效提高過程質量檢驗的智能化水平。同時，外觀檢測設備和拆解機構可根據實際煙條、煙包尺寸進行設計，大大提高了智能外觀質量檢驗的柔性化。