吳愛民，李友峰

(1. 河北白沙煙草有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050050；2. 安徽中煙工業(yè)有限公司阜陽卷煙廠，安徽 阜陽 236000)

成像檢測(cè)技術(shù)在環(huán)保型卷煙內(nèi)襯紙檢測(cè)上的應(yīng)用

吳愛民1，李友峰2

(1. 河北白沙煙草有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050050；2. 安徽中煙工業(yè)有限公司阜陽卷煙廠，安徽 阜陽 236000)

卷煙工業(yè)隨著產(chǎn)品輔料的革新，原有的檢測(cè)手段隨著環(huán)保材料的應(yīng)用已無法滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求。采用機(jī)器視覺技術(shù)，根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需求的硬件電路和恒流的LED光源，軟件上采用模塊化編程思想，用C語言編制了滿足各種檢測(cè)需求的圖像處理算法。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試表明，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確對(duì)煙包包裝過程中的各種包裝缺陷進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并剔除有缺陷的產(chǎn)品，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

卷煙；檢測(cè)；控制；相機(jī)

0 引言

ZB25包裝機(jī)為軟盒包裝設(shè)備，經(jīng)過一系列的工藝流程， 20支香煙包裹鋁箔紙、商標(biāo)紙、封簽，粘封燙熨，加工為完整的小包產(chǎn)品。生產(chǎn)的產(chǎn)品在流入下一道工序之前，需經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)，保證產(chǎn)品品質(zhì)。目前采用的各種檢測(cè)方案如圖1所示：上部1采用電感式接近開關(guān)，檢測(cè)煙包鋁箔紙存在狀況；右側(cè)2采用光電式傳感器，負(fù)責(zé)封簽檢測(cè)，檢測(cè)封簽是否完好；左側(cè)3采用光電式傳感器，檢測(cè)商標(biāo)紙是否完好。但隨著卷煙工業(yè)產(chǎn)品輔料的革新，目前采用環(huán)保要求的不含有鋁箔的內(nèi)襯紙，沒有金屬材質(zhì)，導(dǎo)致電感式接近開關(guān)檢測(cè)失效。很多廠家放棄了這道檢測(cè)，產(chǎn)品品質(zhì)出現(xiàn)問題。而采取什么檢測(cè)方案，是放在技術(shù)人員面前的一道難題。

1—鋁箔紙檢測(cè)傳感器； 2—封簽檢測(cè)傳感器；3—商標(biāo)紙檢測(cè)傳感器 圖1 煙包出口檢測(cè)方案

隨著機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域得到了很廣泛的應(yīng)用。文中提出采用圖像檢測(cè)系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)滿足生產(chǎn)要求的軟硬件系統(tǒng)和光源系統(tǒng)，完成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

機(jī)器視覺檢測(cè)方案如圖2所示，添加同步檢測(cè)傳感器1，作為檢測(cè)觸發(fā)信號(hào)；安裝3個(gè)相機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，分別替代原機(jī)的光電開關(guān)檢測(cè)器和接近開關(guān)檢測(cè)器，對(duì)應(yīng)檢測(cè)煙包的3個(gè)面。相機(jī)2檢測(cè)煙包底口；相機(jī)3檢測(cè)煙包側(cè)邊；相機(jī)4檢測(cè)煙包正面。

下面詳細(xì)討論軟硬件系統(tǒng)和光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

圖2 機(jī)器視覺檢測(cè)方案圖

1 硬件設(shè)計(jì)

硬件主要由微處理器、同步傳感器、LED光源、工業(yè)相機(jī)、電磁閥、LCD液晶顯示屏等器件構(gòu)成，系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 主控系統(tǒng)框圖

為提高系統(tǒng)抗干擾能力，觸發(fā)傳感器與微處理器之間通過光電耦合器進(jìn)行電氣隔離。LED光源與微處理器之間通過恒流芯片進(jìn)行控制，保證了LED光源光通量的穩(wěn)定性，電流大小可調(diào)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)LED光源的亮度。工業(yè)相機(jī)工作電平為DC12V，與微處理器之間通過光電耦合器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。電磁閥瞬間動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反電動(dòng)勢(shì)，為了避免對(duì)單片機(jī)接口電路的沖擊，增加了續(xù)流二極管來抑制反電動(dòng)勢(shì)的影響。

微處理器采用ST公司的uPSD3254A型單片機(jī)，其片內(nèi)32k的FLASH存儲(chǔ)器和SRAM存儲(chǔ)，可根據(jù)需要配置為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器或程序存儲(chǔ)器而無須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。系統(tǒng)擴(kuò)展了I/O端口，增加了I2C、PWM、ADC等功能部件和CPLD可編程邏輯器件系統(tǒng)靈活、可靠，性價(jià)比高。

1.1 同步傳感器

同步傳感器采用日本歐姆龍公司的E2E-X5ME1-M1傳感器，接口回路為NPN型OC門。由于脈沖信號(hào)易被電磁、靜電干擾，設(shè)計(jì)需要先經(jīng)過光電隔離，再把信號(hào)接到處理器的外中斷INT0或INT1輸入端。煙條觸發(fā)光纖傳感器時(shí)，傳感器輸出會(huì)產(chǎn)生電平跳變，進(jìn)而觸發(fā)單片機(jī)中斷。單片機(jī)據(jù)此來判斷煙條到位。

1.2 相機(jī)TRIG連接

相機(jī)采用德國(guó)AVT公司的Manta G032C彩色CCD相機(jī)，并通過千兆網(wǎng)口輸出。相機(jī)的曝光時(shí)機(jī)由TRIG口控制，TRIG口每跳變一次，相機(jī)便曝光一次。相機(jī)的TRIG口有公共陽線、信號(hào)線。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于信號(hào)線易被電磁、靜電干擾而造成相機(jī)誤拍。因此單片機(jī)輸出信號(hào)需要先經(jīng)過光電隔離，再經(jīng)過恒流濾波器，最后將信號(hào)端接到相機(jī)的TRIG輸入端。有效防止了誤拍。

1.3LED光源連接

LED光源的發(fā)光效率為90lm/W。為延長(zhǎng)LED光源的現(xiàn)場(chǎng)使用壽命，同時(shí)降低光源發(fā)熱，系統(tǒng)采用頻閃發(fā)光控制方式。采用該方式時(shí)，對(duì)LED光源瞬間穩(wěn)定性要求很高，因此系統(tǒng)采用LED恒流驅(qū)動(dòng)器，來補(bǔ)償因電壓波動(dòng)造成的電流變化，從而保證了LED光源瞬間發(fā)光的穩(wěn)定性。同時(shí)，恒流大小可調(diào)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要設(shè)定LED光源的亮度。

系統(tǒng)硬件電氣原理設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)硬件電氣原理圖

2 軟件設(shè)計(jì)

在主控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)上，采用模塊化編程思想，用C語言編制。編程簡(jiǎn)潔，調(diào)試方便。能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)快速、穩(wěn)定的運(yùn)行。軟件整體架構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 軟件架構(gòu)圖

定時(shí)器中斷模塊設(shè)計(jì)

系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備的變化采用定時(shí)查詢的方式。定時(shí)器中斷時(shí)間設(shè)置為1 ms，掃描檢測(cè)到位傳感器輸入信號(hào)、LED點(diǎn)亮脈寬信號(hào)、TRIG脈寬信號(hào)、煙條好壞信號(hào)、剔除到位傳感器輸入信號(hào)等。若信號(hào)存在，則進(jìn)入相應(yīng)的中斷子程序。定時(shí)器還進(jìn)行開閥時(shí)間的計(jì)算，判斷是否開閥完成，完成則返回。流程圖如圖6所示。

圖6 定時(shí)器1中斷程序流程圖

3 結(jié)語

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，統(tǒng)計(jì)檢測(cè)煙包總量、壞包數(shù)、壞包比例等；并配有工業(yè)以太網(wǎng)接口，提供開放的通信協(xié)議，可配合輸送系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成?？稍谙到y(tǒng)運(yùn)行中調(diào)整靈敏度參數(shù)，避免調(diào)整參數(shù)時(shí)帶來的漏檢現(xiàn)象，換牌操作方便，可實(shí)現(xiàn)一鍵換牌；檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)上，不僅能實(shí)現(xiàn)原有的檢測(cè)功能，缺少鋁箔紙、商標(biāo)紙、封簽的檢測(cè)，更能實(shí)現(xiàn)多種缺陷的識(shí)別：小包標(biāo)志性圖案、文字印刷錯(cuò)版、污損、混牌、色差等；上側(cè)面開膠翹(翻)邊；煙包倒置；小包封簽翹角、歪斜，雙封簽、粘貼不牢；小包表面黏附≥

2mm的異物；小包鋁箔紙折疊≥2mm的錯(cuò)誤；諸如此等缺陷，均可通過成像識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行靈活設(shè)置，完成檢測(cè)功能。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試，該系統(tǒng)能準(zhǔn)確對(duì)煙包實(shí)時(shí)檢測(cè)，完成系統(tǒng)的各項(xiàng)要求。從行業(yè)角度來看，本系統(tǒng)顛覆以往的卷煙包裝機(jī)的檢測(cè)模式，創(chuàng)新的引入先進(jìn)的檢測(cè)工具，更高、更快，卷煙生產(chǎn)強(qiáng)有力保障，并具有較大的推廣意義。

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Inside Lining Paper Detection Based on Imaging Detection Technology

WU Aiming1，LI Youfeng2

(1. Hebei Beisa tobacco Co.，Ltd., Shijiazhuang 050050, China;2. Anhui Fuyang Tobacco factory, Fuyang 236000, China)

With the development of science and technology, enterprise’s quality control does not meet the market demand for the products. Inductance approach switch is used to detect aluminum foil as means of lining paper detection, but it is no use for the detection of non aluminum backing paper. The high-speed photography technology can be used to solve this problem. This system can be used to detect the package appearance accurately and make the products meet the requirements.

cigarette; detection; control; camera

吳愛民，男，河北石家莊人，工程師，學(xué)士，從事電氣設(shè)備的維護(hù)與管理。

TP391.4

B

1671-5276(2015)05-0225-03

2015-09-09