基于視覺(jué)的卷煙小包外觀(guān)檢測(cè)系統(tǒng)的研究①

肖波 劉紅升

(吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司長(zhǎng)春卷煙廠(chǎng) 吉林長(zhǎng)春 130031)

煙包視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)可有效解決目前卷煙企業(yè)面臨的困擾，該檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)視覺(jué)能夠有效地檢測(cè)出散包缺陷，能夠檢測(cè)出煙包錯(cuò)牌、倒置、無(wú)透明紙、散包等缺陷，保證透明紙包裝過(guò)程中的質(zhì)量。

隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)GD小包散包視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，本檢測(cè)系統(tǒng)采用“相機(jī)+PC圖像處理軟件+激光檢測(cè)”的檢測(cè)模式，該模式與以往的系統(tǒng)相比，性能指標(biāo)和使用方便性、擴(kuò)展升級(jí)能力等方面都有了比較大的提升，能夠適應(yīng)不同用戶(hù)復(fù)雜多變的檢測(cè)需求，并且實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)，視覺(jué)檢測(cè)的同時(shí)，系統(tǒng)增加激光檢測(cè)用于復(fù)檢，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)還能夠進(jìn)行擴(kuò)展，系統(tǒng)可將小包第六面檢測(cè)與散包視覺(jué)檢測(cè)進(jìn)行集成在一起，減少裝置的固化。有效地獨(dú)立地控制各工位，全面地檢測(cè)出煙包外觀(guān)的缺陷，發(fā)揮較大的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)小包第六面檢測(cè)與透明紙檢測(cè)一體化。

1 系統(tǒng)原理與實(shí)現(xiàn)

1.1 檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

首先，利用原機(jī)的編碼信號(hào)進(jìn)行編碼，設(shè)置相機(jī)拍攝角度，判斷煙包到位，判斷小包煙位置信息，LED閃光，發(fā)送攝像脈沖給相機(jī)。工控機(jī)通過(guò)千兆網(wǎng)口相機(jī)，采集當(dāng)前小包煙的圖像。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖

然后，檢測(cè)軟件對(duì)香煙圖像進(jìn)行識(shí)別，并和存儲(chǔ)的圖像模板相比較，如果圖案，顏色，相似度（FIT）,圖像位置坐標(biāo)（X ,Y）在設(shè)置的公差之內(nèi)，表示此包香煙外觀(guān)合格，否則是外觀(guān)不合格；與此同時(shí)，根據(jù)原機(jī)編碼信號(hào)，上下激光對(duì)煙包散包進(jìn)行復(fù)檢，提高對(duì)小包透明紙檢測(cè)精度。信號(hào)輸入到單片機(jī)根據(jù)各檢測(cè)工位同步信號(hào)處理輸出結(jié)果。

最后，工控機(jī)給單片機(jī)發(fā)送好壞信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)好壞信號(hào)，進(jìn)行異步控制輸入給原機(jī)，由原機(jī)執(zhí)行剔除。

1.2 機(jī)械整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

采用分體式設(shè)計(jì)，相機(jī)檢測(cè)工位分開(kāi)安裝，電控柜按廠(chǎng)方指定位置擺放。整體結(jié)構(gòu)小巧、緊湊、美觀(guān)，不會(huì)改動(dòng)原機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)及程序，安裝后與原機(jī)聯(lián)接匹配，不影響設(shè)備正常運(yùn)行，也不影響現(xiàn)有設(shè)備相關(guān)部件的維護(hù)和更換，如圖1結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖所示。

圖2 軟件操作界面圖

圖3 產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)圖

1.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由工控機(jī)、I/O控制板、激光傳感器等構(gòu)成。I/O控制板通過(guò)RS485與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，將系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至監(jiān)控軟件，為判定系統(tǒng)穩(wěn)定性提供參考依據(jù)。

檢測(cè)根據(jù)激光傳感器進(jìn)行系統(tǒng)采樣，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至監(jiān)控界面，相機(jī)采集圖像時(shí)間及軟件處理時(shí)間實(shí)時(shí)采樣，依據(jù)數(shù)據(jù)變化判定系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

補(bǔ)充激光傳感器檢測(cè)上下散包，與機(jī)械霍爾式檢測(cè)相比，激光可以實(shí)現(xiàn)煙包的全面檢測(cè)，以及不像機(jī)械霍爾式存在抖動(dòng)問(wèn)題，影響檢測(cè)精度。

1.4 軟件系統(tǒng)

檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)香煙被檢測(cè)的部位進(jìn)行圖像識(shí)別。首先把合格的香煙標(biāo)準(zhǔn)圖像存儲(chǔ)起來(lái)，生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)小包香煙的圖像，并和存儲(chǔ)的圖像相比較。如果相似度（FIT）,圖像位置坐標(biāo)（X ,Y）在設(shè)置的公差之內(nèi)，表示此包香煙外觀(guān)合格，否則是外觀(guān)不合格。

本系統(tǒng)采用目前成熟的日本FAST和加拿大CORECO算法庫(kù)，庫(kù)中包含了大量的圖像處理基本函數(shù)，可以在這些函數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)工作時(shí)，相機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)將采集圖像傳輸至檢測(cè)軟件，檢測(cè)軟件通過(guò)算法分析實(shí)時(shí)在線(xiàn)處理，依次進(jìn)行灰度化、二值化、中值濾波去除噪聲干擾，根據(jù)設(shè)定閾值分割圖像，最終通過(guò)計(jì)算所選區(qū)域白色或黑色像素點(diǎn)數(shù)目，與設(shè)定面積對(duì)比，判定此區(qū)域是否合格。圖2是軟件操作界面圖。

1.5 實(shí)際使用

本檢測(cè)系統(tǒng)具有完善的獨(dú)立電控系統(tǒng)，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定。對(duì)該裝置的所有基本操作都可以在其人機(jī)交互界面進(jìn)行集中控制操作，具有界面良好、交互性強(qiáng)的特點(diǎn)，視覺(jué)成像質(zhì)量不受生產(chǎn)環(huán)境影響、圖像信息豐富、直觀(guān)。

本系統(tǒng)成功應(yīng)用到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)，效果符合煙草系統(tǒng)的檢測(cè)要求，能很好滿(mǎn)足工藝要求。圖3為產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖。

2 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)技術(shù)，尤其是圖像與單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，視覺(jué)圖像檢測(cè)系統(tǒng)也有了飛速的發(fā)展。本文介紹的基于視覺(jué)的卷煙小包外觀(guān)檢測(cè)，通過(guò)精密設(shè)計(jì)，成功將視覺(jué)與單片技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際，同時(shí)實(shí)際檢測(cè)效果也很優(yōu)異。