成品卷煙外觀質(zhì)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(tuán)）有限責(zé)任公司玉溪卷煙廠 云南玉溪 653100

在卷煙加工企業(yè)，卷煙成品外觀質(zhì)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(yè)外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(jìn)行煙條外觀質(zhì)量檢驗；煙條外觀質(zhì)量檢驗完成后，人工拆解煙條油封和條盒后進(jìn)行小盒外觀質(zhì)量檢驗；小盒外觀質(zhì)量檢驗完成后，人工拆解小盒油封和商標(biāo)紙后進(jìn)行煙支外觀質(zhì)量檢驗；所有外觀質(zhì)量檢驗完成后，人工記錄相應(yīng)的質(zhì)量缺陷和質(zhì)量判定。人工檢驗方法存在工作量大、重復(fù)性高、效率低、人工的質(zhì)量判別尺度不一致等問題，導(dǎo)致質(zhì)量判定結(jié)果存在差異性。隨著視覺檢測技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，讓智能檢驗方法得以實(shí)現(xiàn)[1]。

本文在分析了人工檢驗卷煙成品外觀質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提出了一種成品卷煙外觀質(zhì)量智能檢驗工藝方法，詳細(xì)闡述了該方法的工藝流程設(shè)計和檢驗結(jié)果智能判定等關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)。最后，設(shè)計一臺卷煙成品外觀質(zhì)量檢驗試驗平臺，提高檢驗與測量精度，提升質(zhì)量判定的效率。

1 智能檢驗工藝流程設(shè)計

1.1 整體思路

實(shí)現(xiàn)卷煙外觀質(zhì)量從人工檢驗到自動化和流程化轉(zhuǎn)變的智能化質(zhì)量檢驗，需實(shí)現(xiàn)成品煙條和小盒的自動化無損拆解。整體工藝流程應(yīng)包括以下三個方面：

（1）采用機(jī)械裝備，實(shí)現(xiàn)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(shù)，實(shí)現(xiàn)成品煙條、小盒、煙支的外觀質(zhì)量項目的全自動檢測；

（3）外觀質(zhì)量特性檢測數(shù)據(jù)采集及統(tǒng)計分析軟件系統(tǒng)設(shè)計和研發(fā)。

1.2 智能檢驗工藝流程

依據(jù)智能檢驗的整體思路，設(shè)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(jī)械裝置從包裝機(jī)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(shí)現(xiàn)煙條六面外觀質(zhì)量檢測；

（3）拆除煙條條盒和油封，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)煙條六面外觀質(zhì)量檢測；

（5）拆除小盒商標(biāo)紙和油封，實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)煙支外觀質(zhì)量檢測；

（7）外觀質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)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(jī)械手，從包裝機(jī)煙條出口通道中自動抓取出成品煙條后放入綜合質(zhì)量檢測平臺入口，等待檢驗。

2.2 煙條外觀質(zhì)量檢測

首先根據(jù)外觀質(zhì)量檢驗特性實(shí)現(xiàn)需求，建立外觀質(zhì)量檢測關(guān)鍵技術(shù)路線，如下圖2 所示：

檢測方法確立后，實(shí)施外觀質(zhì)量的檢測。外觀檢測流程為：①輸送裝置將待檢測煙條精準(zhǔn)輸送至煙條外觀質(zhì)量檢測工位1，夾持煙條兩端、旋轉(zhuǎn)、完成煙條四大面圖像采樣，采用深度學(xué)習(xí)算法分析圖像，輸出檢測結(jié)果。檢測內(nèi)容包括：條透明紙、條拉線、條商標(biāo)、條成型、條免稅標(biāo)識的相關(guān)外觀質(zhì)量缺陷。②通過傳動機(jī)構(gòu)輸送煙條至煙條外觀質(zhì)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(guān)質(zhì)量缺陷檢測，輸出檢測結(jié)果。③剔除存在外觀質(zhì)量缺陷的煙條，記錄缺陷煙條情況，立即重新抓取新煙條進(jìn)行檢測，提示操作人員檢查設(shè)備質(zhì)量缺陷相關(guān)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。

2.3 煙條拆解

將檢測完成的煙條，通過傳動機(jī)構(gòu)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(shè)備將煙條無損分解到煙包列狀態(tài)，按固定排列輸出這些煙包至煙包外觀質(zhì)量檢測裝置，統(tǒng)一回收條盒廢料。

2.4 小盒外觀質(zhì)量檢測

拆解后的小盒按順序排列，通過傳動機(jī)構(gòu)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(yè)相機(jī)，同時配合合理的照明裝置。機(jī)械方面則需要一套機(jī)構(gòu)，能將煙包進(jìn)行多次翻轉(zhuǎn)及定位，使煙包每個面都能以合適的角度給相機(jī)拍照。采用電缸夾緊裝置和皮帶差速裝置將煙包進(jìn)行翻轉(zhuǎn)或采用多自由度機(jī)械手的方式旋轉(zhuǎn)煙包。②采用融入深度學(xué)習(xí)算法的視覺成像技術(shù)，以及傳感器技術(shù)、物理測試方法等對小盒外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。檢測內(nèi)容包括：盒裝、盒商標(biāo)、盒拉線、盒透明紙盒免稅標(biāo)識的相關(guān)外觀質(zhì)量缺陷。③剔除存在質(zhì)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(shè)備質(zhì)量缺陷相關(guān)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。

2.5 小盒拆解

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

2.6 煙支外觀質(zhì)量檢測

小盒拆解完成后，將煙支倒入轉(zhuǎn)移模盒，煙盒廢料統(tǒng)一回收，通過轉(zhuǎn)移模盒將煙支送入煙支外觀質(zhì)量檢測裝置。采用輥?zhàn)虞斔偷姆绞?，在輸送過程中完成煙支外觀質(zhì)量檢測，檢測內(nèi)容包括：煙支卷接、煙支端面、煙支段表面、濾嘴段表面相關(guān)外觀質(zhì)量缺陷，剔除存在外觀質(zhì)量缺陷的煙支，收集、記錄缺陷煙支情況，輸出檢測結(jié)果，提示操作人員檢查設(shè)備質(zhì)量缺陷相關(guān)點(diǎn)的運(yùn)行狀況。

2.7 外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)采集及分析

檢測系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)開放的數(shù)據(jù)庫，每次檢測到的煙條、小盒和煙支質(zhì)量缺陷都被保存到數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)不同缺陷對數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，同時為MES 系統(tǒng)提供開放的數(shù)據(jù)接口以提供質(zhì)量數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)備的維護(hù)和檢修。最終的檢測結(jié)果，將形成報表打印出來或通過企業(yè)管理系統(tǒng)（MES、QMS、ERP 等）進(jìn)行上傳、保存，便于查看及后期大數(shù)據(jù)分析[2]。

3 結(jié)語

通過設(shè)計和研發(fā)“自動抓取煙條、煙條外觀質(zhì)量自動檢測、煙條自動拆解、小盒外觀質(zhì)量自動檢測、小盒自動拆解、煙支外觀質(zhì)量自動檢測、外觀質(zhì)量特性數(shù)據(jù)采集和分析”成品卷煙外觀質(zhì)量智能檢驗工藝方法，能有效提高過程質(zhì)量檢驗的智能化水平。同時，外觀檢測設(shè)備和拆解機(jī)構(gòu)可根據(jù)實(shí)際煙條、煙包尺寸進(jìn)行設(shè)計，大大提高了智能外觀質(zhì)量檢驗的柔性化。