基于計算機視覺的中線膠檢測系統(tǒng)

王冠華，徐國現(xiàn)，陳忠祥

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司會澤卷煙廠，云南曲靖 654200）

0 引言

中線膠作為濾棒質(zhì)量控制的重要指標之一，越來越備受關注，而KDF2 成型機目前無相關的檢測手段。在日常生產(chǎn)中，中線膠的檢查工作主要依靠操作人員用肉眼觀察上膠情況，判斷中線膠的有無。若發(fā)現(xiàn)中線膠缺失，立即停機處理，然而，當濾棒中缺少中線膠時，機器依然能正常運行，無任何異常跡象，不易被操作人員察覺，故濾棒的質(zhì)量隱患系數(shù)高，而且僅依靠操作人員用肉眼判斷中線膠，可靠性差、勞動強度高。

1 檢測原理

KDF2 成型機的中線膠采用的是乳膠，是為了提高濾棒內(nèi)絲束和濾紙的粘接強度，保證濾棒的質(zhì)量，乳膠通過帶有電磁離合器的控制和齒輪泵的傳送系統(tǒng)，經(jīng)過膠水軟管，被輸送到冷膠嘴體內(nèi)，然后通過壓縮空氣把膠水傳遞給正在運行中的成型紙，這樣在成型紙上就形成一條細小的乳膠線。

成型紙與附有乳膠線的成型紙可以通過以下方式區(qū)分：通過人眼從正面觀察，可以清晰的看到，附有中線膠的成型紙上會呈現(xiàn)出一條比較醒目的白線，所以可以借助圖像識別技術來實現(xiàn)檢測，采用圖像傳感器獲取圖像，利用計算機視覺的思維，有效識別成型紙表面有無這條白線，從而判斷中線膠是否正常上膠。

2 檢測系統(tǒng)結構（圖1）

如圖1 系統(tǒng)結構圖所示，中線膠檢測裝置由USB 攝像頭、S3C2440 處理器、顯示屏、執(zhí)行器件等構成，采用型號為0V9650 的圖像傳感器，經(jīng)過中星微的ZC301 連接，做成一個具有640×480 像素的USB 攝像頭，通過USB 總線連接到具有400 M 主頻的ARM9 開發(fā)板S3C2440。裝置將USB 攝像頭安裝在成型紙的正前方獲取成型紙的表層圖像，并轉換成圖像數(shù)字信號，通過USB 傳送給S3C2440 處理器，處理器經(jīng)過圖像采集、顯示、分析處理后，對圖像進行識別辨認，從而判別出中線膠的狀態(tài)，向執(zhí)行器件（報警燈、剔除電磁閥、停機繼電器）發(fā)出執(zhí)行命令。

圖1 系統(tǒng)結構

USB 攝像頭，采用CMOS 圖像傳感器，它借助光學系統(tǒng)和處理電路將圖像的光照度或顏色色彩轉化為電信號，并進行傳輸、存儲和處理。被檢測的成型紙在一定光照度情況下，直射光線通過光學系統(tǒng)進入CMOS 表面，CMOS 圖像傳感器將入射光的強度轉化成一定比例的電荷量，即電量可以反映光照度。在時鐘電路、邏輯電路和驅(qū)動電路的作用下將這些電量以視頻信號方式傳輸出來，形成數(shù)字圖像信號。

KDF2 成型機運行速度快，高達400 m/min，系統(tǒng)采用S3C2440 處理器，一般處理器速度遠遠高于存儲器訪問速度，當存儲器訪問成為系統(tǒng)性能的瓶頸，則處理器再快也都毫無作用。而ARM9 的高速緩存（Cache）和寫緩存（Write Buffer）可以很好地解決這個問題，它們存儲最近常用的代碼和數(shù)據(jù)，以供CPU 快速存儲。通過USB 總線連接到具有400 M 主頻的ARM9 開發(fā)板上，它具有專用于USB 和顯示屏的DMA 高速數(shù)據(jù)傳輸，同時實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的采集和分析，在實時視頻顯示工作狀況的同時，進行圖像識別。

為了便于進行人機交互，交互部件包括顯示屏和觸摸屏，顯示屏和觸摸屏集成一體，通過人機接口與開發(fā)板S3C2440 連接，實時顯示運行過程的中線膠狀態(tài)，并采用觸摸屏獲取輸入指令、設定參數(shù)。

3 電路設計

ARM9 開發(fā)板作為檢測系統(tǒng)的核心，其GPIO 接口通過外圍電路與KDF2 成型機的輸入信號、輸出信號一一連接，ARM9 開發(fā)板GPIO 接口原理電路如圖2 所示。

圖2 ARM9 開發(fā)板GPIO 接口原理電路

外圍電路的輸入信號由處理器通過光藕隔離單元與成型機上的上膠信號線連接，上膠信號線上串連有一滑動變阻器，光藕隔離單元分別與滑動變阻器的滑動端及一固定端電路連接。

執(zhí)行部件包括剔除繼電器、停機繼電器、發(fā)光二極管報警燈，均與處理器電路連接，發(fā)光二極管回路串入限流電阻，剔除繼電器用于控制串接在成型機剔除信號線上的剔除開關，停機繼電器用于控制串接在成型機的停機信號線上的停機開關。如此，能夠?qū)崿F(xiàn)對無中線膠的情況進行報警、剔除及停機。

4 軟件設計

檢測裝置采用ARM9 芯片的三星S3C2440 處理器，在嵌入式Linux 實時操作系統(tǒng)下，編寫C 語言程序，完成中線膠檢測程序程序后生成bin 文件，應用USB TO RS232 數(shù)據(jù)線將計算機與ARM9 開發(fā)板實現(xiàn)通信對接，將程序bin 文件成功燒錄進處理器中。中線膠檢測程序流程如圖3 所示。

圖3 中線膠檢測程序流程

KDF2 成型機上電后系統(tǒng)自啟動，完成開機自檢，判斷是否正常，正常后開始檢測上膠信號，識別模塊開始工作；通過USB攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)并進行預處理，預處理包括邊緣提取、二值化和圖像分割等系列算法；并通過特征值抽取，采用模糊識別算法，解決環(huán)境因素引起的干擾問題，根據(jù)圖像點陣的線性相關系數(shù)，檢測膠線是否存在，從而判定成型紙是否有中線膠，有效實現(xiàn)中線膠的監(jiān)控；系統(tǒng)檢測到無中線膠時，報警并剔除，當判斷故障10 s 未消除時，發(fā)出停機信號，KDF2 成型機停轉。

5 結束語

中線膠檢測系統(tǒng)有效檢測中線膠的上膠情況，最大程度地排除不可控因素對濾棒中線膠缺失質(zhì)量缺陷的影響，從源頭上保證每支濾棒的產(chǎn)品質(zhì)量，為下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供強有力的質(zhì)量保障，而且操作人員無需時刻近距離關注成型紙上的上膠情況，有效降低操作人員勞動強度。