基于FOCKE機型的煙包包裝質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)計

　　金懷國（中國電子科技集團公司第四十一研究所，安徽?蚌埠?233010）

　　摘?要：本文設(shè)計了一種基于FOCKE機型的煙包包裝質(zhì)量檢測系統(tǒng)，主要由控制器和圖像采集模塊組成，用于檢測香煙包裝過程中出現(xiàn)的錯牌、反包、破損、翹邊等包裝質(zhì)量缺陷。煙包運動時觸發(fā)光纖傳感器，控制器接收觸發(fā)信號，控制圖像采集模塊對煙包進行拍照，預(yù)處理后傳送給控制器，控制器綜合多種圖像處理算法對煙包圖像進行分析、判斷，將檢測結(jié)果下發(fā)FOCKE包裝機，通過以太網(wǎng)將實時檢測效果上傳人機界面軟件，提供用戶實時監(jiān)控。

　　關(guān)鍵詞：煙包；包裝質(zhì)量；人機界面；控制器；光纖傳感器

　　0 引言

　　隨著卷煙工業(yè)科技的進步以及市場競爭的加劇，卷煙生產(chǎn)企業(yè)對高速包裝設(shè)備的需求越來越多。目前，國內(nèi)引進的德國FOCKE公司生產(chǎn)的高速硬盒包裝機組已完成國產(chǎn)化FOCKE700S（ZB48）并逐步開始進行批量生產(chǎn)。在這種高速生產(chǎn)過程中，煙包包裝破損、翹邊、露白、反包等外觀質(zhì)量缺陷不可避免，嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　近年來，應(yīng)用成像技術(shù)對小盒煙包外包裝進行檢測的裝置已在煙草行業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用。但是這些裝置中多半是利用國外現(xiàn)有的智能工業(yè)相機進行集成設(shè)計的。在檢測時，需要熟悉很多檢測算法，設(shè)置大量參數(shù)，工作比較繁雜 ^[1] 。而且智能相機的硬件和核心處理算法都被國外壟斷，對卷煙企業(yè)的長久穩(wěn)定健康的發(fā)展不利。

　　因此，我們設(shè)計了一種應(yīng)用于FOCKE機型的煙包包裝質(zhì)量檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)能同時用于進口和國產(chǎn)化FOCKE機型。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　該系統(tǒng)用于檢測香煙包裝過程中出現(xiàn)的錯牌、反包、破損、翹邊等質(zhì)量缺陷，主要由控制器、左側(cè)圖像采集模塊和右側(cè)圖像采集模塊組成，系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　圖像采集模塊采集待檢測煙包圖像并傳送給控制器，控制器通過圖像處理技術(shù)對獲取的煙包圖像數(shù)據(jù)進行處理，判斷當前煙包是否存在錯牌、反包等質(zhì)量缺陷。在檢測到缺陷煙包時，向FOCKE包裝機控制系統(tǒng)發(fā)送剔除信號，由FOCKE包裝機控制系統(tǒng)在相應(yīng)位置將缺陷煙包剔除。

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 圖像采集模塊

　　圖像采集組件負責采集待檢測煙包圖像并進行初步處理后傳送給控制器，主要由工業(yè)相機、鏡頭、LED光源等器件組成。本系統(tǒng)工業(yè)相機采用的是CMOS圖像傳感器，分辨率設(shè)置為744×480的情況下，最高幀速率可達76fps。

　　2.1 控制器

　　控制器主要由工控板，單片機，電源接口電路，輸入、輸出接口電路，恒流源電路，圖像采集模塊通訊接口以及17英寸（注：1英寸=2.54cm）彩色液晶觸摸顯示屏組成。工控板采用了標準的COM-Express模塊，用于操作系統(tǒng)和上位機軟件的運行。

　　3 軟件設(shè)計

　　3.1 人機界面軟件

　　人機界面軟件主要執(zhí)行人機交互操作，主要功能包括檢測狀態(tài)的實時顯示，系統(tǒng)參數(shù)及檢測工具設(shè)置，通過以太網(wǎng)與控制器上位機程序通訊。軟件主要包含工作，系統(tǒng)，設(shè)備管理，品牌管理，質(zhì)量檢測，公差，在線，剔除，統(tǒng)計界面。人機界面軟件工作界面圖如圖2所示。

　　3.2 控制器上位機軟件

　　控制器上位機軟件主要功能包括圖像處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、控制器系統(tǒng)整體控制，通過串口與單片機下位機程序通訊。其中，圖像處理模塊是其核心處理單元。控制器上位機軟件的基本流程圖如圖3所示，其中圖像處理綜合了多種檢測算法：邊緣檢測，長度（寬度）測量，像素計數(shù)，輪廓查詢，模板匹配 ^[2] 等。

　　3.3 單片機下位機程序

　　單片機下位機程序負責接收光纖傳感器觸發(fā)信號；控制圖像采集組件在指定位置進行圖像采集；向包裝機組控制柜發(fā)送剔除及診斷信號。單片機下位機程序的基本流程圖如圖4所示。

　　4 煙包外觀檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

　　該系統(tǒng)軟硬件及核心圖像處理算法全部自主可控，支持最大1000包/min的檢測速度，支持品牌存儲，支持中英文操作，能夠?qū)崿F(xiàn)所有缺陷圖像及剔除信息的存儲和查詢。該系統(tǒng)在卷煙企業(yè)的現(xiàn)場應(yīng)用如圖5所示。

　　左側(cè)和右側(cè)圖像采集模塊檢測到并實時保存的缺陷圖像如圖6所示。其中(a)與(c)利用相似性匹配算法實現(xiàn)煙包圖像微小裂紋的檢測；(b)與(d)利用像素計數(shù)算法實現(xiàn)煙包圖像破損檢測。

　　5 結(jié)論

　　本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多家卷煙企業(yè)，經(jīng)使用測試，證明了該系統(tǒng)能夠滿足卷煙企業(yè)對煙包外觀破損、翹邊、露白、反包等質(zhì)量缺陷的檢測需求，而且運行穩(wěn)定、使用方便。

　　參考文獻：

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　?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a(chǎn)品世界》2020年第05期第68頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）