基于FOCKE機型的煙包包裝質(zhì)量檢測系統設計

　　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：本文設計了一種基于FOCKE機型的煙包包裝質(zhì)量檢測系統，主要由控制器和圖像采集模塊組成，用于檢測香煙包裝過(guò)程中出現的錯牌、反包、破損、翹邊等包裝質(zhì)量缺陷。煙包運動(dòng)時(shí)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(jìn)行拍照，預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(jìn)行分析、判斷，將檢測結果下發(fā)FOCKE包裝機，通過(guò)以太網(wǎng)將實(shí)時(shí)檢測效果上傳人機界面軟件，提供用戶(hù)實(shí)時(shí)監控。

　　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(zhù)卷煙工業(yè)科技的進(jìn)步以及市場(chǎng)競爭的加劇，卷煙生產(chǎn)企業(yè)對高速包裝設備的需求越來(lái)越多。目前，國內引進(jìn)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(kāi)始進(jìn)行批量生產(chǎn)。在這種高速生產(chǎn)過(guò)程中，煙包包裝破損、翹邊、露白、反包等外觀(guān)質(zhì)量缺陷不可避免，嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　近年來(lái)，應用成像技術(shù)對小盒煙包外包裝進(jìn)行檢測的裝置已在煙草行業(yè)得到較為廣泛的應用。但是這些裝置中多半是利用國外現有的智能工業(yè)相機進(jìn)行集成設計的。在檢測時(shí)，需要熟悉很多檢測算法，設置大量參數，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(cháng)久穩定健康的發(fā)展不利。

　　因此，我們設計了一種應用于FOCKE機型的煙包包裝質(zhì)量檢測系統，該檢測系統能同時(shí)用于進(jìn)口和國產(chǎn)化FOCKE機型。

　　1 系統總體設計

　　該系統用于檢測香煙包裝過(guò)程中出現的錯牌、反包、破損、翹邊等質(zhì)量缺陷，主要由控制器、左側圖像采集模塊和右側圖像采集模塊組成，系統原理框圖如圖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(guò)圖像處理技術(shù)對獲取的煙包圖像數據進(jìn)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(shí)，向FOCKE包裝機控制系統發(fā)送剔除信號，由FOCKE包裝機控制系統在相應位置將缺陷煙包剔除。

　　2 硬件設計

　　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(jìn)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。本系統工業(yè)相機采用的是CMOS圖像傳感器，分辨率設置為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，用于操作系統和上位機軟件的運行。

　　3 軟件設計

　　3.1 人機界面軟件

　　人機界面軟件主要執行人機交互操作，主要功能包括檢測狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示，系統參數及檢測工具設置，通過(guò)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，設備管理，品牌管理，質(zhì)量檢測，公差，在線(xiàn)，剔除，統計界面。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、數據統計、控制器系統整體控制，通過(guò)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?？刂破魃衔粰C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(cháng)度（寬度）測量，像素計數，輪廓查詢(xún)，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(jìn)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(guān)檢測系統的應用

　　該系統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，能夠實(shí)現所有缺陷圖像及剔除信息的存儲和查詢(xún)。該系統在卷煙企業(yè)的現場(chǎng)應用如圖5所示。

　　左側和右側圖像采集模塊檢測到并實(shí)時(shí)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(shí)現煙包圖像微小裂紋的檢測；(b)與(d)利用像素計數算法實(shí)現煙包圖像破損檢測。

　　5 結論

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

　　參考文獻：

　　[1] 祝榮壯.小盒煙包外觀(guān)檢測系統設計[J].機械設計與制造工程,2017,46(5).

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　　[6] 沈宇航.高速小盒煙包外觀(guān)質(zhì)量檢測系統設計[J].機械設計與制造工程,2017,46(9).

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第05期第68頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）