基于FOCKE机型的烟包包装质量检测系统设计

　　金怀国（中国电子科技集团公司第四十一研究所，安徽 蚌埠 233010）

　　摘 要：本文设计了一种基于FOCKE机型的烟包包装质量检测系统，主要由控制器和图像采集模块组成，用于检测香烟包装过程中出现的错牌、反包、破损、翘边等包装质量缺陷。烟包运动时触发光纤传感器，控制器接收触发信号，控制图像采集模块对烟包进行拍照，预处理后传送给控制器，控制器综合多种图像处理算法对烟包图像进行分析、判断，将检测结果下发FOCKE包装机，通过以太网将实时检测效果上传人机界面软件，提供用户实时监控。

　　关键词：烟包；包装质量；人机界面；控制器；光纤传感器

　　0 引言

　　随着卷烟工业科技的进步以及市场竞争的加剧，卷烟生产企业对高速包装设备的需求越来越多。目前，国内引进的德国FOCKE公司生产的高速硬盒包装机组已完成国产化FOCKE700S（ZB48）并逐步开始进行批量生产。在这种高速生产过程中，烟包包装破损、翘边、露白、反包等外观质量缺陷不可避免，严重影响产品的质量。

　　近年来，应用成像技术对小盒烟包外包装进行检测的装置已在烟草行业得到较为广泛的应用。但是这些装置中多半是利用国外现有的智能工业相机进行集成设计的。在检测时，需要熟悉很多检测算法，设置大量参数，工作比较繁杂 ^[1] 。而且智能相机的硬件和核心处理算法都被国外垄断，对卷烟企业的长久稳定健康的发展不利。

　　因此，我们设计了一种应用于FOCKE机型的烟包包装质量检测系统，该检测系统能同时用于进口和国产化FOCKE机型。

　　1 系统总体设计

　　该系统用于检测香烟包装过程中出现的错牌、反包、破损、翘边等质量缺陷，主要由控制器、左侧图像采集模块和右侧图像采集模块组成，系统原理框图如图1所示。

　　图像采集模块采集待检测烟包图像并传送给控制器，控制器通过图像处理技术对获取的烟包图像数据进行处理，判断当前烟包是否存在错牌、反包等质量缺陷。在检测到缺陷烟包时，向FOCKE包装机控制系统发送剔除信号，由FOCKE包装机控制系统在相应位置将缺陷烟包剔除。

　　2 硬件设计

　　2.1 图像采集模块

　　图像采集组件负责采集待检测烟包图像并进行初步处理后传送给控制器，主要由工业相机、镜头、LED光源等器件组成。本系统工业相机采用的是CMOS图像传感器，分辨率设置为744×480的情况下，最高帧速率可达76fps。

　　2.1 控制器

　　控制器主要由工控板，单片机，电源接口电路，输入、输出接口电路，恒流源电路，图像采集模块通讯接口以及17英寸（注：1英寸=2.54cm）彩色液晶触摸显示屏组成。工控板采用了标准的COM-Express模块，用于操作系统和上位机软件的运行。

　　3 软件设计

　　3.1 人机界面软件

　　人机界面软件主要执行人机交互操作，主要功能包括检测状态的实时显示，系统参数及检测工具设置，通过以太网与控制器上位机程序通讯。软件主要包含工作，系统，设备管理，品牌管理，质量检测，公差，在线，剔除，统计界面。人机界面软件工作界面图如图2所示。

　　3.2 控制器上位机软件

　　控制器上位机软件主要功能包括图像处理、数据统计、控制器系统整体控制，通过串口与单片机下位机程序通讯。其中，图像处理模块是其核心处理单元。控制器上位机软件的基本流程图如图3所示，其中图像处理综合了多种检测算法：边缘检测，长度（宽度）测量，像素计数，轮廓查询，模板匹配 ^[2] 等。

　　3.3 单片机下位机程序

　　单片机下位机程序负责接收光纤传感器触发信号；控制图像采集组件在指定位置进行图像采集；向包装机组控制柜发送剔除及诊断信号。单片机下位机程序的基本流程图如图4所示。

　　4 烟包外观检测系统的应用

　　该系统软硬件及核心图像处理算法全部自主可控，支持最大1000包/min的检测速度，支持品牌存储，支持中英文操作，能够实现所有缺陷图像及剔除信息的存储和查询。该系统在卷烟企业的现场应用如图5所示。

　　左侧和右侧图像采集模块检测到并实时保存的缺陷图像如图6所示。其中(a)与(c)利用相似性匹配算法实现烟包图像微小裂纹的检测；(b)与(d)利用像素计数算法实现烟包图像破损检测。

　　5 结论

　　本系统已成功应用于多家卷烟企业，经使用测试，证明了该系统能够满足卷烟企业对烟包外观破损、翘边、露白、反包等质量缺陷的检测需求，而且运行稳定、使用方便。

　　参考文献：

　　[1] 祝荣壮.小盒烟包外观检测系统设计[J].机械设计与制造工程,2017,46(5).

　　[2] 于立军,李绍坚,王国立,等.基于模板匹配的小盒烟包外观检测研究[J].中国科技博览,2012(1).

　　[3] 黄岗.烟包外观视觉检测系统[D].昆明:昆明理工大学,2006.

　　[4] 董明.关于烟包外观质量的改进研究[J].企业技术开发,2012,31(2).

　　[5] 高辉.烟包外观成像技术在ZB47机组中的应用[J].工艺装备,2017(4).

　　[6] 沈宇航.高速小盒烟包外观质量检测系统设计[J].机械设计与制造工程,2017,46(9).

　　（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第05期第68页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。）