機器視覺系統在GDX2包裝機組中的應用
1系統組成
機器視覺系統一般包括光源、鏡頭、CCD照相機、圖像處理單元（或圖像采集卡）、圖像處理軟件、監視器、通訊（或輸入輸出）單元等。視覺系統的輸出不是圖像視頻信號,而是經過處理后的圖像數字信號。上位機和PLC實時獲得檢測結果后,通過運動系統或輸入輸出系統執行相應控制動作。視覺系統可分為基于PC系統和基于PLC系統。在基于PLC系統中,視覺作用更象一個智能化的傳感器,圖像處理單元獨立于系統,通過串行總線和I/O與PLC交換數據,系統硬件利用嵌入式計算機進行圖像處理,系統軟件固化在圖像處理器中,通過鍵盤對監視器中的菜單進行配置,或在計算機上開發軟件后下載。基于PLC的機器視覺系統具有集成化、小型化的特點基于PC的機器視覺系統中,由CCD攝像頭采集檢測對象的圖像,經過數據采集卡轉換成數字圖像,輸入計算機進行處理。該系統具有簡單、可靠、開發周期短等特點。
2系統應用
在煙草行業自動化生產中,涉及到各種各樣的質量檢查等,如煙支鋼印位置和產品包裝缺陷（諸如破損、翹邊、缺蓋、露白、反包、包裝錯位、包裝材料印刷錯誤）的檢測等。這些高速、重復的工作若依靠人工進行檢測,檢驗合格率就得不到保證。為解決外觀質量的檢測問題,曾使用過接觸式電感應檢測裝置,但由于其本身的局限性,卷煙包裝成形過程中的質量檢測問題未能得到解決。因此,為提高卷煙的外觀質量,機器視覺系統開始應用于煙草行業,成為視覺測量的理想方案。本文以基于PC系統為例,介紹了機器視覺系統在GDX2包裝機組小盒外觀檢測中的具體應用及其效果。
2.1系統硬件組成
系統硬件結構如圖1所示。該系統采用NI（美國國家儀器）公司的PCI1409圖像采集卡采集煙包外觀圖像。由CCD攝像頭采集的圖像,經過數據采集卡轉換成數字化圖像輸入計算機,應用程序將采集到的圖像與預存的標準圖像進行對比、判斷,并通過相應的控制系統將存在外觀缺陷的煙包從設備剔除口剔除（圖2）。
圖1基于PC的機器視覺系統組成
圖2基于PC的機器視覺系統檢測流程
2.2系統圖像分析處理
（1）系統照明。照明是進行圖像處理和分析的重要外部條件之一,該系統選用了FOSTEC可調試光源20750.2,穩定可靠,有利于圖像采集。
（2）檢測信號的同步。為保證檢測信號的同步,增設了檢測同步傳感器,安裝在機器背后的機械轉輪上（圖3）,可用于煙包檢測和殘次煙包的剔除。
圖3檢測信號的同步
1.CCD同步傳感器2.軸編碼器3.CCD同步檢測塊
（3）系統軟件的構成。該系統使用了LabVIEW、I2MAQVision和IMAQVisionAssistant等開發軟件。Lab2VIEW的數據流式編程、IMAQVision強大的圖像處理能力以及IMAQVisionAssistant的代碼自動生成功能,不僅縮短了系統的開發周期,也降低了成本。
（4）圖像特征比較算法。利用IMAQSubtract函數將實時煙包圖像與標準圖像相減兩次,可得到表示兩個圖像明暗程度主要區別的參數值。利用IMAQAdd函數將兩個參數疊加成一幅圖像,IMAQThreshold函數產生一個二值圖像,由IMAQRemoveParticle函數對圖像進行處理。另一種方法是用IMAQBCGLookup函數替代IMAQThreshold函數,利用IMAQGrayMorphology函數對圖像進行處理,該方法由于沒有轉換為二值圖像,可以使最終產生的圖像粒子更加連貫。根據最終產生圖像可以判斷被檢測煙包是否屬于殘次煙包。
（5）殘次煙包的剔除。如圖4所示,檢測系統利用機器原有的雙垛煙包剔除裝置對殘次煙包進行剔除。
圖4檢測傳感器及剔除位置
1.檢測傳感組件2.煙包運行方向3.小包外包透明紙包裝成形4.被檢測煙包5煙包輸送帶6有機玻璃蓋7煙包堆垛8殘次煙垛剔除口
3應用效果
GDX2包裝機組安裝了機器視覺系統后,存在包裝缺陷的煙包（如煙盒破損、缺蓋、露白、反包、包裝錯位等）均在殘次煙垛剔除口被自動剔除。據市場質量反饋統計,系統安裝前1個月內,有關煙包外觀質量問題收到市場反饋3次共8包（小盒缺蓋、包裝錯位等）,系統安裝后3個月內,未接到一起煙包外觀質量問題反饋。
機器視覺系統應用于GDX2包裝機組,保證了高速、自動化卷煙包裝生產的順利進行,提高了卷煙的外觀質量,而且還易于實現信息集成,為企業實施計算機集成制造提供了技術基礎。同時,視覺系統的檢測數據可以幫助管理部門及時發現設備、材料等方面的潛在問題,有利于提升卷煙企業的總體管理水平。
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