机器视觉技术在烟草包装设备上的应用

机器视觉技术在烟草包装设备上的应用
摘要：基于机器视觉技术的烟包检测器是以机器视觉技术为基础，通过软件对兴趣区域进行处理，就能识别有质量缺陷的烟包。

关键词：机器视觉技术工业相机兴趣区域图像处理技术Application of Machine Vision Technology in the Cigarette Packaging Equipment
Abstract：The cigarette packet detector based on machine vision technology will be able to identify quality defects in the cigarette packet by processing the area of interest through software.
Key words：Machine vision technology Industrial camera Area of interest Image processing technology
GDX2硬盒包装机是目前烟草行业普遍使用的一种包装设备，烟包的卡纸是包装工序的质量关键控制点之一，它主要起到固定烟包内烟支的有序排列，整固托起烟包外包装，使烟包获得较好外观形状的作用。

在包装工序中，针对卡纸的质量检测只有四号轮缺卡纸检测，而在五号轮，没有设计小盒卡纸缺陷检测装置。

许多卷烟厂在生产过程中都不同程度出现过卡纸缺失的小盒烟包混入成品烟中的现象，这将影响企业的产品质量和声誉。

如果有一种基于机器视觉技术的烟包检测器，将它安装在G.DX2
包装机的五号轮上方，对烟包的卡纸以铝箔纸及进行拍照，当检测到有质量缺陷的烟包时向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷烟包剔除，就能杜绝卡纸缺失的小盒烟包混入成品烟中的现象。

基于机器视觉技术的烟包检测器主要由图像采集组件、控制器及编码器等外围设备组成。

图像采集组件由工业相机和光源组成，负责图像信号的采集，是机器视觉技术的核心元件，它将采集的图像送给控制器；控制器由控制组件、触摸液晶屏及一个母板组成，控制组件通过图像处理技术对工业相机传送来的图像进行初步处理，然后和标准图像进行对比，判断烟包是否存在质量缺陷，如有质量缺陷便向包装机组控制系统发送相应剔除信号，包装机组接收到剔除信号后，在剔除口把相应缺陷烟包剔除；编码器的主要功能是为控制器提供机器角度，以便工业相机在最佳角度拍照，并在设定的角度内传送剔除信号。

基于机器视觉技术的烟包检测器的原理框图如图1所示。

基于机器视觉技术的烟包检测器的软件主要包括控制组件上位机软件和控制组件接口板控制软件。

控制组件上位机软件负责图像处理以及系统的整体控制，通过控制组件接口板上的通讯接口与工业相机进行通讯，接收采集到的图像数据。

每次工业相机上电，会连续对相机进行5次识别，总共上电5次，5次以后仍未识别到相机，则定义相机识别失败；识别成功后，则进入工作页面，相应程序如下：
private void timer_Tick（object sender，EventArgs e）
if（ICImagingControl1.Devices.Length > 0）
{
CameraName = ICImagingControl1.Devices[0]；
if（CameraInitTest（CameraName）== true）
{
Global.CamaraName = ICImagingControl1.Devices[0].Name.ToString（）；
}
}
else
{
DelayCount++；
if（DelayCount < 5）
{
timer.Enabled = true；
else if（DelayCount == 5）{
CameraPowerOff（）；timer.Enabled = true；
}
else
{
CameraFlag++；
if（CameraFlag < 5）{
CameraPowerOn（）；DelayCount = 0；
timer.Enabled = true；
}
else
{
CameraFlag = 0；
DelayCount = 0；
}
}
}
}
通过图像处理技术对每次捕获的烟包图像有兴趣的区域进行处理，处理过程中根据各兴趣区域不同形状、不同算法分别进行计算，最终得出当前烟包各个兴趣区域的完好、缺陷情况，相应程序如下：private void TobaccoImage_Processing（）
{
for（i = 0；i < ROINumber；i++）
{
if（ROI[i].ROIArithmetic == 0）
{
if（ROI[i].ROIShape == 0）
{
ImageGray = ImageROI.ConvertToGrayImage（）；
ThresholdROI（ImageGray，i）；
ContourBuf = ImageGray.FindContours（）；
AreaMax = ComputeContourArea（ContourBuf）；
if（（AreaMax > ROI[i].ROIEjectPixMax）||（AreaMax < ROI[i].ROIEjectPixMin））
{
ROIMissingPos |=（UInt32）（1 << i）；
}
}
else if（ROI[i].ROIShape == 1）
{
ImageGray = ImageROI.ConvertToGray（）；
ThresholdROI（ImageThreshold，i）；
ContourBuf = ImageThreshold.FindContours（）；
AreaMax = ComputeContourArea（ContourBuf）；
if（（AreaMax > ROI[i].ROIEjectPixMax）||（AreaMax < ROI[i].ROIEjectPixMin））
{
ROIMissingPos |=（UInt32）（1 << i）；
}
}
else if（ROI[i].ROIShape == 2）
{
ImageGray = ImageROI.ConvertToGray（）；
ThresholdROI（ImageThreshold，i）；
ContourBuf = ImageThreshold.FindContours（）；
AreaMax = ComputeContourArea（ContourBuf）；
if（（AreaMax > ROI[i].ROIEjectPixMax）||（AreaMax <
ROI[i].ROIEjectPixMin））
{
ROIMissingPos |=（UInt32）（1 << i）；
}
}
}
}
}
根据各兴趣区域的数据和标准数据进行对比就可以判断是否存在铝箔缺失、内衬纸缺失等质量缺陷，控制组件上位机软件的基本流程如图2所示。

控制组件接口板控制软件主要负责执行控制组件上位机软件的命令，并对外围设备进行相关操作。

控制相机曝光及输出剔除信号程序如下：
while(1）
{
ExePCComm（）；
if（FlagExposure == 0）
{
if（QEIPos >= ExposurePhase）
{
CPLDwriteDataLow |= 0x90；
CPLDwrite（CPLDwriteDataLow，3）；
TimerState = 0；
TIMER1_CTL_R = 0；
TIMER0_CTL_R |= 0x01；
FlagExposure = 1；
}
}
if（FlagEject == 0）
{
if（QEIPos >= EjectPhase）
{
temp2 =（DelayEject &（0x01 <<（Delay_Count - 1）））；
if（temp2 != 0）
{
temp = 0x01；
}
else
{
temp = 0；
}
CPLDwriteDataLow =（temp |（CPLDwriteDataLow & 0xFE））；
FlagEject = 1；
}
}
}
控制组件接口板控制软件完成的功能主要包括：通过信号采集电
路读取编码器的当前相位，并传送给控制组件上位机软件；控制图像采集组件在指定相位进行图像采集；向包装机组控制柜发送剔除信号及诊断信号，软件基本流程如图3。

这样，就可以将所有烟包的图片拍摄出来，并通过机器视觉技术将兴趣区域的图像进行处理，识别出有质量缺陷的烟包，并发出剔除信号，将有质量缺陷的烟包剔除，保证了产品的质量。

参考文献
[1] 赵鹏.机器视觉理论及应用[M].电子工业出版社，2011.
[2] 伊兹科维兹.32位ARM微控制器系统设计与实践[M].北京航空航天大学出版社，2010.
[3] 蒋清明.C语言程序设计[M].中国矿业大学出版社，2009.。