GDX2包装机烟包外观检测技术现状调研

GDX2包装机烟包外观检测技术现状调研
摘要：烟包外观检测是指卷包生产线上成品小包裹包成型过程的检测，主要
针对小包制成后表现出来的材料缺失、破损、位置不良、折叠不良等质量缺陷的
检测。

过去主要是由光电式传感器和人工辅助进行，质量、效率低而且准确率还
不高。

随着消费者对烟包包装外观质量的要求不断提升，能否准确识别并剔除缺
陷烟包，对品牌形象的塑造有着重大意义。

显然，目前行业内包装机的检测器由
于检测原理和位置受限，已经无法满足较高的生产质量要求。

关键词：包装机、外观、检测技术、现状调查
引文：现国内外及行业内的视觉检测系统应用最普遍的为小盒外观检测器、
烟支检测器、拉线检测器等。

小盒外观检测器系统大多是基于PC系统的视觉检
测系统，以南京文采科技有限公司的WSPI-I型小盒外观检测器为例，其组成为
PC机、摄像机、I/O控制板卡、千兆以太网卡、LED电源、检测光电开关、触摸
液晶屏等组成，成本高昂、开发周期长、体积庞大，不适用于现有卷烟包装设备
的全过程视觉检测的开发应用。

而基于单片机、DSP处理器的视觉缺陷检测系统
具有较高的灵活性，较具有代表性的是中科院四十一所的烟支检测器，能对缺支、空头、烟支排列不齐等烟支束准确的剔除，但因其处理器为单片机，性能不佳，
处理速度达不到要求、易受干扰等原因无法实现图像处理较复杂的全过程检测，
只能实现简单的二值化及灰度处理而难以实施。

厦烟余滨松研制的同样为嵌入式
单片机系统的可视化拉线检测器能准确的对拉线进行检测，检测效果良好，已经
广泛使用，但由于图像处理速度不足等硬件原因尚无法在更多工位上应用。

随着
视觉技术的进步，一种集成PC机、摄像机、摄像头、通信协议、通信接口等的
智能工业相机问世，其兼具强大的运算能力和可靠的稳定性。

在智能工业相机上
可搭载WINDOWS 10操作系统，完美兼容视觉识别软件及人机交互客户端，还拥
有极大的内存空间存储缺陷样品图片，为产品的追溯提供有力的保障，另外因其
集成化高、性能优越，为包装机全过程检测及今后更多的发展领域提供了极高的
适用性和可拓展性，作为智能检测系统的核心将是以后发展的趋势。

1.现状调查
通过下列对行业内现有应用较广泛的GD机视觉检测系统的分析，较成熟的应用为小盒外观检测器和烟支检测器，仍然无法做到对产品的全过程检测。

1.1 GD包装机五轮烟包盒内外观缺陷的视觉检测
盒内裹包成型主要由二号轮完成内衬纸的折叠裹包，四号轮完成框架纸的包装及检测、烟包输送，五号轮完成商标纸的折叠，它们外观检测在辅料供给或成型过程进行。

目前的盒内外观检测主要由铝箔纸错位、缺拉片、四号轮框架纸存在检测三处的光电检测器组成，分别介绍它们的工作原理：
铝箔纸错位检测：两个铝箔纸错位光电检测器2B226、2B227在GDX2机器相位130°都检测到铝箔纸则位置正确，否则降速并剔除；连续发生三次则停机显示“铝箔纸错位”故障信息。

三号轮拉片检测：三号轮拉片光电检测器2B518在GDX2机器相位85°进行检测，如果未检测到铝箔纸则停机，并显示“缺拉片”故障信息。

四号轮框架纸存在检测：光电检测器2B511在GDX2机器相位40°检测，如果没有检测到框架纸，则停机并显示“四号轮无框架纸”故障信息。

分析现有光电检测的不足：一是存在检测盲区：烟包从四号轮无框架纸检测后，至盒内裹包最后一个工位——五轮五工位均无盒内外观检测装置，过程发生的刮擦、挤压、输送不良等质量缺陷均无法检测，存在巨大质量隐患。

二是检测原理受限：光电检测器的检测原理为当机器运行至某一相位时，触发检测信号，光电检测通过该相位下的物体的反射光的强度检测物体是否存在。

存在严重破损的烟包也可能在该相位恰好能检测到的现象。

因此，若不对五轮盒内外观缺陷视觉检测，可能会导致框架纸缺失、框架纸歪斜、缺拉片、框架纸破损、内衬纸破损等质量缺陷流入下一道工序。

1.2二维码完好性检测及预解码的视觉检测过程
目前行业内已有12家工业公司开展卷烟二维码应用，为确保消费者购买的烟包的二维码的完整性及可识别性，研发一套能够实现生产过程中二维码预解码识别的视觉检测系统尤为重要。

二维码的在解码过程有纠错编码功能，但若烟包框架纸的二维码残缺较严重时会超出纠错范围，导致消费者扫描烟包二维码无法解码，造成较差的消费体验。

二维码的牌号其框架纸均有固定的切割点，若跑位或切割点不当会导致二维码残缺，或者二维码被切割成两部分，另外由于辅料厂来料的黑色接头也会导致烟包无二维码。

1.3烟包第六面（含条形码）视觉检测
小盒烟包完成包装后从八轮出口输出，经过输送皮带及小包翻转器输送到CH 小玻机。

目前采用的小盒外观检测器安装在GD主机烟包输送通道，在烟包输送过程中对烟包进行检测。

如图，小盒外观检测器装有三个工业相机及LED照明装置，当烟包到达第一个光电检测时，触发三个摄像头对烟包拍照采集，图像信号传送至高速工业PC机，通过PC机的图像处理，输出一个合格品或不合格品的信号，在烟包到达第二个光电检测开关时，若不合格品则由IO控制板卡输出一个高信号给喷气剔除装置剔除该烟包，若合格品则剔除气阀不动作。

由于烟包在八轮出口的输送皮带上往CH小玻机传送时烟包侧面第六面紧贴着输送皮带，导致三个摄像头均无法对其第六面图像进行采集，从而无法检测。

因此，小盒外观检测器的检测面仅限于五面。

而在成产过程中，小盒商标在输送过程中，有可能导致小盒商标第六面侧边撕破、小盒烟包放反、条形码破损等问题。

因此有必要对烟包第六面外观进行视觉检测。

1.4小玻破包（散包）视觉检测
小玻裹包成形及热封系统：完成小盒透明纸的折叠、热封。

包有单张透明纸的烟包被钩形推包杆推入成形套口完成“］”形折叠，由长边折叠板向上运动将侧面下长边透明纸向上折叠，折叠后包装成形轮顺时针转动，侧面上长边透明纸遇到弧形折叠板后向下折叠完成烟包侧封折叠。

包装成形轮转动后，完成透明纸错位检测及烟包侧面热封。

推包器将烟包从包装成形轮推出，进入折叠通道，在
此过程小玻破包光电检测器对小玻检测，在通道两侧的折叠板将已翻身的烟包一
侧两端折角向内折叠，烟包继续向前，由另一对折叠板把两端的下短边透明纸向
上折叠。

当烟包进入叠包提升台后，叠包器向上提升，在提升过程中实现两端的
上短边透明纸折叠，完成小盒透明纸折叠。

当完成小包双包叠包后，在双联推包
器的推动过程中由端封烙铁完成烟包端面热封。

可知，目前CH小玻裹包成型缺
陷检测也是由光电检测器完成，仍需要一套视觉检测系统对小玻包装质量的保障。

2.可研究方向
在分析GD包装机小盒烟包生产的工艺流程的基础上，从行业内GD包装机小
盒烟包生产全过程中检测系统存在的不足入手，通过视觉检测技术的研究，研制
一款基于智能工业相机的可在多个工位、多个检测点安装的通用型的视觉检测的
系统，实现了小盒烟包在包装全过程的检测。

2.1五轮盒内外观视觉缺陷检测（含二维码预解码检测）的研究应用：
盒内外观检测系统安装在盒内裹包成型的最后一个工位——五号轮五工位。

在此处解决盒内外观缺陷和二维码预解码的过程。

2.2第六面外观视觉缺陷检测（含条形码预解码检测）：
第六面外观视觉缺陷检测系统安装在CH转塔后的链条输送带上，弥补了小
盒外观检测器无法检测第六面的问题并在该处完成条形码预解码功能。

2.3小玻破包视觉检测：
小玻破包视觉检测安装在CH短边加热器出口，该工位小玻已经裹包成型完成。

解决了GD包装机小玻外观缺陷视觉检测的过程。