研制PASSIMM卷烟机烟支外观在线检测装置【烟厂QC成果】

调查分析
通过万方数据库、百 度学术、中国知网的查新， 未发现卷烟机烟支外观在 线检测相关方面的专利。 我们大家都知道，GDX2包 装机上有一种小盒成像检 测装置，可以检测小盒表 面的多种缺陷，为我们提 供了研究的思路。
1
目标的设定
小组经过论证，把本次活动目标设定为：
研制PASSIM烟支外观在线检测装置 外观缺陷烟支检测剔除率达到90%以上
成本较低。
不能实现烟支360°检测。光线在卷烟纸、接装纸表面发生漫反射，反射光线减弱，微小 缺陷不易发现，模拟实验时检测准确率平均为56.70%，小于90%的目标。易受粉尘、振 动影响，识别率较低。
通过分析和模拟试验，我们最终确定的最佳方案：
01
小组结合结构分析，现场调研，将烟支外观检测分解为5个子方案。
小组名称
拼搏者 QC 小组
成立时间
课题名称
研制 PASSIM 烟支外观在线检测装置
课题类型
注册编号
AY-QC-06-2016
注册日期
历史成绩 全国优秀质量管理小组、河南省优秀质量管理小组等称号
活动情况
每月≥2 次
受 TQC 教育
小组成员接受 TQM 时间均在 80 小时以上
成员情况
成员姓名 郑国栋 胡亚凯 卫剑 王玉芳 吴歌 张金 朱永明 王璐 赵林 逯江
平均值 93.0% 94.0% 91.0% 94.0% 94.0% 92.0% 92.0% 94.0% 91.0% 93.0% 92.8%
模拟实验污渍检测剔除率为92.8%。
提出方案
提出方案
为了找出最佳方案，通过查阅相关规范文件，调研生产现状等， 通过我们讨论并确定以下四个筛选条件：
序号 1 2 3 4
46
46.3
46.5
接装纸 94.0% 96.0% 92.0% 94.0% 92.0% 90.0% 92.0% 92.0% 90.0% 94.0% 92.6%
剔除率
卷烟纸 92.0% 92.0% 90.0% 94.0% 96.0% 94.0% 92.0% 96.0% 92.0% 92.0% 93.0%
卷烟机是电气与机械机构高度的融合体，小组成员大部分都有卷烟机维修工 的经历，其中小组成员卫剑是河南中烟聘用的高级维修技师，他充分肯定了该项 目的可行性。
获奖情况
小组成员曾多次获公司、省级奖励，科研能力突出。
2.2 理论可行性
图像处理是将 CCD 照相机所 捕获的目标图像转换成数字信号， 然后对该信号执行多项算术运算， 从而提取目标的参数。最后，根据 预设的容差极限输出微分结果。
需要满足原有机型的空间位置，抗电磁干扰能力要强，成本要低。
05
剔除方式的选择
我们选择了用电信号并联到原有设备的气动剔除 装置上，利用原有机器进行烟支剔除。
目标要求 （1）有效剔除率越高越好； （2）结构简单，可靠性高 ； （3）成本费用≤1000元。
剔除方式 图例
出口烟道处增加机械式剔除装置
利用原有卷烟机气动剔除
缩头 漏气 其他
缺陷频次 1529 741 126 87 18 19 4 7
累计频次 1529 2270 2396 2483 2501 2520 2524 2531
频率 60.41% 29.28% 4.98% 3.44% 0.71% 0.75% 0.16% 0.28%
累计频率 60.41% 89.69% 94.67% 98.10% 98.81% 99.57% 99.72% 100.00%
剔除有效率 维修性 成本费用
剔除率较低，浪费大 相对较难
气缸+固定座+推卸板共约1000元
剔除准确，浪费小 方便
两个驱动模块共约800元
根据以上一系列的模拟试验及对比选择后，我们确定了烟支外观在线检测装置的最佳方 案，如图所示：
烟支外观在线成像检测装置
影像采集单元选择
处理单 元选择
文化程度
本科 本科 本科 本科 本科 研究生 本科 本科 研究生 研究生
职称
工程师 工程师 工程师、高级技师 工程师 工程师
助工 助工 助工 助工 助工
职务或职称
电气技术员 车间主任 技术主任 质量主任
工艺质量改进员 维修工 维修工 维修工 维修工 维修工
组内职务
组长 副组长
组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员 组员
筛选条件（方案分目标） 实现烟支外观360°检测 外观缺陷烟支检测准确率≥90%
在线全检 预算成本≤5万元
条件依据 课题目标值
课题目标值
课题目标值 《卷接包车间QC管理办法》（AY/JB
QC01.01）
04
增加出口在线检测装置
在综合测试台扫描通道处增加烟支外观在线检测模块， 通过综合测试台机械手吸取烟支，烟支落入扫描通道，烟支 外观检测模块进行检测，判定烟支是否存在外观缺陷。
开发难易度 处理时间 图片分辨率
装置要求
成本 是否满足要
求
图像采集卡较难开发 4ms
高精度、高分辨率
无须其他配件 30000元左右
不满足
图像采集卡较难开发 5ms
更高精度、更高分辨率 相机与被测物体具有相
对运动 10000元左右
满足
无须图像采集卡 5ms
高精度、分辨率一般 相机与被测物体具有
相对运动 15000元左右
不满足
01
影像采集模块选择 B、影像成型单元
目标要求 （1）费用≤2000元； （2）满足清晰度要求； （3）响应速度快； （4）功耗比尽量低。
成本费用 像素
响应速度 功耗比
是否满足要求
1550元左右 1000万
响应速度快 需要外加电压、功耗高
满足
1200元左右 800万
响应速度慢 直接放大、功耗低
调查分析
检测项目
空头
抽检间隔（分钟/次） 实时
是否需要人工检测
否
检测项目
变形
抽检间隔（分钟/次） 实时
是否需要人工检测 否
爆口 5 是
粘贴口 10
是
断残 5 否
搭口 10
是
破损 10 是 夹末 10
是
拼接 10 是
钢印 10
是
污渍 10 是 孔洞 10
是
黄斑 10 是 油烟 10
是
PASSIM卷烟机自带空头、缺嘴等在线检测装置， 但烟支表面的缺陷仍靠人工抽检来识别。 ①人工检测项目占烟支质量检测项目的78.57%，占比较大。 ②人工检测仅能抽取烟支通道上层烟支。 ③人工检验结果受人为因素影响较大。
烟末对成像影响较小， 可以实现360°检测， 对焦容易。
04
连接方式的选择
网络传输
光纤传输
共缆传输
目标要求 （1）满足原有空间位置； （2）抗电磁干扰能力强； （3）成本低。
数据传输 国家标准 抗电磁干扰
成本（元）
是否满足要求
3级 一般 800 不满足
4级 很好 3000 不满足
4级 很好 1000 满足
目标要求 （1）系统灵活性高； （2）成本费用较低； （3）编写程序简单； （4）处理图片时间≤4ms； （5）满足并行任务处理需求
系统灵活性 成本费用
编写程序
处理图片时间 并行任务处理 是否满足要求
较高 3800元左右
编程简单
4ms 满足要求 不满足
较低 200元左右
编程难度大 （升级困难）
2ms 不满足要求
2008 年 创新型 2016.6
组内分工
方案策划 组织协调 技术指导 技术指导 数据采集 方案实施 方案实施 方案实施 方案实施 方案实施
提出问题
PASSIM卷烟机生产速度 8000支/分钟
人工每10分钟抽检一次, 每次只抽检两条（400支）。
调查分析
缺陷类型 表面缺陷
空头 滤嘴切口 烟丝外露 烟支切口
照明光源由目标反射，反射光通过镜头汇聚。目标图像聚焦在 2D CCD 摄像元件 上，与亮度成比例的视频信号 (模拟信号) 从CCD 摄像元件发送到控制器。控制器根 据模/数转换后的数据 (8 位 = 256 级) ，检测目标面积、形状或位移方面的差异。
2.3 模拟实验
我们利用辅料生产厂家辅料质量检测系统来验证目标是否可行。 人为在卷烟纸、接装纸等辅料上设置污渍点。让设置好的辅料通过辅 料厂家的检测系统，统计系统检测并剔除出的缺陷数量与人为设定的 缺陷数量，并进行比对计算，从而验证设定的目标是否可行。
研制在线成像检测装置
借鉴GDX2包装机小盒成像检测系统。1、将正 常接装纸、卷烟纸粘贴至小盒烟包表面，拍摄成像并 录入检测系统标准数据库；2、用记号笔在接装纸、 卷烟纸上作污渍标记，粘于小盒表面；3、通过小盒 成像装置进行检测并观察检测结果。
实验次序 检测剔除率 实验次序
检测剔除率
1 100%
6
100%
如期间再造成表面缺陷就无法检测剔除。
拆卸维修便捷性
结构紧凑，拆卸较难
是否满足要求
不满足
空间较充裕，便于安装
距烟支出口适中 拆卸比较方便
满足
上部空间较小，下部充裕
距烟支出口最近，对系统检 测反应时间要求较高
检测鼓轮结构复杂精度高，拆卸 较难 不满足
PC处理 CPU＋ASIC
DSP
02
CPU处理单元的选择
烟支序号 第 1 支 第 2 支 第 3 支 第 4 支 第 5 支 第 6 支 第 7 支 第 8 支 检测用时 18 秒 18 秒 18 秒 18 秒 18 秒 18 秒 18 秒 18 秒
静态检测，受卷烟机振动、灰尘影 响较小，并能实现烟支360°检测。 不符合在线全检的要求，且成本高。
04
2
目标可行性分析
2.1 小组科研力量
评估项 资金 人员
技术
内容
在资金方面，厂里领导高度重视本次小组活动课题，提供了资金和硬件设备 支持。
在人员方面，小组成员由硕士、本科学历组成，技术力量雄厚。小组成员郑 国栋、张金具有丰富的车间工作经验，卫剑、王玉芳等参与过车间多项攻关科技 项目，并多次获奖，具有一定的科技研发经验。小组由车间主任、高级技师和班 组技术骨干组成，实力雄厚。
试验 顺序
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值
人工设置的缺陷数 量（个）
接装纸 卷烟纸
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
5050Leabharlann 505050
50
系统检测并剔除数 量（个）
接装纸 卷烟纸
47
46
48
46
46
45
47
47
46
48
45
47
46
46
46
48
45
46
47
不满足
适中 400元左右
编程简单 （程序可直接调用）
2ms 满足要求
满足
根据CPU图片处理速度的要求，从编写程序的难易程度、成本等方面考虑，选择了DSP处理器。
03
镜头照射方式的选择
烟末对成像影响较大， 存在检测死点，故不能实现360°检测。
烟末对成像影响较小， 可以实现360°检测， 烟支与镜头距离过近，对焦困难。
方案系统控制图
子方案示意图
5个子方案细化分解为二级方案和三级方案。
01
影像采集模块选择 A、影像采集方式
目标要求 （1）装置满足实际工作要求; （2）开发难易程度低； （3）处理时间≤7ms； （4）拍摄图片分辨率高 （5）成本≤15000元
影像采集方式选择的 原则是在满足工作要求的 前提下开发难度低，处理 时间快，且成本不能太高。
2 100%
7
100%
3 100%
8
100%
4 100%
9
100%
5 100%
10
100%
通过多位置布置检测装置，可实现烟支外观360°检测；模拟实验时准确 率为100%，大于90%的目标；可实现在线全检，预算成本不高。
04
研制在线光学反射检测装置
当均匀光垂直入射产品表面时， 如产品表面没有瑕疵缺陷，出射的 方向不会发生改变，所探测到的光 也是均匀的；当产品表面含有瑕疵 缺陷时，出射的光线就会发生变化。 光敏电阻将光信号转化为电信号， 进而判定烟支是否存在缺陷。
不满足
影像成型单 元要求摄像头在 满足清晰度的前 提下，费用低， 响应速度快。
01
影像采集模块选择
安装位置
取出鼓轮与淘汰鼓轮处
实例图
C、安装位置
目标要求： （1）满足原有机型空间位置； （2）距烟支出口距离适中； （3）便于拆装
最后分离鼓轮与选择鼓轮处
检测鼓轮与选择鼓轮处
空间位置
上下空间均较小
距烟支出口最远，对系统检测反应 距烟支出口距离 时间要求低，但检测后距出口距离远，
目
录
页
01 小组概况
06
对策实施
02 选择课题
07 效果检查
03 设定目标及可行性分析
08
标准化
04 提出方案并确定最佳方案
09 总结和下一步打算
05 制定对策
小组成员的学历由硕 士、本科组成，技术力 量雄厚。其中3名硕士， 1名高级技师，4名工程 师。高学历+高职称+丰 富的工作经验是完成成 果的有力保障！
QC小组
在国内卷烟生产企业中, PASSIM卷烟机组在线检测装置无法对外观质量缺 陷烟支进行检测和剔除（如钢印模糊、接装纸褶皱、表面油污、黄斑等），生 产企业检测方式主要依靠人工抽检来完成，不能实时反映产品生产状况，导致 外观质量缺陷烟支流入消费市场。该成果主要针对缺陷烟支进行在线检测和剔 除，填补了国内卷烟企业烟支外观检测方面的一项空白。
序号对策目标措施地点时间人员1电控柜的设计与安装安装距检测装置10米之内且强电线路与弱电线路间无干扰确定电控柜位置生产车间20160814赵林张金逯江根据各模块尺寸和要求确定各组件的位置绘制示意图根据示意图进行安装2显示器的设计与安装屏幕显示分辨率为1024768高度在适宜操作的1517m范围内确定显示器的位置生产车间20160817朱永明张金郑国栋确定显示器的尺寸购置显示器根据实际情况进行安装3鼓轮处检测装置的设计与安装对大于2mm的烟支外观缺陷识别率达100实现烟支360检测满足空间要求确定安装镜头位置生产车间20160827张金刘晓蒙郑国栋设计支架图纸机加工室加工根据安装设计位置进行测试4其它检测装置设计与安装对2mm的烟支外观缺陷识别率达100确定ccd的位置生产车间2016910郑国栋朱永明赵林设计ccd支架图纸机加工室进行加工组装并调试ccd的清晰度5安装调试设备总体剔除率达到90以上的目标要求连接各组件单元模块线路生产车间20161022逯江张金朱永明运行并安装调试对策实施一