現在大多數煙廠已經使用自動裝封箱機，但由于原設備上沒有條包煙缺陷質量檢測器，完全依靠人工來檢測條包煙外包裝質量，卷煙產品的次品揀出率受人為因素影響較大，條包煙包裝質量缺陷事故偶爾發生，影響企業產品商業信譽。

傳統的人工來缺陷檢測遠遠不能滿足精細生產的需要。當前，機器視覺技術和圖像處理技術的在線檢測系統正好能完成重復性強，檢測精度高的工作。它綜合應用了電氣、電子、光學、自動控制、計算機、圖像處理、機械等相關技術，來實現條包煙外觀質量、噴碼質量的自動檢測和控制，剔除缺陷條包煙。

系統工作原理、成像系統運行的流程圖

1、工作原理

條包煙圖像檢測系統基本原理：在生產檢測狀態下，條包煙到達預定位置時，同步傳感器產生觸發信號，通過視覺圖像傳感器和圖像采集卡采集條包煙外觀圖像，經圖像處理軟件對圖像進行分析，在下一條包煙到達之前，完成上一條包煙的全部分析處理，而噴碼的質量檢測是由智能相機來采集，并對采集的數碼進行智能化處理判斷，這兩部分檢測均給出合格或者不合格的結論，傳送至PLC控制系統，如果是不合格品，則由PLC驅動高速氣缸將不合格條包煙剔除。

2、成像系統運行的流程圖

根據包裝機的生產工藝流程，采用順序檢測進行控制，系統程序流程見圖1。同步觸發傳感器信號到達后，視覺圖像傳感器和智能相機采集煙條外觀圖像，經圖像處理軟件對圖像進行分析，對采集的數碼進行智能化處理判斷，進行缺陷判定和統計，并將檢測結果信號傳送至PLC控制系統。

圖1 成像系統運行流程圖

系統硬件設備及其功能

根據卷煙制品包裝質量控制系統的要求，設計了圖2所示煙包質量控制系統。整個系統由上位機、觸摸屏、視覺圖像傳感器、圖像采集卡、智能相機、分離裝置、觸發傳感器、LED光源、電磁閥等組成，如圖2所示。

（1）圖像采集硬件采用丹麥相機JAI-CV-A11和加拿大CORECO公司的圖像采集卡PC2-VISION，噴碼檢測采用康耐視DVT智能相機ISXS-5RC，它們將采集的信號傳送給貝加萊工控機APC620。

（2）觸摸屏與貝加萊工控機APC620的RS485口通信，實時顯示系統運行信息，可設置參數，以及提供多種操作方式。

（3）檢測噴碼智能相機與貝加萊工業控制計算機使用工業以太網和TCP/IP通信協議通信，在WINDONS-XP下通過運行FRAMEWORK軟件編制調試智能相機參數程序。

（4）分離裝置由電機驅動，將條包煙減速通過并分離。

（5）觸發傳感器、光源、電磁閥分別為，光纖放大器FS-21R，光纖探頭FU35-FA和NF-DB04，光源組為可變色譜LED攝影燈，噴碼檢測光源為紅色光源，剔除電磁閥選用MAC 公司35A系列產品。

圖2 系統硬件結構框圖

圖像處理軟件設計

1、圖像處理軟件開發基于Windows XP 下的VC6.0++,圖像處理函數庫采用Coreco公司的Sapera5.3。

下面針對幾種特定的檢測功能，簡單介紹圖像處理軟件算法設計原理。

1）錯牌檢測。

錯牌是指其它品牌的煙條偶爾混入到當前流水線中，這是一種嚴重缺陷，要求接近100%的剔除概率。針對這種缺陷，采取模板匹配的圖像處理方式進行檢測，實踐證明識別準確率比較理想，能夠滿足實際生產要求。

它的做法是，事先采集相應品牌的特征圖片，作為標準模板進行保存，系統工作時，每條經過檢測的煙條圖片都和標準圖片進行模板匹配運算識別，得到當前的相似度系數，通過與預先設定的相似度門限值進行比較，從而判斷是否出現錯牌缺陷。

模板匹配的數學原理是將模板（子圖）與目標區域進行二維相關運算，在設定范圍內搜索出相關系數的最大值，再與設定值比較，從而可以判斷是否匹配成功，如果匹配成功說明在目標區域存在與標準模板相近似的圖案。每一種品牌的煙包裝都存在獨特的牌號圖案，所以一般截取該圖案作為該品牌煙條的標準模板。

模板匹配在Sapera函數類庫中位于CProSearchArea類和CProSearchEdge類，具體使用涉及幾十個成員函數。

2）表面異常檢測。

表面異常缺陷是指煙條表面像素出現超出正常范圍的灰度值分布，這種情況往往表示煙條表面出現了一定程度的表面缺陷，由于個別像素正常情況下也會出現比較大的波動，因此采用統計指標（均值、方差）來衡量表面異常的程度，根據正常煙條的指標范圍設定門限，當出現超過范圍的煙條時，系統可以自動判斷并剔除。

統計指標計算函數在Sapera函數類庫中位于CProBasic類，函數 bool Stats(CProImage& in, float *mean, float *sd, float *min, float *max);

各參數函義：in是待計算的圖像，mean,sd,min,max分別是均值、方差、最小值和最大值。

3）拉線缺陷檢測。

拉線缺陷包括拉線缺失、拉線歪斜和拉線錯牙等幾種情況，本系統中采集到的正常拉線的圖像特征表現為垂直的線，因此可以通過在設定區域尋找直線的圖像處理算法，來檢查拉線的完好情況。

判斷直線的方法一般采用Hough變換來實現，通過Hough變換可以找出設定區域內直線是否存在以及直線的斜率、數量等參數，綜合運用這些參數就可以判斷出拉線的各種缺陷。

例如：Hough變換在Sapera函數類庫中位于CproBasic 類，Hough變換函數形式為：

bool Hough(CProImage& in, CProImage& out, XformDir direction, int startAngle, int endAngle, float angleIncr, HoughAccumMode accumulate) ^[6]。

2、防偽噴碼檢測

針對條包煙上噴印防偽數碼過程中出現的“漏噴、模糊、缺字、移位”等質量問題，本系統通過智能相機獲取噴印在BOPP包裝膜上的防偽數碼圖象并將其轉化為數字信號，采用工控機和軟件（FrameWork）技術對圖象數字信號進行處理，實現模式識別、坐標計算、灰度分布圖、OCR識別、測量等，從而得到所需要的各種目標圖象特征值。

再通過系統OCR軟傳感器對組成數碼的每一位字符的形態，特征、像素等參數進行計算測定，并在容許度和其他設定的參數條件范圍內通過系統所具有的智能化學習功能對字符的特征進行學習處理，以判別噴印的防偽數碼字符的正常表現形態。

并將智能化處理判斷結果傳給PLC控制系統，由PLC運行用戶程序對信號進行邏輯處理，控制高速電磁閥驅動高速氣缸，從而控制執行機構完成對超出檢測設定的參數條件的不合格條包煙的剔除并報警。

3、自動建模功能介紹

由于每完成一次完整的檢測需要人工設置比較多的超差門限參數，比較費時費力，給現場的使用帶來不便，因此軟件特別設計了自動建模功能，可以幫助人工比較快的找出合適的門限值。

自動建模的工作原理是先打開自動建模功能，然后讓一定數量的合格條包煙通過檢測器，軟件將自動計算和統計該批條包煙的每項指標的分布范圍，再按照經驗系數自動分配好每個檢測門限的默認值，一般情況下再經過人工的簡單修正就可以投入使用。

PLC程序流程圖

PLC控制系統實時采集輸入點信號，并將有缺陷條包煙的結果保持在寄存器LR和HR中，同步移位后進行剔除，如此反復進行完成每條條包煙的自動檢測控制工作（見圖3）。

圖3 PLC軟件程序框圖

結束語

本文主要研究設計了基于機器視覺技術、工業控制機和觸摸屏的控制系統，完成了系統中軟件、硬件及人機界面設計，通過它們的結合，解決了條包煙外觀和噴碼質量檢測的問題。

在四平卷煙廠YP11A型裝封箱機上應用后，系統對條包煙反包、包裝錯位、無透明紙、無拉線、透明紙皺、條盒翹邊、錯牌號、噴碼漏噴、模糊、缺字、移位等多種質量缺陷的條包煙，對不合格條包煙進行剔除，運行穩定，保證產品質量。

（本文選編自《電氣技術》，作者為孫軍、甘益員等。）