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包裝機(jī)條盒紙膠點(diǎn)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2020-06-16 11:24:51 |來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

  1. 問(wèn)題分析

在生產(chǎn)中,當(dāng)包裝機(jī)正常運(yùn)行,條盒紙下降通道中的檢測(cè)器檢測(cè)到條盒紙時(shí),該信號(hào)送入 IPC 控制系統(tǒng),系統(tǒng)啟動(dòng)條盒紙噴膠電磁閥動(dòng)作,在氣壓泵的作用下將膠水從膠桶中泵出[6], 通過(guò)噴膠嘴噴灑到條盒紙上。涂有膠水的條盒紙下降到接紙盒上與運(yùn)行到該位置的 2×5 煙包進(jìn)行包裹成型,完成條煙的包裝。在噴膠、條盒紙輸送及包裹成型過(guò)程中,由于氣壓、溫度、膠水濃度、膠水質(zhì)量、噴膠嘴、噴膠電磁閥等因素的影響,容易產(chǎn)生條盒紙膠水漏涂的條煙,且該包裝機(jī)無(wú)檢測(cè)設(shè)備對(duì)此進(jìn)行檢測(cè),從而產(chǎn)生缺陷產(chǎn)品。

  1. 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

包裝機(jī)條盒紙膠點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)主要由雙微型高速工業(yè)相機(jī)及LED 光源、智能檢測(cè)模塊、剔除裝置、光纖高速傳輸模塊、工控機(jī) 5 部分組成。其中,雙微型高速工業(yè)相機(jī)主要對(duì)生產(chǎn)中運(yùn)行的條盒紙上的膠點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)拍照,并將采集到的膠點(diǎn)圖像實(shí)時(shí)傳送給智能檢測(cè)模塊;智能檢測(cè)模塊用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理[7];剔除裝置用于剔除不合格產(chǎn)品;光纖高速傳輸模塊可以將當(dāng)前采集圖像和報(bào)警信息傳送到終端計(jì)算機(jī);工控機(jī)用于參數(shù)修改、數(shù)據(jù)接收、圖像監(jiān)控顯示[8]、數(shù)據(jù)記錄查詢等。

 

    1.  

硬件設(shè)計(jì)

條盒紙膠點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)采用嵌入式微處理器雙核 DSP(Digital singal processor)作為主處理器的核心,處理速度為 2 GB/s;看門狗技術(shù)對(duì)軟件運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù);EPROM 存儲(chǔ)器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和備份,保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。圖像采集選用 IBIS5-B-1300 圖像感光芯片,為檢測(cè)系統(tǒng)提供 D0~D9 十位數(shù)字像素輸出信號(hào)、VSYNC 幀同步信號(hào)、HREF 行同步信號(hào)、PCLK 像素同步信號(hào)、SCCB 總線寄存器配置信號(hào)和 SCLK 工作時(shí)鐘信號(hào)等,通過(guò)SCCB 總線協(xié)議方式配置工業(yè)相機(jī)的圖像并以RGB565 數(shù)據(jù)格式輸出,60 萬(wàn)像素的CMOS 高速工業(yè)相機(jī)(美國(guó)某公司)以及千兆光纖傳輸可使圖像傳輸速率達(dá)到 40 MPS。檢測(cè)光源選用高亮度藍(lán)色 LED 閃光燈,保證被測(cè)量點(diǎn)與背景顏色具有明顯差異,提高檢測(cè)的可靠性。電源模塊采用 3 個(gè)穩(wěn)壓直流芯片、防反接二極管和熔斷絲保險(xiǎn)裝置,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性。

    1.  

檢測(cè)程序

采集到的膠點(diǎn)圖像傳送到智能檢測(cè)模塊,該模塊將采集到的圖像經(jīng)過(guò)二值化、濾波等數(shù)字化處理后[9-12],將采集圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行對(duì)比,并將膠點(diǎn)缺失圖像傳輸?shù)焦た貦C(jī)終端,控制剔除裝置將不合格產(chǎn)品剔除,同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。該視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)采用固定工業(yè)相機(jī)進(jìn)行快速拍照,背景基本保持不變,主要對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的膠點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè), 因此采用了基于背景建模的檢測(cè)方法[13],以保證條盒紙膠點(diǎn)在拍照時(shí)的穩(wěn)定性。

    1.  

工控機(jī)系統(tǒng)

工 控 機(jī) 程 序 主 要 是 利 用 Microsoft visual studio  2010 進(jìn)行編寫[14],負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)備份、牌號(hào)更換、系統(tǒng)啟停、缺陷圖像查詢等工作。檢測(cè)軟件主要由以太網(wǎng)通信模塊、系統(tǒng)設(shè)置模塊、圖像顯示模塊、圖像缺陷信息保存查詢模塊4 部分組成。

    1.  

設(shè)備安裝

為方便對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行維修和調(diào)整,且保證工業(yè)相機(jī)能夠清晰地獲取運(yùn)行狀態(tài)下條盒紙上 7 個(gè)膠點(diǎn)的圖像,通過(guò)定制的安裝支架,將兩個(gè)相機(jī)和LED 光源安裝在條盒紙下降通道末端的條盒紙擋板上。其中,工業(yè)相機(jī) 6 用于拍照條盒紙右側(cè)橫頭 2 個(gè)膠點(diǎn)和長(zhǎng)側(cè)邊 2 個(gè)膠點(diǎn),相機(jī)拍照角度約為 135º;工業(yè)相機(jī) 10 用于拍照條盒紙左側(cè)橫頭 2 個(gè)膠點(diǎn)和長(zhǎng)側(cè)邊 1 個(gè)膠點(diǎn),相機(jī)拍照角度約為 45º。相機(jī)和光源均可三維旋轉(zhuǎn),以滿足圖像檢測(cè)的需要。

    1.  

工作流程

包裝機(jī)正常運(yùn)行時(shí),條盒紙噴膠系統(tǒng)啟動(dòng),條盒紙膠桶氣壓泵電磁閥得電,氣壓泵開(kāi)始工作,膠桶內(nèi)的膠水通過(guò)膠管被泵入到噴膠裝置[15-16],當(dāng)條盒紙下降通道中的檢測(cè)開(kāi)關(guān)(當(dāng)條盒紙向下運(yùn)行時(shí),控制噴膠裝置的噴膠時(shí)間即可控制膠點(diǎn)在條盒紙上的位置)由系統(tǒng)參數(shù)決定。當(dāng)條盒紙膠點(diǎn)位置到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)時(shí),LED照明系統(tǒng)觸發(fā)點(diǎn)亮,相機(jī)連續(xù)拍照,采集膠點(diǎn)圖像并傳送到智能檢測(cè)模塊[17-18],拍照幀速率≥100  f/s??刂破魍ㄟ^(guò)圖像處理軟件對(duì)膠點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別[19-20], 若識(shí)別出的膠點(diǎn)少于 7 個(gè),控制器記錄該條信息, 輸出高電平觸發(fā)剔除裝置,剔除裝置將膠點(diǎn)缺失

1.條盒紙噴膠裝置  2. 條盒紙左側(cè)橫頭邊膠點(diǎn)   3. 條盒紙長(zhǎng)側(cè)邊膠點(diǎn)   4. 工業(yè)相機(jī)   5. 條盒紙   6. 條盒紙右側(cè)橫頭邊膠點(diǎn) 7. 傳感器 8. 照明光源的不合格條煙自動(dòng)剔除,并將該缺陷條盒紙圖像傳送給工控機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和統(tǒng)計(jì)[21];若識(shí)別的膠點(diǎn)為 7 個(gè),控制器判定為正常膠水涂膠,檢測(cè)系統(tǒng)返回到檢測(cè)狀態(tài),準(zhǔn)備對(duì)下一條盒紙膠點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。

  1.  

應(yīng)用效果

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證改進(jìn)效果,以某煙草有限責(zé)任公司曲靖卷煙廠生產(chǎn)的“云煙(軟紫)”卷煙為對(duì)象進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。隨機(jī)選取一臺(tái)包裝機(jī)(意大利某公司)作為試驗(yàn)設(shè)備,機(jī)組工作條件:按照 4 班正常倒班連續(xù)高速運(yùn)行 10 d,每天生產(chǎn) 24 h,日保養(yǎng) 1.5 h/d,班前保養(yǎng) 20 min/班。分別采集C800-BV 包裝機(jī)安裝條盒紙膠點(diǎn)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)前后的樣本數(shù)據(jù)各 10 組,對(duì)膠點(diǎn)缺失條煙數(shù)量(條盒紙膠點(diǎn)缺失次數(shù)和膠點(diǎn)缺失條煙數(shù))進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中,改進(jìn)前為操作人員自檢自查及裝封箱機(jī)質(zhì)檢人員檢查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),改進(jìn)后為條盒紙膠點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)。

    1.  

數(shù)據(jù)分析

改進(jìn)前后條盒紙膠點(diǎn)缺失次數(shù)基本保持不變,均為 1.3 次/d 左右。但改進(jìn)前后膠點(diǎn)缺失條煙數(shù)量由 62.5 條/d 減少到 7 條/d,這是由于改進(jìn)前條盒紙膠點(diǎn)檢查主要依靠人工自檢方式, 當(dāng)設(shè)備處于 60 條/min 高速運(yùn)行,且操作人員發(fā)現(xiàn)條盒紙存在膠點(diǎn)缺失時(shí),已產(chǎn)生大量條盒紙膠點(diǎn)缺失條煙;改進(jìn)后當(dāng)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到條盒紙膠 點(diǎn) 缺 失 時(shí) ,設(shè) 備 立 即 發(fā) 出 聲 光 報(bào) 警 并 在包裝機(jī)剔除口處剔除該缺陷條煙,操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并對(duì)設(shè)備進(jìn)行快速處理, 膠點(diǎn)缺陷條煙剔除率≥99.9%。全年生產(chǎn)按 230 d 計(jì)算,每臺(tái)包裝機(jī)較改進(jìn)前可節(jié)約條盒紙12 765 張,降低了卷煙生產(chǎn)單箱消耗。

  1.  

結(jié)論

基于視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)的包裝機(jī)條盒紙膠點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了條盒紙膠點(diǎn)的自動(dòng)檢測(cè),通過(guò)工業(yè)相機(jī)拍照、圖像處理、信號(hào)處理等方法,可以及時(shí)將生產(chǎn)中產(chǎn)生的膠點(diǎn)缺失條煙自動(dòng)剔除并發(fā)出聲光報(bào)警,從而有效降低了包裝不合格條煙數(shù)量。

試驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)后條盒紙膠點(diǎn)缺失條煙數(shù)量由 62.5 條/d 減少到 7 條/d,膠點(diǎn)缺陷條煙剔除率≥99.9%,每臺(tái)包裝機(jī)每年可節(jié)約條盒紙 12 765 張,降低了卷煙生產(chǎn)消耗,節(jié)約了生產(chǎn)成本。該方法也適用于其他采用膠水涂膠方式的卷煙包裝設(shè)備。

 

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