TZBX系列小包包裝檢測裝置

目 錄

一、產(chǎn)品概述

二、產(chǎn)品外觀

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)

工作流程

四、產(chǎn)品特點(diǎn)

 防反光設(shè)計(jì)——無陰影照明

 防抖動(dòng)設(shè)計(jì)

 高清晰運(yùn)動(dòng)圖像

 穩(wěn)定的LED光源

 高速曝光

 商標(biāo)識(shí)別

 自適應(yīng)檢測

 一體化設(shè)計(jì)——體積小巧

五、技術(shù)規(guī)格

 檢測精度

 可檢測缺陷種類:

一、產(chǎn)品概述

目前，基于成像原理對(duì)小包外包裝進(jìn)行檢測的產(chǎn)品已經(jīng)在各個(gè)煙廠應(yīng)用得較為廣泛，但這些產(chǎn)品多半是利用國外已有的智能圖像傳感器進(jìn)行集成的，存在以下缺陷：

1. 界面不友好，設(shè)置操作較為繁瑣，很多還是純英文界面，用戶很難上手。

2. 由于智能圖像傳感器并非專門針對(duì)小包外觀檢測而設(shè)計(jì)，因此很多處理對(duì)象需要設(shè)置大量參數(shù)，比較繁瑣。換一個(gè)牌號(hào)經(jīng)常需要很長時(shí)間的設(shè)置才能穩(wěn)定下來。

3. 光源使用落后，大部分小包成像檢測裝置還是使用節(jié)能燈作為光源，并且工作在常亮模式。這樣的光源很不穩(wěn)定，并且極容易衰減，一般不能用于專業(yè)的機(jī)器視覺領(lǐng)域。由于光源衰減的原因，產(chǎn)品參數(shù)經(jīng)常需要重新調(diào)整，導(dǎo)致維護(hù)工作量大。

4. 嵌入式圖像軟件采用的通行算法，不可能針對(duì)小包包裝的特征去設(shè)計(jì)。導(dǎo)致功能太過龐大卻沒有目的性，也沒有擴(kuò)展可能。

因?yàn)榇嬖谝陨先毕?，目前市場上的小包成像產(chǎn)品應(yīng)用并不理想，很多產(chǎn)品要么就是誤剔很多，要么就是基本沒有太多效果而被閑置。

針對(duì)目前市場上產(chǎn)品的應(yīng)用缺陷，公司開發(fā)了一款具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小包外觀檢測產(chǎn)品，該產(chǎn)品專門針對(duì)小包外觀檢測的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，并應(yīng)用了公司深厚的圖像處理技術(shù)作為基礎(chǔ)，解決了以往同類產(chǎn)品的一些重大缺陷，其適用性和易用性是目前市場上優(yōu)秀的。

二、產(chǎn)品外觀

圖 1 TZXB系小包包裝檢測裝置

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)

TZXB系小包包裝檢測設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示，它包括如下幾個(gè)部分：

1．三臺(tái)彩色高分辨率數(shù)字式CCD工業(yè)相機(jī)，該CCD工業(yè)相機(jī)使用目前*的千兆以太網(wǎng)接口，圖像無傳輸失真，信噪比高。由于多出一臺(tái)相機(jī)，可兩面兼顧，拍照角度充分，圖像特征明顯，為圖像檢測提供良好基礎(chǔ)，總共可檢測小包的5個(gè)面，只有底面因?yàn)椴豢梢姸荒軝z測。特別值得一提的是，本裝置采用的CCD區(qū)別于現(xiàn)大部分

2．一套LED照明系統(tǒng)，由多條高亮度LED光源組成，從小包的不同角度打光，有效消除陰影以及反光。該套光源工作在頻閃狀態(tài)，可以有效降低工作溫度，提高光源的穩(wěn)定性以及壽命。

3．一套高壓氣體噴氣控制裝置，用來把有包裝缺陷的小包從流水線上剔除。

4．一套反射式光電管，這個(gè)傳感器固定在小包檢測位置上，當(dāng)小包經(jīng)過時(shí)，該傳感器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)CCD工業(yè)相機(jī)進(jìn)行圖像捕捉，并開始進(jìn)行圖像處理。

5．一套反射式光電管，這個(gè)傳感器固定在小包剔除位置上，當(dāng)有包裝缺陷的小包經(jīng)過時(shí)，該傳感器發(fā)出信號(hào)給IO控制板，IO控制板將啟動(dòng)高速氣閥擊打裝置，將該小包迅速推出流水線。

6．IO控制板，該控制板控制系統(tǒng)中所有的IO點(diǎn)，并通過RS232口和上位計(jì)算機(jī)通訊。

7．二塊高性能千兆以太網(wǎng)網(wǎng)卡，它們插在工控機(jī)的PCI槽內(nèi)，將圖像通過PCI總線傳遞給工控機(jī)的內(nèi)存，以供CPU進(jìn)行圖像處理。

8．高速工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及觸摸式液晶屏。系統(tǒng)軟件在這里運(yùn)行，它是整個(gè)系統(tǒng)的大腦。

圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

工作流程

1. 小包到達(dá)檢測位光纖傳感器時(shí)，IO控制板卡收到條盒到位信號(hào)后，一方面控制光源進(jìn)行頻閃，另外一方面將曝光信號(hào)發(fā)給CCD工業(yè)相機(jī)。CCD工業(yè)相機(jī)接到曝光信號(hào)后立即啟動(dòng)進(jìn)行拍照。

2. 工控機(jī)處理以及運(yùn)算，判斷該小包是否有包裝質(zhì)量問題，如果有問題，則通過RS232串口通知IO控制板，IO控制板程序?qū)?huì)對(duì)該小包進(jìn)行標(biāo)記。

3. 小包到達(dá)剔除位光纖傳感器時(shí)，IO控制板卡將收到小包到位信號(hào)，然后查看程序是否有剔除標(biāo)記，如果有，則啟動(dòng)電磁閥，控制電磁閥將小包吹出流水線。

四、產(chǎn)品特點(diǎn)

公司對(duì)《TZXB小包包裝檢測系統(tǒng)》軟件擁有完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)；平臺(tái)采用WindowsXP操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可靠穩(wěn)定的特點(diǎn)。上層應(yīng)用軟件采用VC++編程，輔之以本公司專門為條盒檢測開發(fā)的圖像處理庫函數(shù)，數(shù)據(jù)的處理速度以及適應(yīng)性均大大高于智能相機(jī)。

圖 3 軟件系統(tǒng)主界面

防反光設(shè)計(jì)——無陰影照明

多組LED光源采用多角度無影燈方式照明，消除了角落陰影以及隨機(jī)反光問題，避免檢測死角的出現(xiàn)，使每一個(gè)檢測面都清晰可見，可對(duì)各種包裝材質(zhì)的小包進(jìn)行檢測，包括反光塑面包裝、整體鐳射包裝紙等都能有效檢測。

防抖動(dòng)設(shè)計(jì)

小包在跑道上傳送時(shí)，存在細(xì)微的抖動(dòng)，對(duì)檢測造成較大影響。公司針對(duì)這種情況研發(fā)了邊界定位技術(shù)，可有效防止小包的抖動(dòng)對(duì)照片造成的影響，對(duì)每一個(gè)檢測的小包都能采集穩(wěn)定的圖像。

圖 4 防抖動(dòng)邊界定位技術(shù)

由于采用了多只LED光源，這些光源的布置呈垂直、平行、對(duì)射、逆光等狀態(tài)，如果同時(shí)發(fā)光，就會(huì)造成相互影響，大大降低圖象質(zhì)量。因此，公司采用了分組曝光技術(shù)，解決了各個(gè)LED光源之間的相互干擾。同時(shí)，該技術(shù)也基本解決了透明紙的隨機(jī)反光問題。成像質(zhì)量特別好，有利于透明紙檢測。

圖 5 分組曝光示意圖

如上圖，A、B、C、D均為LED光源，分別位于條煙的兩個(gè)端部，CCD1、CCD2分別檢測兩個(gè)端部的包裝質(zhì)量。如果A、B、C、D同時(shí)曝光，則A、B光源對(duì)CCD2造成逆光影響，C、D光源對(duì)CCD1造成逆光影響。這樣，嚴(yán)重影響圖象質(zhì)量。

如果采用分組曝光技術(shù)，A、B光源先曝光，同時(shí)CCD1工作；隔1毫秒之后，C、D光源曝光，CCD2工作。這樣光源之間就不會(huì)造成干擾，大大提高了圖象質(zhì)量?！　?span lang="EN-US">

高清晰運(yùn)動(dòng)圖像

小包在傳送機(jī)上高速運(yùn)動(dòng)，拍攝的圖像會(huì)產(chǎn)生大量的殘影，而公司的小包檢測系統(tǒng)采用了高亮度光源與超高速曝光技術(shù)，可清晰的拍下高速運(yùn)動(dòng)中的小包圖像。

圖 6 高清晰運(yùn)動(dòng)圖像

穩(wěn)定的LED光源

對(duì)于光電檢測設(shè)備，光源無疑是非常重要的。由于小包在皮帶機(jī)上高速運(yùn)動(dòng)，需要進(jìn)行高速曝光，這就對(duì)光源提出了更高的要求，因此，該產(chǎn)品采用了日本NICHIA LED光源，該光源具有亮度高、穩(wěn)定性高、使用壽命長的特點(diǎn)。由于光源穩(wěn)定，因此圖象質(zhì)量保持長期穩(wěn)定，不需要經(jīng)常調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，還添加了光源控制器，如果光源強(qiáng)度由于某些原因發(fā)生了變化，系統(tǒng)軟件能夠通過軟件調(diào)節(jié)LED光源的發(fā)光強(qiáng)度，使之達(dá)到相機(jī)的要求。

圖 7 LED光源

高速曝光

由于小包在皮帶上高速運(yùn)動(dòng)，采用常規(guī)相機(jī)拍照就會(huì)產(chǎn)生大量的殘影，所以相機(jī)必須采用超高速曝光技術(shù)，以往由于受到采用節(jié)能燈、金屬鹵素?zé)舻裙庠吹南拗?，曝光時(shí)間無法達(dá)到理想速度，但是該裝置采用了高亮度、高穩(wěn)定性的LED光源，所以相機(jī)的曝光時(shí)間就設(shè)在萬分之一秒，即0.1毫秒，從而獲得高質(zhì)量、高清晰度的數(shù)字運(yùn)動(dòng)圖像。

由于采集的圖像非常銳利，可清晰識(shí)別細(xì)微瑕疵目標(biāo)。一般其他小包成像裝置。

即使很微小的瑕疵也可檢出

商標(biāo)識(shí)別

公司設(shè)計(jì)了模板匹配技術(shù)，可有效定位追蹤并識(shí)別各種香煙的品牌，防止品牌圖案、注冊(cè)商標(biāo)、重要字符等缺失、不清、偏位、色差和錯(cuò)牌號(hào)的產(chǎn)生。

圖 8 模板匹配技術(shù)

自適應(yīng)檢測

運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)所檢測的數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整檢測的參數(shù)。該功能主要有兩大好處：首先是品牌設(shè)定簡單，自動(dòng)建模，只需三步就可設(shè)定完成；其次是當(dāng)更換不同批次的包裝盒引起檢測參數(shù)發(fā)生變化的時(shí)候，按照原參數(shù)檢測會(huì)產(chǎn)生較多的誤剔，該裝置會(huì)根據(jù)實(shí)際檢測效果自動(dòng)調(diào)整糾正，調(diào)高或調(diào)低參數(shù)，達(dá)到配置，減少誤剔，全過程無需人工干預(yù)。

圖 9 實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)示意圖

軟件實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)七千包的數(shù)據(jù)，每檢測一千包，就將檢測的一千包數(shù)據(jù)頂替，并對(duì)新統(tǒng)計(jì)的七千包數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后再自動(dòng)設(shè)定合適的閾值，在誤剔較多時(shí)能自動(dòng)覺察并自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到傻瓜式配置。　　

一體化設(shè)計(jì)——體積小巧

整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，視頻系統(tǒng)與電控系統(tǒng)整合在一個(gè)主機(jī)內(nèi)，使得體積大大減少，安裝在跑道上方，幾乎不占用操作空間。穩(wěn)定性大大提高，易于維護(hù)，全鋁合金外殼，精致美觀。

圖 10 一體化設(shè)計(jì)，體積小巧

結(jié)構(gòu)

配合跑道設(shè)計(jì)，留有安裝卡槽，安裝時(shí)只需將導(dǎo)軌嵌入卡槽，擰上螺絲即可，易于維護(hù)，不需對(duì)跑道大修改，安裝方便，易于維護(hù)，穩(wěn)定可靠。

如上圖所示，與跑道是一體化設(shè)計(jì)，背面留有導(dǎo)軌的卡槽，安裝時(shí)只需將導(dǎo)軌嵌入卡槽，擰上螺絲即可，不需對(duì)跑道大修改，安裝方便，易于維護(hù)，穩(wěn)定可靠。

五、技術(shù)規(guī)格

表 1 檢測精度

表 1 檢測精度

產(chǎn)品無論檢測的準(zhǔn)確度還是精確度都非常的優(yōu)秀，對(duì)于爛包、錯(cuò)牌號(hào)之類的嚴(yán)重缺陷，可以做到99%的剔除，檢測速度也達(dá)到了500包/分鐘以上。

可檢測缺陷種類：

表 2 可檢測缺陷種類

由于該產(chǎn)品使用了3臺(tái)相機(jī)檢測5面，并且采取對(duì)采集的圖像采用了多種算法綜合處理，可以準(zhǔn)確識(shí)別上蓋雙側(cè)張開等不易檢測的問題，檢測精度也非常高，盒面破損2mm×2mm即可檢出，使用者也可根據(jù)自身需要來設(shè)置調(diào)整檢測精度。

典型包裝質(zhì)量問題

TZXB裝置剔除的瑕疵煙包

TZXB現(xiàn)場安裝圖片

圖 12 正面圖片

　　如果生產(chǎn)線部署多套小包包裝檢測系統(tǒng)，由于本設(shè)備采用了全鋁合金外殼，精致美觀，整齊劃一，實(shí)現(xiàn)與周圍環(huán)境的結(jié)合。

圖 13 背面圖片

應(yīng)用

表 3 案列