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机器视觉在烟草行业

【集锦】浅谈机器视觉在烟草行业的应用

在卷烟产品生产过程中,为了保证烟品的质量,各类检测技术如机械接触式、光电非接触式、微波检测技术、核能力检测技术、机器视觉技术等等。本文主要介绍机器视觉在烟草生产过程中的应用。

目前,中国烟草机械卷接设备卷接速度已由3000支/分钟提高到10000支/分钟,实现了从低速到高速的跨越。卷接设备随卷接速度的大幅提升,齿轮传动配合的速度在不断加快,圆柱固持和螺纹锁固等技术得到更广泛的应用。同时,由于生产速度加快,产品检测能力急需大幅提高,对各类检测技术提出了更高的要求。视觉检测技术是精密测试技术领域内最具有发展潜力的新技术,它综合运用了电子学、光电探测、图象处理和计算机技术,将机器视觉引入到工业检测中,实现对物体(产品或零件)三维尺寸或位置的快速测量,具有非接触、速度快、柔性好等突出优点,在现代制造业中有着重要的应用前景。本文主要介绍机器视觉在烟草生产过程中的应用。
  一、小包外观检测上的应用:
  产品质量就是企业的生命,卷烟包装是识别卷烟品牌最直接的标志,包含了工艺设计、材料、印刷等多方面的因素,卷烟包装的质量对于实现卷烟产品价值和使用价值上显得尤为重要。在烟包产品生产过程中,为了保证产品的质量,在机器视觉应用之前我们一般均采用人工抽检方式,通过肉眼进行在线检测,然而此种检测方式市场回馈很多问题,不合格产品形形色色。为了解决此类问题,应用机器视觉的小包外观检测系统应运而生,众多烟包常见的问题都能被很好检测,譬如:露白、口花、翘边、白包、反包等。
  现有小包外观检测方面的应用也经历了多个阶段,从黑白检测到彩色检测,从智能检测到PC集成,随着机器视觉技术的发展,各方面检测能力也有很明显的提高。现在外观检测系统一般由:高分辨率彩色工业镜头、图像采集卡、工控机、PLC控制单元、机器视觉LED光源、检测软件等组成。

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  高像素的工业相机将烟包拍摄并转换成数字图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号,图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,然后根据结果来控制剔除阀或报警装置的动作。实现在高速的运转机器上的全面质量监控,做到每个产品都经受严格的检查,确保有外观缺陷的产品流入市场,影响消费者利益。
  二、条包外观检测上的应用:
  条包外观检测系统的出现保证了条包产品外皮和玻璃纸的包装质量,通过对条包多个面的在线检测,显示相应数据从而判断被检测产品的质量好坏,如果产品质量有问题,则可以准确无误地将不合格品剔除。
  条包外观检测系统硬件结构的选择,为了保证图像的质量和采集速度,必须对光电传感器、相机、光源、图像采集卡以及它们的安装位置做综合考虑和设计。条包的外观尺寸一般为290mm*900m*50mm,要求检测条包的四个侧端面和一个正端面。由于烟包为运动物体,必须选用逐行扫描相机,防止隔行扫描相机造成的奇偶场重影问题。按照曝光时间内物体运动不超过1pixel的原则,在现场根据传输带的速度进行实际的设置。
  该方面的应用主要难点在于,通过六个相机同步检测烟条5个面,数据量和实时性很难保证,然而通过采用PCBASE方式将采集卡与相机分离,明显提高了系统检测能力,也解决了所面临的问题。
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                                                                                       条包外观检测过程简图
  三、烟支外形方面的检测应用:
  烟支检测系统是香烟包装机中不可缺少的包装质量控制部件,它检测香烟小包中缺支、缺嘴、空头、反支等情况,确保香烟出厂的品质。烟支外形的检测应用主要是为了保证烟支盘纸在生产过程中能够准确完好的覆盖烟支表面,钢印位置无偏差,从而保证单支烟品的质量。
  高速的卷接机生产速度达到10000支/分以上,各类检测手段则只有达到更高的检测速度才能满足。尽管现有很多CCD相机已经有了很大的进步,但是检测能力绝对达不到10000次/分。寻找新的机器视觉检测方式,提高检测速度是关键,CMOS相机技术经过近几年的发展,速度和检测能力都已经有很明显的提高,最高速达到1000帧/S,烟支外形方面的检测才成为可能。
  四、烟丝异物剔除方面的应用:
  通过机器视觉在烟叶初加工的打叶复烤丝、叶丝和梗丝的制丝生产线上来去除霉变烟叶、金属、塑料、纸张、黑色橡胶、玻璃纸、麻绳、线状物、不同结构的非烟草物体等。
  剔除系统由四个主要部件组成,包括进料输送机、视频组件、回收箱和电控柜。通过这四个组件协调工作,对烟叶中的异物进行识别、分拣与剔除。系统采用先进的计算机控制技术、实时数字图像处理技术、模式识别技术、人工智能技术以及复杂可靠的机械设备。通过应用线阵CCD技术,采集5m/s~7m/s速度从皮带机输出端平抛出的单层烟叶流图像,进而进行图像分析,做出相应判断,快速电磁阀气吹系统保证了从判断到剔除的实时性和准确性。图像处理采取4台计算机并行工作方式,一次完成全部4台像机的配方采样工作,建好一个样本只需要操作一次,时间一般不超过6分钟它对提高产品质量,提高企业的市场竞争能力具有十分重要的意义。
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  五、机器人方面的应用
  随着科技的进步,机器人技术已经在多个行业广泛应用,烟草业的拆垛、堆垛很多也都已经采用机器人。
  机器人通过多种电容、电感、光电等传感器信号来判断物体的存在,从而进行相关的动作,机器视觉的应用避免了很多可能产生的误检测,提高了机器人的执行能力,也为进一步的智能应用提供了更大的可能。
  结语
  本文探讨了基于机器视觉的外观检测系统在烟草行业中的各种应用中的相关技术。机器视觉技术成熟应用于烟草行业多个生产过程,性能良好,节省大量人力、物力,其应用前景极为广阔。随着烟草行业提质降耗工作的全面实施,视觉外观检测系统的进一步开发应用必将推动烟草行业的整体发展。


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