金懷國（中國電子科技集團公司第四十一研究所，安徽?蚌埠?233010）

　　摘?要：本文設計了一種基于FOCKE機型的煙包包裝質量檢測系統，主要由控制器和圖像采集模塊組成，用于檢測香煙包裝過程中出現的錯牌、反包、破損、翹邊等包裝質量缺陷。煙包運動時觸發光纖傳感器，控制器接收觸發信號，控制圖像采集模塊對煙包進行拍照，預處理后傳送給控制器，控制器綜合多種圖像處理算法對煙包圖像進行分析、判斷，將檢測結果下發FOCKE包裝機，通過以太網將實時檢測效果上傳人機界面軟件，提供用戶實時監控。

　　關鍵詞：煙包；包裝質量；人機界面；控制器；光纖傳感器

　　0 引言

　　隨著卷煙工業科技的進步以及市場競爭的加劇，卷煙生產企業對高速包裝設備的需求越來越多。目前，國內引進的德國FOCKE公司生產的高速硬盒包裝機組已完成國產化FOCKE700S（ZB48）并逐步開始進行批量生產。在這種高速生產過程中，煙包包裝破損、翹邊、露白、反包等外觀質量缺陷不可避免，嚴重影響產品的質量。

　　近年來，應用成像技術對小盒煙包外包裝進行檢測的裝置已在煙草行業得到較為廣泛的應用。但是這些裝置中多半是利用國外現有的智能工業相機進行集成設計的。在檢測時，需要熟悉很多檢測算法，設置大量參數，工作比較繁雜 ^[1] 。而且智能相機的硬件和核心處理算法都被國外壟斷，對卷煙企業的長久穩定健康的發展不利。

　　因此，我們設計了一種應用于FOCKE機型的煙包包裝質量檢測系統，該檢測系統能同時用于進口和國產化FOCKE機型。

　　1 系統總體設計

　　該系統用于檢測香煙包裝過程中出現的錯牌、反包、破損、翹邊等質量缺陷，主要由控制器、左側圖像采集模塊和右側圖像采集模塊組成，系統原理框圖如圖1所示。

　　圖像采集模塊采集待檢測煙包圖像并傳送給控制器，控制器通過圖像處理技術對獲取的煙包圖像數據進行處理，判斷當前煙包是否存在錯牌、反包等質量缺陷。在檢測到缺陷煙包時，向FOCKE包裝機控制系統發送剔除信號，由FOCKE包裝機控制系統在相應位置將缺陷煙包剔除。

　　2 硬件設計

　　2.1 圖像采集模塊

　　圖像采集組件負責采集待檢測煙包圖像并進行初步處理后傳送給控制器，主要由工業相機、鏡頭、LED光源等器件組成。本系統工業相機采用的是CMOS圖像傳感器，分辨率設置為744×480的情況下，最高幀速率可達76fps。

　　2.1 控制器

　　控制器主要由工控板，單片機，電源接口電路，輸入、輸出接口電路，恒流源電路，圖像采集模塊通訊接口以及17英寸（注：1英寸=2.54cm）彩色液晶觸摸顯示屏組成。工控板采用了標準的COM-Express模塊，用于操作系統和上位機軟件的運行。

　　3 軟件設計

　　3.1 人機界面軟件

　　人機界面軟件主要執行人機交互操作，主要功能包括檢測狀態的實時顯示，系統參數及檢測工具設置，通過以太網與控制器上位機程序通訊。軟件主要包含工作，系統，設備管理，品牌管理，質量檢測，公差，在線，剔除，統計界面。人機界面軟件工作界面圖如圖2所示。

　　3.2 控制器上位機軟件

　　控制器上位機軟件主要功能包括圖像處理、數據統計、控制器系統整體控制，通過串口與單片機下位機程序通訊。其中，圖像處理模塊是其核心處理單元。控制器上位機軟件的基本流程圖如圖3所示，其中圖像處理綜合了多種檢測算法：邊緣檢測，長度（寬度）測量，像素計數，輪廓查詢，模板匹配 ^[2] 等。

　　3.3 單片機下位機程序

　　單片機下位機程序負責接收光纖傳感器觸發信號；控制圖像采集組件在指定位置進行圖像采集；向包裝機組控制柜發送剔除及診斷信號。單片機下位機程序的基本流程圖如圖4所示。

　　4 煙包外觀檢測系統的應用

　　該系統軟硬件及核心圖像處理算法全部自主可控，支持最大1000包/min的檢測速度，支持品牌存儲，支持中英文操作，能夠實現所有缺陷圖像及剔除信息的存儲和查詢。該系統在卷煙企業的現場應用如圖5所示。

　　左側和右側圖像采集模塊檢測到并實時保存的缺陷圖像如圖6所示。其中(a)與(c)利用相似性匹配算法實現煙包圖像微小裂紋的檢測；(b)與(d)利用像素計數算法實現煙包圖像破損檢測。

　　5 結論

　　本系統已成功應用于多家卷煙企業，經使用測試，證明了該系統能夠滿足卷煙企業對煙包外觀破損、翹邊、露白、反包等質量缺陷的檢測需求，而且運行穩定、使用方便。

　　參考文獻：

　　[1] 祝榮壯.小盒煙包外觀檢測系統設計[J].機械設計與制造工程,2017,46(5).

　　[2] 于立軍,李紹堅,王國立,等.基于模板匹配的小盒煙包外觀檢測研究[J].中國科技博覽,2012(1).

　　[3] 黃崗.煙包外觀視覺檢測系統[D].昆明:昆明理工大學,2006.

　　[4] 董明.關于煙包外觀質量的改進研究[J].企業技術開發,2012,31(2).

　　[5] 高輝.煙包外觀成像技術在ZB47機組中的應用[J].工藝裝備,2017(4).

　　[6] 沈宇航.高速小盒煙包外觀質量檢測系統設計[J].機械設計與制造工程,2017,46(9).

　　（注：本文來源于科技期刊《電子產品世界》2020年第05期第68頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）