陈来记

滕州卷烟厂

CCD影像检测系统在卷烟工业企业中的应用

陈来记

滕州卷烟厂

在现代化卷烟工业企业生产中，随着科技的不断进步、电子产品的不断更新和消费者对产品质量要求的不断提升，卷烟企业对烟草制品的过程质量监控也给予了更多的关注和投入。另外，为了降低工人的劳动强度，提高产品出厂的质量，减少工厂的人力成本和管理成本，基于照相技术衍生的CCD影像检测系统营运而生。

电荷耦合；CCD；烟草；检测

在现代化卷烟工业企业生产中，随着科技的不断进步和消费者对产品质量要求的不断提升，卷烟企业对烟草制品的过程质量监控也给予了更多的关注和投入。在某些传统的、重要的检测工序中，仍然存在依靠人工对过程产品质量进行检测现象，效率非常低，工作强度非常大，而且由于长时间靠眼睛盯着生产线的产品，人很容易疲劳，容易发生漏检的情况。

随着科技水平的不断提高，电子产品的不断更新，同时为了降低工人的劳动强度，提高产品出厂质量，减少工厂的人力成本和管理成本，基于照相技术衍生的CCD影像检测系统营运而生。CCD英文全称Charge-coupled Devic即电荷耦合器件，也可以成为图像传感器。就国内而言，目前以“相机+PC图像处理软件”（PCBASE）的检测模式，已成发展趋势。该模式综合利用了光学、机械、电子、控制和自动化各学科的先进技术。同时摆脱了硬件固化、软件被动使用的束缚。

下面就卷烟工业企业生产中条盒包装质量检测为例介绍CCD影像检测系统的应用。

一、系统架构

系统架构包括输送通道、图像检测机构、坏烟剔除机构、系统分析软件、电器控制系统。采用PC-BASE的检测模式，原理框图如下图。

原理框图

首先IO主控板根据摄像光纤信号判断烟包到位，然后控制LED光源及相机完成分时曝光。相机曝光完成后，传输到工控机。工控机上的图像软件对当前烟包图像进行分析、处理，并与事先制作的产品标准模板图像进行对比，如果烟包图案、色差、相似度、边缘、角度、位置坐标（X,Y）等在设定的公差之内，表示此包烟外观合格，否则是外观不合格。处理完成后，将处理结果以I/O方式通知主控板。主控板根据当前I/O信号和剔除光纤信号，控制吹气剔除阀进行实时跟踪剔除。

二、具体包括如下几个部分：

（一）高分辨率工业CCD摄像头，分别检测烟包的端面、上表面和侧面。

（二）LED照明系统，该套照明系统由多条高亮度三色LED光源组成，通过软件自动选择最佳照明色谱，并分时控制LED。视觉检测系统的关键在于成像，稳定、可靠的成像取决于良好的配光照明。随着半导体技术的高速发展，高亮度单色、两基色、三基色发光二极管（LED）已完全能够满足配光照明用途，其具有低功耗、发热小、接通时间迅速、光源稳定、导向性好，使用寿命仅与点亮时长有关；故选用白色高亮度LED作为检测装置的照明单元。

（三）高速气阀击打装置，用来把有包装缺陷的条盒从流水线上剔除。

（四）高精度光纤位置传感器，传感器固定在条盒检测位置上，当条盒经过时，该传感器发出信号，启动CCD进行图像捕捉，并开始进行图像处理。

（五）反射式光纤传感器，传感器固定在条盒剔除位置上，当有包装缺陷的条盒经过时，该传感器发出信号给IO控制板，IO控制板将启动高速气阀击打装置，将该条盒迅速推出流水线。

（六）IO控制板，该控制板控制系统中的所有的IO点，并通过RS232口和上位计算机通讯。

（七）高速工业控制计算机以及触摸式液晶屏。它是整个系统的核心，一方面，该软件为用户提供友好的人机界面进行系统配置，另外，它依据用户配置，对烟包图像进行理解，判断哪些烟包不合格。并根据判断结果指挥IO控制板进行剔除。

三、主要检测对象

软件系统自主开发，检测算法、工具十分丰富。包括图案定位检测、线定位检测、图案匹配检测、线长度检测、折线检测、拉线检测、表面缺陷检测、表面灰度检测等。除能对一般项目进行检测外，还可对以下项目进行重点检测，具体如下。

（一）透明纸无：透明纸缺失、散开时，在图像上会呈现显著地明暗变化，可利用表面灰度检测将其检测出来。另外，透明纸缺失、散开时，拉线、折线的位置也发生了一定变化，可利用线定位将其检测出来。检出率为100%。

（二）无条盒纸：当条盒纸缺失时，条盒上的图案在图像上的相对位置也发生缺失或变化，可利用图案定位等算法将其检测出来。当条盒纸缺失时，灰度值在图像上也发生了相对变化，还可利用表面灰度检测将其检测出来。检出率为100%。

（三）条盒纸错用混用：当条盒纸错用混用时，系统会识别为错牌。任何一种检测算法、工具都可以将其检测出来。检出率为100%。

（四）无拉线：当拉线缺失时，软件在图像将搜索不到线的存在，可以利用拉线定位、线长度、线角度将其检测出来。检出率为100%。

（五）条盒折叠不到位、翻白：当条盒折叠不到位，偏歪、翻出等，条盒上的图案在图像上的相对位置、形状会发生相应的变化，可利用图像定位等算法将其检测出来。检出率为99.9%。

通过以上介绍，基本CCD影像检测系统都是基于上述原理进行设计，只是不同厂家针对检测对象的不同采用的硬件配置标准和品牌不同而已。

目前，CCD影像检测系统应用已经涉及到卷烟生产过程中的小盒包装质量检测、透明纸包装质量检测和烟箱包装质量检测等方面，对提高烟草过程产品质量发挥了至关重要的作用。

[1]《CCD参数介绍，CCD发展史》中国安防网

[2]《CCD传感器在工业测控中的应用现状及展望》余震曾晓雁