TZBX系列小包包装检测装置

 目  录

一、产品概述

二、产品外观

三、系统结构

    产品总体结构

    工作流程

四、产品特点

 防反光设计——无阴影照明

 防抖动设计

 高清晰运动图像

 稳定的LED光源

 高速曝光

 商标识别

 自适应检测

 一体化设计——体积小巧

五、技术规格

 检测精度

 可检测缺陷种类:

一、产品概述

目前，基于成像原理对小包外包装进行检测的产品已经在各个烟厂应用得较为广泛，但这些产品多半是利用国外已有的智能图像传感器进行集成的，存在以下缺陷：

1. 界面不友好，设置操作较为繁琐，很多还是纯英文界面，用户很难上手。

2. 由于智能图像传感器并非专门针对小包外观检测而设计，因此很多处理对象需要设置大量参数，比较繁琐。换一个牌号经常需要很长时间的设置才能稳定下来。

3. 光源使用落后，大部分小包成像检测装置还是使用节能灯作为光源，并且工作在常亮模式。这样的光源很不稳定，并且极容易衰减，一般不能用于专业的机器视觉领域。由于光源衰减的原因，产品参数经常需要重新调整，导致维护工作量大。

4.  嵌入式图像软件采用的通行算法，不可能针对小包包装的特征去设计。导致功能太过庞大却没有目的性，也没有扩展可能。

因为存在以上缺陷，目前市场上的小包成像产品应用并不理想，很多产品要么就是误剔很多，要么就是基本没有太多效果而被闲置。

针对目前市场上产品的应用缺陷，公司开发了一款具有完全自主知识产权的小包外观检测产品，该产品专门针对小包外观检测的特点而设计，并应用了公司深厚的图像处理技术作为基础，完全解决了以往同类产品的一些重大缺陷，其适用性和易用性是目前市场上最为优秀的。

二、产品外观

 

图 1  TZXB系小包包装检测装置

 

三、系统结构

产品总体结构

TZXB系小包包装检测设备的总体结构如下图所示，它包括如下几个部分：

1．三台彩色高分辨率数字式CCD工业相机，该CCD工业相机使用目前最为先进的千兆以太网接口，图像无传输失真，信噪比高。由于多出一台相机，可两面兼顾，拍照角度充分，图像特征明显，为图像检测提供良好基础，总共可检测小包的5个面，只有底面因为不可见而不能检测。特别值得一提的是，本装置采用的CCD区别于现大部分

2．一套LED照明系统，由多条高亮度LED光源组成，从小包的不同角度打光，有效消除阴影以及反光。该套光源工作在频闪状态，可以有效降低工作温度，提高光源的稳定性以及寿命。

3．一套高压气体喷气控制装置，用来把有包装缺陷的小包从流水线上剔除。

4．一套反射式光电管，这个传感器固定在小包检测位置上，当小包经过时，该传感器发出信号，启动CCD工业相机进行图像捕捉，并开始进行图像处理。

5．一套反射式光电管，这个传感器固定在小包剔除位置上，当有包装缺陷的小包经过时，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，将该小包迅速推出流水线。

6．IO控制板，该控制板控制系统中所有的IO点，并通过RS232口和上位计算机通讯。

7．二块高性能千兆以太网网卡，它们插在工控机的PCI槽内，将图像通过PCI总线传递给工控机的内存，以供CPU进行图像处理。

8．高速工业控制计算机以及触摸式液晶屏。系统软件在这里运行，它是整个系统的大脑。

 

图 2  系统结构示意图

工作流程

1.  小包到达检测位光纤传感器时，IO控制板卡收到条盒到位信号后，一方面控制光源进行频闪，另外一方面将曝光信号发给CCD工业相机。CCD工业相机接到曝光信号后立即启动进行拍照。

2. 工控机处理以及运算，判断该小包是否有包装质量问题，如果有问题，则通过RS232串口通知IO控制板，IO控制板程序将会对该小包进行标记。

3. 小包到达剔除位光纤传感器时，IO控制板卡将收到小包到位信号，然后查看程序是否有剔除标记，如果有，则启动电磁阀，控制电磁阀将小包吹出流水线。

四、产品特点

公司对《TZXB小包包装检测系统》软件拥有完整的自主知识产权；平台采用WindowsXP操作系统，该系统具有可靠稳定的特点。上层应用软件采用VC++编程，辅之以本公司专门为条盒检测开发的图像处理库函数，数据的处理速度以及适应性均大大高于智能相机。

 

图 3  软件系统主界面

防反光设计——无阴影照明

多组LED光源采用多角度无影灯方式照明，消除了角落阴影以及随机反光问题，避免检测死角的出现，使每一个检测面都清晰可见，可对各种包装材质的小包进行检测，包括反光塑面包装、整体镭射包装纸等都能有效检测。

防抖动设计

小包在跑道上传送时，存在细微的抖动，对检测造成较大影响。公司针对这种情况研发了边界定位技术，可有效防止小包的抖动对照片造成的影响，对每一个检测的小包都能采集稳定的图像。

 

图 4  防抖动边界定位技术

由于采用了多只LED光源，这些光源的布置呈垂直、平行、对射、逆光等状态，如果同时发光，就会造成相互影响，大大降低图象质量。因此，公司采用了分组曝光技术，彻底解决了各个LED光源之间的相互干扰。同时，该技术也基本解决了透明纸的随机反光问题。成像质量特别好，有利于透明纸检测。

 

图 5  分组曝光示意图

如上图，A、B、C、D均为LED光源，分别位于条烟的两个端部，CCD1、CCD2分别检测两个端部的包装质量。如果A、B、C、D同时曝光，则A、B光源对CCD2造成逆光影响，C、D光源对CCD1造成逆光影响。这样，严重影响图象质量。

如果采用分组曝光技术，A、B光源先曝光，同时CCD1工作；隔1毫秒之后，C、D光源曝光，CCD2工作。这样光源之间就不会造成干扰，大大提高了图象质量。　　

高清晰运动图像

小包在传送机上高速运动，拍摄的图像会产生大量的残影，而公司的小包检测系统采用了高亮度光源与超高速曝光技术，可清晰的拍下高速运动中的小包图像。

 

 

图 6  高清晰运动图像

稳定的LED光源

对于光电检测设备，光源无疑是非常重要的。由于小包在皮带机上高速运动，需要进行高速曝光，这就对光源提出了更高的要求，因此，该产品采用了日本NICHIA  LED光源，该光源具有亮度高、稳定性高、使用寿命长的特点。由于光源稳定，因此图象质量保持长期稳定，不需要经常调整。在此基础上，还添加了光源控制器，如果光源强度由于某些原因发生了变化，系统软件能够通过软件调节LED光源的发光强度，使之达到相机的要求。 

 

 

图 7  LED光源

高速曝光

由于小包在皮带上高速运动，采用常规相机拍照就会产生大量的残影，所以相机必须采用超高速曝光技术，以往由于受到采用节能灯、金属卤素灯等光源的限制，曝光时间无法达到理想速度，但是该装置采用了高亮度、高稳定性的LED光源，所以相机的曝光时间就设在万分之一秒，即0.1毫秒，从而获得高质量、高清晰度的数字运动图像。

由于采集的图像非常锐利，可清晰识别细微瑕疵目标。一般其他小包成像装置无法比拟。

 

 

即使很微小的瑕疵也可检出

商标识别

公司独家设计了模板匹配技术，可有效定位追踪并识别各种香烟的品牌，防止品牌图案、注册商标、重要字符等缺失、不清、偏位、色差和错牌号的产生。 

 

 

图 8  模板匹配技术

自适应检测

运行时，实时监测检测数据，根据所检测的数据自动调整检测的参数。该功能主要有两大好处：首先是品牌设定简单，自动建模，只需三步就可设定完成；其次是当更换不同批次的包装盒引起检测参数发生变化的时候，按照原参数检测会产生较多的误剔，该装置会根据实际检测效果自动调整纠正，调高或调低参数，达到最佳配置，减少误剔，全过程无需人工干预。

 

 

 

图 9  实时统计示意图

软件实时统计七千包的数据，每检测一千包，就将最先检测的一千包数据顶替，并对新统计的七千包数据进行统计分析后再自动设定合适的阈值，在误剔较多时能自动觉察并自动调整，达到傻瓜式配置。　　

一体化设计——体积小巧

整机采用模块化设计，视频系统与电控系统整合在一个主机内，使得体积大大减少，安装在跑道上方，几乎不占用操作空间。稳定性大大提高，易于维护，全铝合金外壳，精致美观。

 

图 10  一体化设计，体积小巧

结构

配合跑道设计，留有安装卡槽，安装时只需将导轨嵌入卡槽，拧上螺丝即可，易于维护，不需对跑道大修改，安装方便，易于维护，稳定可靠。 

 

如上图所示，与跑道是一体化设计，背面留有导轨的卡槽，安装时只需将导轨嵌入卡槽，拧上螺丝即可，不需对跑道大修改，安装方便，易于维护，稳定可靠。

五、技术规格

表 1 检测精度

表 1  检测精度

产品无论检测的准确度还是精确度都非常的优秀，对于烂包、错牌号之类的严重缺陷，可以做到100%的剔除，检测速度也达到了500包/分钟以上。

可检测缺陷种类：

表 2  可检测缺陷种类 

 

由于该产品使用了3台相机检测5面，并且采取对采集的图像采用了多种算法综合处理，可以准确识别上盖双侧张开等不易检测的问题，检测精度也非常高，盒面破损2mm×2mm即可检出，使用者也可根据自身需要来设置调整检测精度。

典型包装质量问题

TZXB装置剔除的瑕疵烟包

 

TZXB现场安装图片

 

图 12  正面图片

　　如果生产线部署多套小包包装检测系统，由于本设备采用了全铝合金外壳，精致美观，整齐划一，实现与周围环境的完美结合。

 

图 13  背面图片

应用典范

表 3  案列