基于视觉的卷纸包装在线检测设备研发与应用

发布时间：2020-06-15

　　摘要：文章主要介绍了一种卷纸在线检测设备。该设备包含视觉识别系统、电气系统、入料输送线、O型带输送线、排废机构。该设备可在线检测卷纸的外形尺寸、商标印刷、表面规则、纸管扭曲等包装缺陷问题，适用于裸包卷纸或带包装的卷纸，具有较强的通用性和互换性，可基于设备本体进行升级和改造，推广并应用到其他行业。

　　关键词：视觉识别;卷纸包装缺陷;在线检测;设备研发。

　　1研发背景

　　卷纸是我们日常生活必备的生活用品，但其生产制造工艺复杂、工作环境严峻、劳动强度较大，属于劳动密集型行业。卷纸在生产过程中，时常因材料成型不均、机械设备故障、人为操作失误等原因，造成卷纸包装出现表面形变、表面破损、纸管扭曲等缺陷，不能满足成品卷纸质量要求。带缺陷的卷纸必须在质量检测环节挑选并剔除。

　　当前，卷纸包装质量检测完全依赖于人眼观察、判别，因卷纸生产效率较高，人眼观察、判别速度、精准度受限，容易产生视觉疲劳，不能快速、准确的将缺陷卷纸剔除，导致卷纸误检率和漏检率较高，从而降低了卷纸包装的成品率，以至于在卷纸包装检测环节投入了大量的人力，人工成本较高。为有效解决这一难题，提高卷纸包装检测的质量、效率，降低人工成本，提高卷纸生产制造的自动化程度，特提出了卷纸包装在线检测的研发课题。

　　2设备组成

　　设备整体采用不锈钢框架和钢化玻璃门结构，分上、中、下三层，上层为微风循环系统，中层为动作执行机构和检测系统，下层为电气控制系统。动作执行机构和检测系统为该设备核心部分，主要包含视觉识别系统、电气控制、执行机构、入料输送线、O型带输送线、排废机构，设备整体结构如图1所示。

　　系统采用多组高清视觉相机对卷纸进行全方位动态拍照，通过计算机和软件技术建立与标准图片的算法对比和分析计算，可以准确、快速的识别卷纸包装是否含有缺陷。如果检测出卷纸包装含有缺陷，则排废机构打开吹气电磁阀，释放正压空气，将该缺陷卷纸吹向缺陷产品出口后端的缺陷产品框进行剔除;如果检测达标，卷纸进入后道工序。该设备响应速度快、识别精准度高，能有效识别卷纸包装的多项缺陷。设备配备声光报警系统，正常运行时，绿灯常亮;设备检修、维护、故障时，会亮起不同颜色的指示灯，并伴有蜂鸣报警，系统操作界面会提示异常状态，便于设备操作者发现异常原因并及时采取处理措施，较大程度提升设备的智能化程度。

　　3工作原理

　　该设备内部关键检测机构如图2所示，其工作原理如下：

　　卷纸从入料输送带(5)流入到O型带输送线(6)上的检测位，由视觉系统(7)对卷纸的外形轮廓进行拍照，并通过算法进行检测，如果检测出无缺陷，则通过出料输送线(2)出口输出至下一生产线，如果检测出有缺陷，则激活出料输送带(2)上的排废吹气机构(8)吹气将缺陷产品吹入缺陷产品出口(9)后落入缺陷产品框(10)。卷纸在O型带输送线(6)上检测能让底面相机拍摄更多底部外形信息提高检测准确率。计数器(11)能准确统计产量、各次品项数量、产品良率等信息，方便使用者了解和改进生产状况。触摸屏(3)方便使用者设置各种参数，了解设备运行状况以及显示视觉系统(7)的实时图像信息。微风循环系统(2)能吸出设备内粉尘保持设备清洁，避免粉尘对视觉系统(7)的干扰，提高视觉识别准确率。

　　4检测项目与指标

　　卷纸包装在线检测设备研发的关键检测项目和指标如表1所示。

　　5控制系统

　　该设备使用西门子PLC控制系统，程序采用触发控制。当检测工位识别到来料产品时，则触发视觉系统高度拍照、分析、计算;当视觉识别系统判定为缺陷产品时，则触发排废机构动作。在缺陷产品的判别上，本设备采用图像对比算法，分别从外形尺寸、商标印刷、表面规则、纸管扭曲等多方面识别检测。算法包含三步：一是预处理，即消除硬件误差，修剪不相关图像;二是配准，即图像特征抓取、匹配、变换，将待检测的图像与标准图像对齐;三是比对，即是缺陷检查，标注缺陷特征。为加强算法适应性，算法还融入了多种组合加速配比方法，部分PLC程序代码如图3、图4所示：

　　设备采用友好的人机交互，根据操作者需求进行定制化设计，简单易懂，操作方便，可根据卷纸生产负荷实时调节设备运行参数，动态监控各机构运行状态，部分界面如下图5、图6所示。

　　6应用及展望

　　该设备已在纸卷生产厂家投入使用，研发与应用效果远超预期，其生产效率高，精准度高，误判漏检率低，稳定性好，各项指标均符合生产要求。该设备的投入提高了卷纸包装生产效率和自动化程度，降低了企业人工成本，提升了企业经济效益。该设备市场需求量大，研发成功后获得了纸品市场的广泛认可，具有广阔的市场空间。设备具有较强的通用性强、互换性高，可基于设备本体进行升级和改造，不但可以推广并应用到食品、酒类、饮料包装行业，亦可广泛应用于机械制造、机电安装行业的产品表面缺陷质量检测，具有广泛的市场前景。——论文作者：毛劲

　　基于视觉的卷纸包装在线检测设备研发与应用相关期刊推荐：《中国包装工业》杂志主要是宣传国家有关包装行业的政策和法规，报道我国包装行业的成就和发展方向，介绍包装企业在深化改革、加强管理、技术进步等方面的成功经验，推广包装新产品、新材料、新设备、新工艺，报道包装原材料的价格和市场供求信息，为各行各业的各类产品提供科学的改进包装的方法和经验。