ZB48A烟支智能视觉检测系统的优化与应用

ZB48A烟支智能视觉检测系统的优化与应用

刘亚鹏

山东中烟工业有限责任公司滕州卷烟厂

1 提出问题

ZB48A超高速包装机生产能力700包/分钟，烟支通过两个推烟通道进入导烟块时是按照6-7-7排列，经过隔烟板的作用滑动至7-6-7的排列，造成烟支排列不整齐，原烟支检测器检测效果受烟支抖动影响大，从而造成烟支误检测故障。由于设备结构设计无法改变，项目组成员结合人工智能技术针对烟支检测系统进行重新设计，达到烟支精确检测的目的，降低原辅材料消耗，提高设备运行效率。

图1 烟支排列示意图

2 提出方案

智能烟支检测系统是融合AI技术、机器视觉技术及光电动态扫描技术的新一代烟支检测器。用于检测包装机模盒内单个烟支的装填情况（空头检测），以及整个烟包的完整性（缺支、反支检测等），在检测到存在缺陷的烟包时向包装机组控制系统发送剔除信号，由包装机组控制系统在相应位置将缺陷烟包剔除。

智能烟支检测系统主要由人机界面、控制箱、烟丝侧/滤嘴侧/上排图像采集组件和以太网交换机等组成。人机界面显示系统实时运行信息，并提供丰富的检测工具。控制箱中的控制器通过图像处理技术对图像数据进行处理并判断是否存在缺陷产品，在检测到不合格产品时，向包装机组控制系统发送电平信号，由包装机组控制系统在相应位置将不合格的产品剔除。图像采集组件主要由相机、光学镜头和光源组成，用于采集清晰的检测目标图像。

图2 视觉检测系统原理框图

ZB48 视觉检测系统主要由人机界面、控制箱、烟丝侧/滤嘴侧/上排/内卡纸图像采集组件和以太网交换机等组成。人机界面显示系统实时运行信息，并提供丰富的检测工具。控制箱中的控制器通过图像处理技术对图像数据进行处理并判断是否存在缺陷产品，在检测到不合格产品时，向包装机组控制系统发送电平信号，由包装机组控制系统在相应位置将不合格的产品剔除。图像采集组件主要由相机、光学镜头和光源组成，用于采集清晰的检测目标图像。

3 方案实施

（1）硬件设计

ZB48视觉检测系统核心部分是控制箱，控制箱负责整个系统的图像数据分析处理及命令的收发，控制箱主要两个控制器、一个以太网交换机、接线端子组成。

控制箱包含四个相机接口，分别为滤嘴侧图像采集组件、滤嘴侧图像采集组件、烟丝侧图像采集组件与烟丝侧图像采集组件的接口（控制箱含三个相机接口，分别为上排图像采集组件、上排图像采集组件与内卡纸图像采集组件的接口），控制图像采集组件在指定时间拍照和图像传输。

ZB48A视觉检测系统的控制器可处理 14 路(0，24V)数字输入。14 路输入中，8 路为 PNP型，6 路为 NPN 型。实际工作时，ZB48 视觉检测系统烟支检测、上排和内卡纸分别只用了 1 路 PNP 输入信号接口，其他输入信号接口均未使用，各路输入功能如表所示。

（2）图像采集组件的设计

ZB48A视觉检测系统的图像采集组件用于采集清晰的烟包图像，主要由相机、光学镜头和光源组成。

（3）人机界面的设计

主界面是系统启动后进入工作状态后的第一个界面。该界面显示系统当前状态、系统使能、当前日期时间、当前机器类型、当前品牌、当前班次信息、个图像显示窗口、相机状态以及包装机包装速度等。该界面允许用户对系统参数进行设置。在系统界面左侧可以进行机器类型设置、相机选择、检测使能、时间设置、人机界面程序配置、触摸屏配置和班次配置。

（4）训练过程

将样本拆分 OK、 NG、 大空头、 中空头、 小空头， 并裁剪、 重命名，监督学习将样本进行人工标记，对制作的标签验证。

4 效果验证

智能烟支检测系统应用后，装置运行稳定，检测精确度提高至99%，小盒误剔除量由原来的3000包/班次降低至20包/班次，取得直接经济收益360万余元。

参考文献：

 [1]刘鸿瑜,袁国武.基于改进YOLOv5s的烟支外观缺陷检测方法[J].计算机技术与发展,2022,32(08):161-167.

[2]罗佳,葛炯,孙翔,等.基于外观形态和红外光谱结合的油斑烟支污染源的鉴别[J].上海计量测试,2024,51(06):38-44.

[3]张世强.基于深度学习的烟支外观缺陷检测算法研究[D].河南工业大学,2024.DOI:10.27791/d.cnki.ghegy.2024.000262.

[4]赵金辉.基于深度学习的卷烟外观缺陷检测系统的设计与实现[D].山东农业大学,2022.DOI:10.27277/d.cnki.gsdnu.2022.000956.