常规爆珠滤棒在线可见光视觉检测
一、项目背景
某中烟公司所属滤棒生产厂家原先采用KDF3型滤棒成型机进行滤棒生产，近年来，随着爆珠卷烟市场需求的发展，该厂家通过技术改造将爆珠植入填充模块加入到该型成型机组中，实现了爆珠滤棒的高速生产，并应用于多款面市的爆珠成品卷烟中。然而，在滤棒生产的后续检测环节中，通过人工抽检等手段，有一定的概率检测出滤棒缺珠、多珠、爆珠破损以及相位偏移等生产缺陷。由于目前采用的人工复检方式速度较慢，难以对所有生产出的爆珠滤棒进行全面精确的检测。一方面，难以避免缺陷爆珠滤棒流入成品卷烟的生产流程，甚至造成次品进入市场，影响品牌声誉，同时，离线复检的相对滞后性也使得难以对造成爆珠滤棒生产缺陷的原因进行及时的诊断发现和排除，可能对生产良品率进而对经济效益产生不利影响。
因而，有必要针对该型爆珠滤棒生产设备中的产出的爆珠滤棒进行准确、全面以及实时的在线检测，能够检测出产品中可能存在的少珠、多珠、相位偏差以及爆珠破损等缺陷，并能够将检测结果传递给剔除机构，实现对缺陷爆珠的及时准确剔除，同时，需要将检测结果直观地呈现给现场操作人员和相关技术运维人员，便于及时排除异常工况。此外，该项目属于对现有设备进行技术改造和升级，因而，对所添加的在线检测功能模块的尺寸、安装位置以及检测速度等都有特定要求。
二、项目实施方案说明
本项目的甲方厂家所生产的爆珠滤棒中所添加的爆珠均为带有鲜明色彩的有色爆珠，包括蓝色、红色和绿色等，并且目前绝大多数爆珠卷烟产品中的爆珠也带有鲜明颜色。此外，滤棒的包装纸通常透光性较好。而基于彩色成像相机的可见光视觉检测是一种相对简单、高效且准确的检测方案，并且已经在食品药品、机械制造、印刷包装以及能源电力等领域得到了广泛应用，相关的硬件设备和软件算法也相对成熟，因而本项目采用基于可见光的机器视觉方案对爆珠滤棒进行在线监测。
考虑到爆珠滤棒的生产速度较快，且单根滤棒包含4到6颗爆珠，因而，对检测速度提出了较高需求，因而本项目采用了基于进口的高速彩色线阵相机作为成像器件。高亮度光纤白光光源作为照明光源，不仅增加了照明亮度，减少了曝光时间，同时。分体式的涉及既节省了产线附近所占用的空间，也方便后期保养维护。而线阵相机专用的成像镜头提供了大视场和高分辨率。
在线检测的设计方案总体示意图如下图所示。通过安装在流水线上的光纤光源发出的高亮度白光照射到滤棒一侧表面，经过滤棒内部的醋纤和爆珠的散射和吸收后，部分光线透射到滤棒另一侧。由于醋纤和包装纸为白色，不会改变白光的色彩，而有色爆珠则会对白光中的互补颜色产生明显吸收，因而改变透射光线的色彩。成像镜头收集透射光线并将图像成像到线阵相机上。通过机器视觉算法软件对图像色彩分布的分析，可以获得关于爆珠的位置、尺寸和有无的信息。进而通过结果反馈及剔除执行，完成对残缺品的剔除。
所设计的可见光在线检测模块的机械结构如下图所示。此套系统机械结构紧凑，稳定性好。光源采用分体式高亮度光纤光源，光纤发射头体积小，成像镜头采用专用的线阵镜头，视场大，成像清晰，采用CameraLink接口的高速彩色线阵相机实现高速采集，并利用编码器外部触发实现视觉图像与生产线运动的精确同步，对移动的产品进行纵向扫描采像。
在软件及人机界面方面，采用简洁直观的中文界面，根据多年项目经验，方案提供的软件系统包含以下特点：
1、“配方式”检测参数设置，数据库内设置好表单格式，也可通过权限管理进行增删选项。每种品牌规格的产品保存为一种配置，并进行单一编码设定，生产时由管理员对配置进行调用即可满足不同品牌规格产品的生产需求；
2、数据库包含客户所有规格产品的质量参数及阈值，亦可通过管理权限进行增删修改，满足客户柔性化、多样化的生产需求；
3、人机界面实时显示在线检测的结果及统计数据，可通过条形图、饼状图、曲线图等多种方式表达显示，直观明了；
4、具备数据统计、管理及上传功能，可对生产班次进行设置，保存所需班次的生产数据，如检测总量、总残缺条数等；
5、多级密码设置管理，可通过密码、工号、刷卡等方式进行权限管理。实施记录何人、何时、做了何事，并可对操作记录进行保存期限设置。
三、项目实施情况及成果
在甲方爆珠滤棒生产线上实际安装了常规爆珠滤棒在线可见光视觉检测装置，结构紧凑无干涉，与现有产线设备匹配良好。如下图所示：
所开发的爆珠滤棒可见光在线监测软件的上位机机柜、触摸屏人机界面如下图所示：
检测过程中的典型显示界面如图所示：
该检测装置已经顺利应用到120mm的蓝色四珠滤棒的实际生产中，实现了对少珠、多珠、相位偏差以及爆珠破损缺陷的实时在线检测，达到了如下表所示的技术参数，并通过了甲方厂家的验收，评价良好。
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常规爆珠滤棒在线可见光视觉检测功能技术参数 |
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序号 |
技术指标 |
功能及技术参数 |
备注 |
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1 |
检测技术 |
可见光机器视觉 |
可辅以其他技术 |
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2 |
检测速度 |
≥12000支/min |
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3 |
缺陷种类 |
多珠、少珠、破损、相位偏差等 |
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4 |
相位检测精度 |
±1mm |
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5 |
检测准确度 |
99.95% |
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6 |
剔准度 |
前后不多于2支 |
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7 |
运行效率 |
＞95% |
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8 |
滤棒长度 |
可调 |
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9 |
爆珠颜色 |
可调 |
需有色爆珠 |
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10 |
爆珠数量 |
可调 |
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