机器视觉识别技术在烟丝/烟叶箱式自动存储系统中的应用

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摘要

机器视觉识别系统的应用可以大幅降低检验成本，提高产品质量和效率，并使物流系统自动化程度得到进一步提升。

关键词

储具、机器视觉、照相机

随着市场竞争日趋激烈，企业在强调生产效率的同时，对产品质量的要求也越来越高。严格检测成为提高产品质量的重要手段之一。过去，严格检测是通过增加检测人员数量、加大检测力度来实现的。但在生产力快速发展的今天，企业的产品普遍存在量大、输送速度快的特点。质检部门要想通过人工方式对每一件产品进行质检基本上是不现实的。越来越多的企业需要一种系统(技术)，由它来代替人眼，对产品的质量进行监测。机器视觉识别系统的应用，在一定程度上满足了这种需求。 　机器视觉是一种具有眼睛系统的机器。它将计算机的快速性、可靠性、结果的可重复性与人类视觉的高度智能化和抽象能力结合在一起，通过对目标物体图像的采集和处理得出分析结果，并上传到控制系统。机器视觉识别系统的应用大幅降低了检验成本，提高了产品质量和效率，使物流系统自动化程度进一步提升。据了解，目前机器视觉识别系统已应用于制造工业、汽车、电子、食品、饮料、印刷、包装、医药及烟草等行业。本文介绍该技术在烟草行业的应用。 　在烟丝／烟叶箱式自动存储系统中，为了保证成品烟丝的吸味纯正，工艺要求烟丝／烟叶中不得有杂物，也不能混入其他品种的残留物，因此对储具(储丝箱或储叶箱)的清洁度要求较高。如果采用人工方式对储具清洁度进行检查，会大大降低自动化系统的运行效率，而且人工对储具清洁度的误辨率较高。另一方面，工人长期工作在具有残烟丝的环境，会严重影响其身体健康。为了解决以上问题，在烟丝／烟叶箱式自动存储系统中使用了Siemens公司的机器视觉识别技术，并配合自动翻箱清扫装置，对装箱前的储具内部进行清洁度识别，对不合格储具进行翻箱清洁工作，以符合清洁度标准。工作流程如图1所示。

系统构成

机器视觉识别系统一般包括光源、照相机系统、图像处理单元、图像处理组态软件、监视设备、通讯输入输出单元等。其中，SIMATIC s7是系统的主控制器，具备以太网和PROFIBUS-DP接口。VS72X是机器视觉识别系统的主要部件，通过以太网与系统其他部件进行通讯。如图2所示。 　装有SIMATIC Spectation及VSlink软件的计算机作为组态工具，通过以太网对VS72X进行组态。HMI、监视器等作为监视设备接入。VSlink Profibus是机器视觉识别系统的网关，它将VS72X通过Profibus连接到主控制器，并通过自带的VGA接口连接监视器。

实际应用结果

在烟丝／烟叶箱式自动存储系统中，由于烟丝为深黄色，而且较吸光，因此使用机器视觉识别系统中的灰度识别功能对残烟丝／烟叶进行识别。经过认真组态，系统对具有残烟丝／烟叶的储具能够作出正确的评判(报告结果分为三种状态：正常、报警和失败)，识别率达到了95％以上。

目前，该系统已在上海卷烟厂、济南卷烟厂、常德卷烟厂等烟丝／烟叶箱式自动存储系统中得到应用。 　机器视觉识别系统的使用，在一定程度上解放了人眼，同时减少了人工错误判断对系统的影响，为自动化系统提供了新的发展方向。但同时，该系统又不可能完全代替人眼。在使用中发现，外界环境的改变将直接影响到系统识别的稳定性。首先，光源的变化会影响成像质量，在精度要求较高的情况下，将直接影响到识别效果。其次，照相机与待识别物之间的相对位置应尽量固定，位置的改变将导致捕获的图像有所偏移，直接影响识别效果，因此相机的固定非常重要。再者，由于是对物体的成像进行识别，储具颜色应尽量与烟丝／烟片颜色区别开，近似的颜色及纹理不利于识别。另一方面，由于储具属于循环使用，长时间使用后内部颜色会有所改变，对识别效果会造成一定影响。为了提高识别的准确性，系统应根据实际情况，并结合多种检测手段进行识别(如重量、超声波等)，并定期对储具内部进行彻底清洁。 　通过不断的完善，不久的将来，机器识觉识别系统必将成为自动化系统的重要组成部分。