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在线烟支钢印检测系统在P70上的改进QC

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14

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在线烟支钢印检测系统在P70上的改进

一、小组概况

课题名称：“在线烟支钢印检测系统在P70上的改进”
小组名称：二车间日班QC小组
成立日期:2010年10月
小组类型：攻关型
活动日期：2010年5月～2010年10月

小组人员情况明细表：
序号
姓名
性别
年龄
学历
职务
组内分工
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

制表人:张涛 2010年10月

二、选题理由

烟支钢印检测系统将专门针对卷接机机组上存在的钢印模糊、图案缺少、位置跑偏、图案及钢号使用错误等质量问题，通过高速CCD对获取和图像处理单元利用图像搜索定位、边缘检测，图象灰度等算法，对图像进行分析,以确定烟支是否存在质量缺陷。通过这种系统来对机组钢印印刷系统进行实时在线检测，保障产品的质量，提高品牌的内在价值。为此，二车间日班电工组成立了QC小组，专门针对在线烟支钢印检测系统在P70上的应用问题开展攻关活动。

三、现状分析

目前烟草行业应用了机器视觉检测系统方案，如：制丝车间烟叶除杂设备、小包外观检测、条包外观检测、烟支钢印检测等。由于我厂的卷烟产品是直接将烟标印刷在卷烟纸上,烟支钢印检测系统将专门针对卷接机机组上存在的钢印模糊、图案缺少、位置跑偏、图案及钢号使用错误等质量问题，通过高速CCD对获取和图像处理单元利用图像搜索定位、边缘检测，图象灰度等算法，对图像进行分析，以确定烟支是否存在质量缺陷。如果存在质量缺陷的话将在MAX70剔除工位予以剔除。通过这种系统来对机组钢印印刷系统进行实时在线检测，保障产品的质量，提高品牌的内在价值。

钢印印刷示意图2.1所示：

从图2.1可以看出，油墨采用气压供应方式存在一些弊端：一是气压不一定时刻保持恒定，气压不恒定势必造成油墨的供应发生变化；二是匀油泵不是线性供油墨方式，不能时刻保持现场需求和供应保持一致；三是油罐的固态油墨存在内部空气所产生的墨块；四是调节阀因为现场的振动而发生位置变动,从而影响油墨的浓度变化；五是因钢模与匀油轮之间的配合差动产生位置变化。对于上述的分析，具体反映在现场的现象表现为钢印产生过浓或过淡、钢印模糊、残缺、钢印上出现点壮墨和野墨及钢印水平、垂直方向位置变化等情况.

四、确定目标

安装数字高速线阵工业CCD视觉产品后提高产品工艺检测手段及生产管理水平,完善生产过程中的质量保证措施并提升产品质量水平，降低物料损耗，提高生产效率，减少后续废料烟回收的工作量，降低工人的劳动强度，提高有效作业率及设备综合使用率。

五、原因分析
机器视觉系统其典型的组件包括如下部分:光源，镜头,CCD照相机,图像处理单元,图像处理软件,监视器，输入、输出单元等。

1． 照明光源：机器视觉系统在选择光源时需考虑五个技术方面的因素:方向、光谱、偏振性(Polarization）、强度、均匀性。光源条件不好会影响到钢印检查的精度。
2． 电源模块：根据车间现场设备的维修经验来看，电源模块的电源电压供应不稳定会对设备的正常运行带来负面效应。
3． 触发模块：触发信号脉冲的同步协调性不一致会给最终的检测结果带来偏差。
4． 摄像机:对于设备的感光元件，其性能是否稳定、清晰度是否达标都影响到图像的识别能力。
5． 图像处理器:处理的图像算法的优劣和处理速度快慢影响到检查效果。
6． 剔除功能:经过检测后得到的结果最终目的就是剔出，所以在这一方面,设备本身的剔出功能是否精确需要我们进一步验证。

电源电压不稳

触发信号偏差

光谱

偏振性

光源方向

检测精度
照明光源

光源强度

均匀性

摄像感光元件

图像处理器

剔除功能

六、要因确认
针对因素
确认方法
确认人
确认结果
是否要因
照明电源正常条件不满足实际需要。
现场观察光源方向、强度、均匀性并通过仪器测试其光谱、偏振性。
张涛

发现现场设备上的光源并不理想、建议调换。
是
电源电压不稳定.
通过万用表现场测试。
徐柏华

测试出电压数据虽然有少许偏差，但并不影响设备的正常运行.
否
触发信号有波动.
使用示波器监控触发信号情况。
徐柏华
无异常情况。
否
脉冲信号传送有干扰。
对脉冲信号进行抗干扰试验。
徐柏华
试验结果连线抗干扰能力良好。
否
摄像感光元件不理想。
通过CMOS与CCD的感光头进行对比.
张涛
李特樑
经测试发现CCD感光元件在清晰度与识别能力上比CMOS感光元件性能优越.
是
图像处理器的运算能力不强。
对拍照实物进行内部注册标准图像对比，通过内部运算得出结果.
张涛
李特樑
没有发现相关出错信息。
否
现场protos剔出功能测试。
通过对剔出信号与计数信号(好烟信号）进行比较得出坏烟是否能够及时剔出。
徐柏华
测试结果信号存在的相位的偏差需要进行调整.
是
剔除功能中移位信号监测
通过对剔出信号的移位过程进行监控计算步数。
徐柏华
测试结果剔出信号的移位步数与设备存在差异。
是

确认结果:
l 照明电源正常条件不满足实际需要.
l 摄像感光元件不够理想.
l 连线现场剔除功能信号存在相位偏差。
l 剔出信号移位步数存在差异。
这四点是引起钢印检测精确度差的主要原因.

七、制定对策与实施
针对要因
具体对策与实施
预定目标
实施地点
实施时间
实施人
照明电源不满足实际需要。
调换照明电源为LED灯。
使照明电源的强度、均匀性有所增强。
二车间现场
2010年4月
徐柏华
摄像感光元件不够理想.
将CMOS感光元件调换为CCD感光元件。
通过调换感光元件提高清晰度与识别能力。
二车间现场
2010年4月
张涛
剔除功能信号存在相位偏差.
通过双踪示波器对剔出信号与计数信号（好烟信号）监控调整相位
使两者在相位上同步准确剔出坏烟。
二车间现场
2010年4月
徐柏华
剔出信号移位过程有误
通过对其内部电路进行修改增加移位步数。
使剔出信号的移位准确.
二车间现场
2010年4月
徐柏华
制表人：张涛 制表日期:2010年10月

八、效果检查

一、通过改进措施将摄像机拍摄的图像进行二进制（黑白化），可以测量白色或黑色的面积，以得到灰度不同目标物不同位置的灰度数据；并且进行图象各种图像算法计算;如二值化，锐化、对比度转化，差分，平均处理后,将结果以像素的方式进行对比和输出显示。最终实现了区域检测功能。

图像二值化处理
在区域测量模式下输出的测量结果如下所示。
• 窗口的面积：以像素数输出。（限值判定对象）.
• OK/NG:如果测量值超过指定的限值（上限和下限），则为［NG］，如果在限值内，则为[OK]。
• 测量窗口位置:以像素数输出测量窗口的位置

二、利用PROTOS70系列的卷接机组自身配置的剔除装置，因此采用了电气隔离的并连接入方式（如下图1）,直接利用此剔除装置对检测出的不合格烟支进行剔除(如图2:PT70—-Y31剔除阀)。通过调整烟支的准确剔除、图像定位摄取控制所采用的颜色传感器采集图标信号与卷接机组产生的烟条时钟脉冲(RCP）进行同步移位跟踪（SRM重量系统时钟脉冲，如图3）,当烟支流到卷接机组自身剔除装置位置时，发出剔除信号，自动剔除不良烟支。

图1 ：信号隔离方式 图2： PT70机剔除位置 图3： PT70烟条时钟脉冲

使用结果表明，通过改进视觉产品后提高了产品工艺检测手段及生产管理水平，完善生产过程中的质量保证措施并提升产品质量水平，降低物料损耗，提高生产效率，减少后续废料烟回收的工作量,降低工人的劳动强度，提高了有效作业率及设备综合使用率。

本表为2010—04-14PROTOS70—5#的钢印剔除情况

九、巩固措施
攻关小组针对今后可能发生的遗留问题制定了一系列巩固和完善的措施：

针对问题
巩固和完善措施
LED光源使用的位置偏差及长时间使用后的损坏现象。
对该LED光源进行巡检,及时调整,保证光源方向始终在适当的位置下工作。并定期观察，一旦发现光源有衰减现象，即使调换。
在剔出功能良好的情况下还需要关注剔出阀的寿命问题，防止漏剔出的现象发生。
专门研究开发了剔出阀动作追踪装置，通过剔出信号与好烟信号的逻辑比较，使漏剔出的香烟能够在SRM中计数,从而了解剔出阀的正常工作与否。

十、今后打算

通过小组成员不懈的努力，改进工作初步获得成功，目前已改进机台运行状况良好，产、质、损指标均有所优化.但在今后相当长一段时间内，还是需要继续进行改造机台的跟踪服务，随时准备解决可能产生的问题，并做好零配件故障及更换的记录，以备分析研究之用，从而使生产现场的工序受控能力不断得以提升。