智能相机如何助力追踪烟草包装箱收藏

在包装行业中，装满烟草产品的瓦楞纸箱必须在装运前分配一个唯一的编号，以便它们能在整个供应链中被准确地跟踪　　为了简化这一流程，一家在巴基斯坦设有烟草包装设备的公司，正在使用由巴基斯坦Sunshine公司开发的两种基于视觉的解决方案。

该系统可以识别每个箱子中装有的各种不同品牌的烟草制品，之后自动在箱子上打印唯一的序列号，包含时间、重量以及温度和相对湿度等环境变量

　　检查过程充满挑战，因为有大量装有不同产品的箱子都在同一条传送线上传送，而它们在形状、大小和颜色方面的差异很小更为重要的是，纸箱上没有用于识别的现成条形码此外，必须确保两套视觉检测和打印系统彼此交互，以确保每个箱子上将印有唯一的编号。

　　在用美国国家仪器（NI）公司的Planet NI程序，Sunshine公司建立了一套网络解决方案，以应对客户的大批量生产要求该系统根据印在箱子外面的独特图案、设计或商标来区分箱子，在同一条传送线上可支持多达30种具有独特商标的箱子，并且可以每天24小时、全年连续运行（见图1）。

图1（a）和（b）：Sunshine公司开发出的视觉检查系统，使用智能相机识别装在瓦楞纸箱中的各种不同品牌的烟草制品，随后在箱子上印上唯一的识别号，并进行检查以确保该识别号的存在生产线上　　在包装工厂，装有不同品种烟草制品的箱子，分别从进料输送带运送到变速传送带上，该变速传送带装配有4个由日本Axis Weighing公司生产的剪切梁式称重传感器，用于测量箱子的总重量，并将测量数据传输到美国Automation Direct公司提供的Koyo Click PLC中。

　　为了确保称量过程的准确性，确保每次仅有一箱烟草制品进入称重站至关重要为了做到这一点，进料传送带上装配了美国Banner Engineering公司生产的型号为QS18VP6LVQ5的反射式传感器，并与PLC连接。

如果在有一个箱子处于称重传送带上时，恰有另一个箱子触发进料传感器，那么进料传送带将被暂停，以确保测量的仅仅是单个箱子的重量（见图2）

图2：将装有不同品种烟草制品的箱子从进料传送带运送到变速传送带上，测量箱子的总重量在视觉检查站，箱子顶部的图案被捕获、识别并产生一个与产品相关的ID号该ID号与重量、温度和相对湿度等数据一起产生一个序列号，然后由喷墨打印机打印在包装箱上。

　　一旦箱子进入安装在传送带上方的视觉检测站的视场内，第二个型号为QS18VP6LVQ5的反射式传感器指示PLC触发NI公司的彩色相机1774C 1280×960（SXGA），其帧率为17 fps，并带有1.6 GHz的处理器。

该相机捕获箱子顶部的图案，并由相机内嵌入的软件识别箱子，然后产生一个针对该品牌的产品ID号　　随后，该产品ID号被传送到台湾Winmate公司生产的10英寸工业触摸平板电脑上在这里，该ID号与来自称重传感器传送带的重量数据，以及通过美国Omega公司的HX94C传感器/换能器的PLC所采集的温度和相对湿度信息组合在一起。

利用这些数据产生一个唯一的代码，当包装箱移动到后序生产线时，通过喷墨打印机将这个唯一的代码打印在包装箱上视觉检测　　该应用选择了NI公司的1774C智能相机，该相机具备IP67防护等级，能够承受恶劣的工业环境。

此外，1774C的板载图像处理能力能将PC从图像处理任务中解脱出来，从而主要用于处理网络通信和代码打印　　利用NI公司的交互式Vision Builder for Automated Inspection软件环境中的图像处理工具，对相机进行编程，通过对捕获的图像进行处理，用于识别不同类型的箱子。

在检查任何新产品之前，必须对1774C相机进行培训，以识别包装箱外面的独特标识为了实现这一点，需要使用颜色图样匹配工具为印刷在纸箱上的每种颜色特征生成一个模板，并与产品的特定商标名称一起，给模板分配一个唯一的识别号。

　　一旦包装线上的相机捕获了当前的箱子图像，Vision Builder内的工具首先对图像中的箱子边缘进行定位然后对图像进行裁剪，提供感兴趣区域的图像，从该图像中能够确定识别品牌特征的位置裁剪图像之后，相机上运行的软件采用彩色图样匹配工具，以确定彩色图像中图案的颜色和空间信息。

　　然后采用搜索工具，对存储在相机存储器内所学习到的每个新产品模板进行搜索，并且在旋转不变的方式下找到匹配──这是一项重要的特征，因为每个箱子可能会被生产车间的装箱人员旋转180°找到最可能的匹配后，该软件再根据当前图像与各产品原始模板的匹配程度进行打分（0-1000分）。

如果分数足够高（高于750分），相机将图像和标识产品的号码一起传输给PC如果分数太低（低于750分），或者如果两个或多个模板与同一个产品匹配（这种情况很少发生），那么纸箱标记为未通过检查过程，并拒绝进一步向下传送。

　　接下来，PC上运行的软件进行检查，以确定系统分配并打印在装有相似烟草产品的纸箱上的上一个号码然后将这个号码与由PLC获取的重量、温度和湿度的数据、以及产品箱子进行检查的时间和日期一起，存储到PC上　　因为该套装置的不同位置安装了两个基于视觉的检测和打印工位，两个工位都用于检测烟草制品纸箱，在任何时刻都有可能同时检测两个装有相同品牌产品的箱子。

因此，确保每个箱子上印有唯一的识别码非常重要，因为只有这样才不会出现两个相同品牌的产品箱子上打印有相同代码的情况为了做到这一点，PC控制各系统通过以太网连接进行通信，通过使用共享软件变量和队列，PC可以实时关联两套数据，递增任何相同数据，以确保每个箱子能够分配到独一无二的代码。

　　该系统的软件用户界面，使用NI公司的LabVIEW软件配合该公司的Vision Builder软件编写而成采用LabVIEW创建HMI界面，在Winmate公司的触摸屏PC上显示，使得操作人员能够查看图像采集和分析处理的结果，以及在给定时间段内检验的纸箱数量和类型。

此外，该软件显示每个箱子的名字，以及每种品牌相应的合格率和不合格率（见图3）

图3：图像与标识箱子内所包装的烟草类型的代码一起发送到PC，与箱子的重量以及包装时的温度、湿度一起显示在HMI界面上　　传送带运输的最大盒子的最大长度为560 mm因此，需要有足够强度和大覆盖面积的区域灯光，以产生均匀照明。

由于图像中的感兴趣区域包含多色图案，因此有必要使用白光照明以产生最佳结果基于这个原因，该应用中的光源采用的是两个由Banner Engineering公司生产的型号为LEDWLA580XD6-XQ的线性阵列区域灯，其长度为580 mm，安装在相机下方，直接照亮目标物体。

　合格或不合格　　纸箱通过检查过程后，往具有内部扩散模式触发传感器的Domino Printing C-1000喷墨打印机传送在箱子传输过程中，PC通过以太网接口将唯一的标识号、重量、温度、湿度，以及时间和日期传输到打印机。

一旦传感器探测到箱子存在，喷墨打印机便将数据连同二维码打印到箱子外部（见图4）但是不能由视觉系统精确识别的那些箱子则不会打印代码

图4：在系统准确识别纸箱中的内容物后，唯一的标识号、重量、环境温度和湿度，以及时间和日期等信息将打印在箱子上　　打印机内两升的墨盒足够供在箱子上打印几个月然而，为了避免由于缺墨导致非常低的打印质量（或者根本无打印）的可能性，纸箱由LEDWA80X80M 80×80 mm面光源照明，在Banner Engineering公司生产的iVu图案匹配相机下移动。

图案匹配相机运行软件工具，在具有亮背景的箱子图像中搜索具有对比的暗像素（墨）的给定数量高对比度图像表明打印数据存在，而那些具有低对比度的图像则表明打印过程未成功　　基于对比度的测量，生成合格或者不合格信号，并返回给PLC。

为了拒绝包装箱，后续光电传感器被进一步触发，这指示PLC拒绝未被打印、或者无法由1774相机识别的任何箱子这通过驱动一个线性圆柱体来实现，将箱子从传送带推出至不合格品站然后可以手动检查不合格箱子，以确定问题的具体性质，如果需要的话对箱子内部的产品进行重新包装。

　　自从这两套系统安装在包装厂以来，尽管暴露在夏季和冬季月份中的环境照明和温度的波动幅度较大，但是系统仍在一年到头不断连续运行此前出现问题需要进行代价高昂的召回或返工，而该系统每天可以逐个检查和打印约一万件烟草制品纸箱，已有效取代了早期检查这些产品的手动方式，提升了效率，减少了错误。

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