2017年二等奖-研制PASSIMM卷烟机烟支外观在线检测装置

研制PASSIM卷烟机烟支外观在线检测装置,安阳卷烟厂“拼搏者”QC小组,在国内卷烟生产企业中,PASSIM卷烟机组在线检测装置无法对外观质量缺陷烟支进行检测和剔除（如钢印模糊、接装纸褶皱、表面油污、黄斑等），生产企业检测方式主要依靠人工抽检来完成，不能实时反映产品生产状况，导致外观质量缺陷烟支流入消费市场。该成果主要针对缺陷烟支进行在线检测和剔除，填补了国内卷烟企业烟支外观检测方面的一项空白。,前言,小组概况,选择课题,设定目标及可行性分析,提出方案并确定最佳方案,制定对策,对策实施,效果检查,标准化,总结和下一步打算,一、小组概况,小组成员的学历由硕士、本科组成，技术力量雄厚。其中3名硕士，1名高级技师，4名工程师。高学历+高职称+丰富的工作经验是完成成果的有力保障！,小组简介,二、选择课题,PASSIM卷烟机生产速度8000支/分钟,人工每10分钟抽检一次,每次只抽检两条（400支）。,严重不匹配,这样看来，有99.5%烟支不经过检测，缺陷烟支流入市场的风险较大。,二、选择课题,确定烟支表面缺陷在所有质量缺陷中所占的比重,烟支表面缺陷占总缺陷的60.41%，占比最为突出。,二、选择课题,人工检测烟支外观质量占所有检测的比重,PASSIM卷烟机自带空头、缺嘴等在线检测装置，但烟支表面的缺陷仍靠人工抽检来识别。人工检测项目占烟支质量检测项目的78.57%，占比较大。人工检测仅能抽取烟支通道上层烟支。人工检验结果受人为因素影响较大。,人工仅能抽取烟支通道上层烟支,二、选择课题,通过万方数据库、百度学术、中国知网的查新，未发现卷烟机烟支外观在线检测相关方面的专利。我们大家都知道，GDX2包装机上有一种小盒成像检测装置，可以检测小盒表面的多种缺陷，为我们提供了研究的思路。,技术查新,中国知网,百度学术,万方数据库,二、选择课题,研制passim烟支外观在线检测装置,本次课题,三、设定目标及可行性分析,目标的设定,小组经过论证，把本次活动目标设定为：,研制PASSIM烟支外观在线检测装置外观缺陷烟支检测剔除率达到90%以上,三、设定目标及可行性分析,目标可行性分析,小组科研力量理论可行性模拟实验,三、设定目标及可行性分析,小组科研力量,小组实力雄厚,三、设定目标及可行性分析,图像处理是将CCD照相机所捕获的目标图像转换成数字信号，然后对该信号执行多项算术运算，从而提取目标的参数。最后，根据预设的容差极限输出微分结果。,照明光源由目标反射，反射光通过镜头汇聚。目标图像聚焦在2DCCD摄像元件上，与亮度成比例的视频信号(模拟信号)从CCD摄像元件发送到控制器。控制器根据模/数转换后的数据(8位=256级)，检测目标面积、形状或位移方面的差异。,2.2,图像处理原理,脏污检测原理,理论可行性,三、设定目标及可行性分析,模拟实验,我们利用辅料生产厂家辅料质量检测系统来验证目标是否可行。人为在卷烟纸、接装纸等辅料上设置污渍点。让设置好的辅料通过辅料厂家的检测系统，统计系统检测并剔除出的缺陷数量与人为设定的缺陷数量，并进行比对计算，从而验证设定的目标是否可行。,模拟实验污渍检测剔除率为92.8%。,四、提出方案并确定最佳方案,方案一,方案二,方案三,四、提出方案并确定最佳方案,为了找出最佳方案，通过查阅相关规范文件，调研生产现状等，通过我们讨论并确定以下四个筛选条件：,方案一,静态检测，受卷烟机振动、灰尘影响较小，并能实现烟支360检测。不符合在线全检的要求，且成本高。,优点,缺点,模拟实验,模拟实验结果,在综合测试台扫描通道处增加烟支外观在线检测模块，通过综合测试台机械手吸取烟支，烟支落入扫描通道，烟支外观检测模块进行检测，判定烟支是否存在外观缺陷。,方案二,通过多位置布置检测装置，可实现烟支外观360检测；模拟实验时准确率为100%，大于90%的目标；可实现在线全检，预算成本不高。,优点,模拟实验,检测原理,模拟实验结果,借鉴GDX2包装机小盒成像检测系统。1、将正常接装纸、卷烟纸粘贴至小盒烟包表面，拍摄成像并录入检测系统标准数据库；2、用记号笔在接装纸、卷烟纸上作污渍标记，粘于小盒表面；3、通过小盒成像装置进行检测并观察检测结果。,方案三,成本较低。,优点,检测原理,模拟实验结果,缺点,不能实现烟支360检测。光线在卷烟纸、接装纸表面发生漫反射，反射光线减弱，微小缺陷不易发现，模拟实验时检测准确率平均为56.70%，小于90%的目标。易受粉尘、振动影响，识别率较低。,当均匀光垂直入射产品表面时，如产品表面没有瑕疵缺陷，出射的方向不会发生改变，所探测到的光也是均匀的；当产品表面含有瑕疵缺陷时，出射的光线就会发生变化。光敏电阻将光信号转化为电信号，进而判定烟支是否存在缺陷。,四、提出方案并确定最佳方案,通过分析和模拟试验，我们最终确定的最佳方案：,研制在线成像检测装置,四、提出方案并确定最佳方案,小组结合结构分析，现场调研，将烟支外观检测分解为5个子方案。,方案系统控制图,子方案示意图,四、提出方案并确定最佳方案,5个子方案细化分解为二级方案和三级方案。,子方案,二级方案,三级方案,四、提出方案并确定最佳方案,高速摄像机+图像采集卡,线扫描摄像机+图像采集卡,高速线阵扫描仪+高A/D转换器件,目标要求（1）装置满足实际工作要求;（2）开发难易程度低；（3）处理时间7ms；（4）拍摄图片分辨率高（5）成本15000元,A、影像采集方式,影像采集方式选择的原则是在满足工作要求的前提下开发难度低，处理时间快，且成本不能太高。,四、提出方案并确定最佳方案,CCD传感器,CMOS传感器,目标要求（1）费用2000元；（2）满足清晰度要求；（3）响应速度快；（4）功耗比尽量低。,B、影像成型单元,影像成型单元要求摄像头在满足清晰度的前提下，费用低，响应速度快。,四、提出方案并确定最佳方案,目标要求：（1）满足原有机型空间位置；（2）距烟支出口距离适中；（3）便于拆装,C、安装位置,四、提出方案并确定最佳方案,PC处理,CPUASIC,DSP,目标要求（1）系统灵活性高；（2）成本费用较低；（3）编写程序简单；（4）处理图片时间4ms；（5）满足并行任务处理需求,根据CPU图片处理速度的要求，从编写程序的难易程度、成本等方面考虑，选择了DSP处理器。,四、提出方案并确定最佳方案,选择鼓轮,分离鼓轮,CCD镜头,CCD镜头,平行照射法,对不同烟支交叉照射法,烟末对成像影响较大，存在检测死点，故不能实现360检测。,烟末对成像影响较小，可以实现360检测，对焦容易。,四、提出方案并确定最佳方案,网络传输,光纤传输,共缆传输,目标要求（1）满足原有空间位置；（2）抗电磁干扰能力强；（3）成本低。,需要满足原有机型的空间位置，抗电磁干扰能力要强，成本要低。,四、提出方案并确定最佳方案,目标要求（1）有效剔除率越高越好；（2）结构简单，可靠性高；（3）成本费用1000元。,我们选择了用电信号并联到原有设备的气动剔除装置上，利用原有机器进行烟支剔除。,根据以上一系列的模拟试验及对比选择后，我们确定了烟支外观在线检测装置的最佳方案，如图所示：,四、提出方案并确定最佳方案,五、制定对策,我们经过分析讨论，制定了对策表。从5个方面进行实施。,六、对策实施,对策实施一：电控柜的设计与安装,安装要求强电线路与弱电线路间无干扰，我们根据PASSIM卷烟机原有电器柜空余位置大小，经过测量，决定将本装置电器设备整合进PASSIM卷烟机原有电器柜中。根据各模块尺寸及配合关系确定各模块的位置，如图所示。经过模拟实验测试，可以看出，本装置与原有设备互不干扰，实施可行，满足分目标。,模拟实验结果汇总表,六、对策实施,对策实施二：显示器的设计与安装,我们要求显示器分辨率为主流的1024768；高度在适合操作的1.51.7m范围内。经过测量，在如图所示的空余位置安装了显示器，经过验证，满足分目标。,显示器,六、对策实施,对策实施三：鼓轮处检测镜头位置的设计与安装,我们通过微调镜头支架来确保烟支得到360检测。进行了数次实验，观察其成像的效果,最终结果如图所示，成像清楚，并实现烟支360检测。满足分目标。,测试试验成像效果图,六、对策实施,对策实施四：卷烟纸和接装纸检测装置设计与安装,专用支架,卷烟纸检测位置,接装纸检测位置,安装过程,我们在PASSIM卷烟机中卷烟纸，接装纸等处选择合适的位置，使其既能满足空间要求，又能保证拍摄效果。为此有专门设计了安装支架，安装完成后经过数次实验和调整，最终使安装好的检测装置的剔除准确率为100%，满足分目标。,安装后试验汇总表,六、对策实施,测试调整参数,各线路安装连接,我们按照规定，依次连接各模块线路并进行通电测试。调整剔除烟支数量和识别准确率，并进行试运行观察。,对策实施五：组装设备并运行测试,六、对策实施,对策实施五：组装设备并运行测试,最终确定了设备稳定运行时的各项参数。剔除率达到92.09%，超过90%的目标要求。满足分目标。,运行检测图,设备运行检测图,检测镜头,检测镜头,检测镜头,DSP处理器处理运算,鼓轮处检测信号,接装纸处检测信号,卷烟纸处检测信号,显示屏,剔除鼓轮,显示信息,剔除信号,信号传输路线图,由表可知，剔除准确率平均达到100.0%，检测准确率平均达到97%，在很大程度上杜绝烟支钢印模糊、钢印跑号、接装纸褶皱、烟支翘边、烟支刺破、黄斑烟等外观有质量缺陷的烟支流入市场。,七、效果检查,在线检测系统分别在2016年10月24日-2016年11月2日连续10个工作日内，对在线检测系统每天进行10次抽检试验，对黄金叶（硬红旗渠）进行烟支外观缺陷在线检测测试。测试原理为：每次人为在接装纸与卷烟纸上设置1个缺陷，运行机器，查看检测警告与设置缺陷是否对应，由此验证检测准确率。同时剔除信号与剔除烟支（本装置剔除比例为1:8即一个剔除信号对应剔除8支烟）进行对比，由此来验证剔除准确率。,黄金叶（硬红旗渠）准确率测试结果（10月24日-11月2日）,设备检测并剔除出的缺陷烟支实例,七、效果检查,缺陷烟支实物,缺陷烟支实物,经过处理后图片,经过处理后图片,七、效果检查,缺陷烟支实物,经过处理后图片,七、效果检查,经济效益分析,A直接经济效益:,S=DQ(PC）其中：-D为年产量；查询2016年10#机组的年产量为183975万支，即D=183975万支;-Q为利用率提升率；Q=活动后合格率-活动前合格率=99.468%-98.304%=1.164%;-P为辅料单价；财务部确认该牌号辅料单价为217.28元/万支，即P=217.28元/万支;-C为残损辅料单位处理成本。残烟处理后烟丝降级使用，单位处理成本C=321.39元/万支。,S=DQ(PC）=183975万支1.164%（217.28+321.39）元/万支,收益,投入,光源控制器高速影像处理器超高速工业相机数据电缆等,=,1088845.11元,1153545.11元,64700元,按照行业给出的计算方法，通过严谨计算可以看出，成果成效显著，共取得年度经济效益108万余元！,经济效益分析,B间接经济效益:1）操作人员可以通过烟支外观检测装置直观快捷地看到设备的运行情况，缺陷烟支种类，及时予以调整，提高工作效率，减少不必要浪费。2）维修工可通过烟支外观检测装置剔除计数统计查询功能，了解最近班次设备运行状况，提前制定或做好设备维修准备工作。3）通过系统的分析功能，可以对设备隐患进行预警，提前做好设备预防性维修工作，从而降低设备故障率，提高生产效率，降低生产成本。,七、效果检查,社会效益分析,（1）向“产品零缺陷”的期望目标奋力迈进烟支外观质量缺陷实现自动检测后，充分体现了厂“金叶制造支支精品”的文化理念。烟支缺陷数量得以有效减少，产品质量得到很大提升，消费者对产品的认可度也将得到提高，为树立企业更加稳健的社会形象、创造良好的社会效益做出了突出贡献，向河南中烟打造金叶制造“产品零缺陷”的期望目标迈出了坚实的一步。（2）对烟草行业在线检测领域起到促进和示范作用项目组首次将成像技术运用到烟支外观在线检测系统中，将生产过程中产生的烟支外观质量缺陷检测并剔除出来，为各个卷烟生产企业烟支外观质量在线检测提供了成功的经验，目前国内尚无成熟烟支外观质量在线检测装置使用。该项目实施过程中的一些经验和方法，对烟草行业在线检测系统的发展起到促进和示范作用。,七、效果检查,八、标准化,PASSIM烟支外观检测装置图纸PASSIM烟支外观检测装置构图纸,PASSIM烟支外观检测装置使用说明书PASSIM烟支外观检测装置操作说明书Q/GYGSJAY(JB)001-2016,PASSIM烟支外观检测装置常见故障排除方法PASSIM烟支外观检测装置常见故障排除方法Q/GYGSJAY(JB)001-2016,该成果完成后，我们又将其中好的经验和方法进行了整理归档和标准化。,八、标准化,为了让该项目能够更好的应用推广，我们申请并获得了国家专利。,所获专利,专利证书,八、标准化,巩固期跟踪验证,检测剔除率平均为91.9%,为了验证该装置的稳定性和可靠性，我们对巩固期内2016年11月-2017年