贴签机视觉识别剔除系统升级改造

徐 键

（费森尤斯卡比华瑞制药有限公司，江苏无锡 214092）

贴签机视觉识别剔除系统升级改造

徐 键

（费森尤斯卡比华瑞制药有限公司，江苏无锡 214092）

现有贴签机设备配置的德国LAETUS影像控制模块出现无法修复的故障且无新备件可购的情况下，利用美国COGNEX相机对原影像模块的硬件和功能软件实行整体替换升级。改造后实际运行测试表明，新系统能够超预期实现原有系统的所有功能，运行良好。

智能相机；OCR；条码识别；检测速度能力

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.49

0 引言

药品安全关乎人民大众的生命健康，药品包装上的外用标签作为在市场流通的唯一“身份证明”，标签不正确或不清晰的文字信息有可能导致医院用药错误，严重者会导致患者永久损害或造成患者死亡。为此，针对现有影像识别剔除系统故障停机的状况，恢复和确保其应有的功能能够可靠稳定运行就显得十分紧迫和必要。

1 现有设备状况

改造前的包装生产线自动贴签机为意大利IMA公司产品，设备型号SENSITIVE 350S，设备影像系统功能模块选用德国LAETUS品牌。影像系统模块分为条形码检测和打印字符检测两部分，LAETUS视觉检测系统如图1所示。在正常生产过程中，如果出现条形码错误或打印字符错误、不清晰等异常情况，影像系统应能及时准确识别判断，并将判断结果通过数字信号传至PLC，由PLC控制剔除气缸将贴有错误信息标签的产品踢出。近期由于识别打印字符的相机控制器出现了无法修复的主板烧毁故障，被迫关闭贴签机打印字符检测功能，改由人工逐瓶目检，增加了生产成本。由于该故障控制器已经停产，使用仅存的库存备件用于恢复生产，但半年左右就出现经常死机无法通信的故障，导致生产再次受到影响。基于该控制器为德国进口、替代产品价格昂贵且该厂家在国内的技术支持较少等多方面因素，决定采用在国内技术支持和售后较好的美国COGNEX（康耐视）智能相机系统进行整体升级替换。

2 视觉系统硬件改造

贴签机设备涵盖喷码打印、贴签和视觉检测三大主要功能，本次改造仅涉及视觉检测部分，具体包括条码检测系统、批号/日期检测系统及其相关控制电脑。

图1 原LAETUS视觉检测系统

2.1 改造方案

（1）拆除原有红外条码读头和批号/日期检测相机，借用原有固定支架对条码检测新相机与批号/日期检测新相机进行安装（图 2）。

图2 安装条码/字符检测相机现场

（2）拆除原有条码控制器、相机控制器与贴签机系统PLC之间的信号交互端子，将新条码检测相机系统与批号/日期检测相机系统按照原有电气功能定义进行接线与配置，不改变现有贴签机PLC与HMI屏中的任何代码程序。

（3）移除现有条码和批号/日期检测作业配置电脑，更换成与新条码和批号/日期检测系统相匹配的作业配置主机（图3）。

2.2 实施措施

（1）条码检测。将原LAETUS红外原理条码检测改为视觉原理检测，LAETUS条码检测控制器iBox替换为COGNEX IS7400型号智能相机，相机安装方式为倾斜照射方式，并采用6 mm镜头，扩大后的视野可以完全覆盖条码，并且新相机除了具备LAETUS红外探头判断条码是否正确的功能外，还能对条码的缺损进行检测判断。

（2）批号/日期字符检测。将原ARGUS WT28C相机系统改为COGNEX IS7402智能相机型号，安装并采用12 mm镜头。实现原有相机的所有功能:检测字符印刷有无，不清楚及错误等。

图3 作业配置主机

（3）作业配置主机。选用研华6120系列平板主机作为配置主机，安装WIN7系统，主机支持COGNEX In-Sight Software 5.2.1和现场作业配置运行软件安装，In-Sight用于IS7400/7402智能相机编程。

（4）相机I/O接线。利用拆除原有视觉系统后空余的以太网交换机，分别将2台智能相机（图4）和作业配置主机接入至以太网络中，实现主机与2台智能相机的通信；同时由于贴签机设备西门子S7-300 PLC程序有密码保护无法读取修改，改造过程中，新相机严格参照原有相机所有端子功能进行对应配置，并完成与贴签机PLC控制器之间的信号连接。在相机OK/Fault判断输出信号脉冲保持时间设定上：LAETUS相机结果输出设定为“Gate After Next”即输出信号在下次相机触发信号到达时复位，而COGNEX相机没有该选项功能，只能设定持续输出脉冲时间。经过多次上机测试得出的参数结果见（表1）。

3 视觉系统软件改造

根据LAETUS操作软件现有功能结合日常生产的要求，在In-Sight Explorer软件 EXCEL视图中分别对2台不同相机通过编程实现条码和打印字符检测的功能，再通过C#高级语言编程实现将2台相机显示与操作集中于一个软件界面，同时利用设定的密码权限限制操作，操作人员仅能调用In-Sight explorer所编写的功能。软件主要实现以下3个功能：

（1）条码检测系统。通过软件工具箱中“ReadIDMax”工具检测编码是否正确；通过“FindPatMaxPatterns”工具检测条码是否完整；检测完毕将结果通过I/O端子传至贴签机PLC，由PLC控制剔除气缸是否动作。经过现场生产测试，检测系统总体误判率≤0.05%，检测速度≥200瓶/min，符合生产工艺要求。通过软件操作界面可以实时查看标签检测总张数、合格张数、不合格张数等3项数值。条码检测界面见图5。

图4 智能相机

表1 I/O PLC点接线表

图5 条码检测界面

（2）批号/日期打印检测系统。采用In-Sight Explorer软件中自带的“OCRMax”字符工具检测字符是否有缺陷、模糊、错误、或者未打印情况，检测结果通过相应I/O端子传至贴签机PLC中，由PLC控制剔除气缸是否动作。同时可以根据实际需要增减字符库中的样本字符和调整阈值来调整检测字符通过的严谨度。经过现场流水线生产测试，检测系统总体误判率≤0.05%，检测速度能力:≥180瓶/min，符合我们生产质量和速度要求。同时通过软件操作界面可以实时查看标签检测总张数、合格张数、不合格张数3项数值。批号/日期打印检测界面见图6。

图6 打印检测界面

（3）图片储存显示功能。系统自动以图片存储日期的先存先出原则保存5张最新不合格条码图片，操作人员可在软件界面对这5张图片进行查看；任何权限人员不能对这5张图片进行删除与备份操作。

4 结语

IMA贴签机自带影像系统出现故障之前，已稳定运行十年，在无法获知设备控制源程序代码的情况下，对影像检测系统进行升级改造并取得成功。改造完毕投入运行后，贴签机运行稳定、可靠。对改造前系统难以识别的相似字符（如1和L）、字符倒置等印刷字体标签，新系统均能准确的检测出来。此次优化改进项目的成功实施、为国内其他具有类似贴签机药厂的升级改造工作提供了很好的借鉴。

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〔编辑 李 波〕