基于视频图像识别系统的高架库防差错技术

张晓峰

（河南中烟黄金叶生产制造中心，河南郑州 450016）

1 研究背景

目前，卷烟厂制丝线在过程控制精度和信息化水平方面，与原来相比均有较大程度的提高。在使用新设备或新控制模式时，如果出现操作失误或设备故障等，仍存在一定的质量隐患。制丝线使用的高架库在生产过程中，如果WMS（Warehouse Management System，仓储管理系统）和WCS（Warehouse Control System，仓储控制系统）出现信息错误或丢失的情况下，容易造成混批错牌的质量事故，存在很大的质量隐患。

防差错技术就是一种改进工具、技术和过程进行预防错误的方法，可以在错误变成质量事故前防止或者检测到。通过应用防差错技术，实现将发生质量事故的隐患自动提前排除，或者在质量事故即将发生时产生提示或报警及时处理，可以从根本上解决错误问题。

2 存在问题

制丝线上使用的高架库主要用于保存多批次成品烟丝或者半成品或者原料，实现制丝生产缓冲与调度调节的作用。在高架库进出库过程中，因为操作人员的疏忽、人工操作进出库错误、库存信息错误、RFID（Radio Frequency Identification，射频识别技术）芯片读写错误、供电系统临时断电等原因，容易发生批次成品烟丝混批或者错牌的工艺质量事故。这类混批或错牌事故一般不容易被发现，严重影响成品卷烟产品内在质量的稳定性和均匀性。

目前高架库进出库主要通过PLC 读写周装箱上安装的RFID 芯片信息，然后上传到仓储管理控制系统中，通过读写数据库数据信息实时掌握库存及进出库信息。一旦出现信息错误，需要专业技术人员查看任务日志、后台手动查询等方法来解决，存在查找困难耗时长影响正常生产安排等问题。因此急需一种使用方便、维护简单又能实现高架库进出库防差错技术的控制方法，与高架库仓储管理控制系统结合形成冗余，用于判断进出库信息是否正确，避免出现混批错牌的现象。

3 主要内容

在高架库使用视频图像识别系统的防差错技术，作为辅助方法判断仓储系统数据库信息是否准确，可以有效防止在生产过程中发生混批错牌的工艺质量事故，把潜在的质量隐患消灭在萌芽状态，尽量从源头采取措施上消灭质量事故产生的条件，或者采取必要的报警机制，将质量事故造成的损失降到最低点，避免烟丝重复加工、降级使用或报废。本研究的主要内容是提供一种烟草制丝线高架库进出库防差错控制方法，监控高架库进出库是否按照工艺要求分批次进出库，实现防差错的控制效果。

3.1 关键技术

3.1.1 视频图像识别系统

视频图像识别系统采用OCR（Optical Character Recognition，光学字符识别）技术实现对出入高架库周转箱号数字标签的识别，通过图像进行对高架库周转箱号进行分析。该系统由硬件和软件组成。硬件包括工业相机/光谱相机/3D 相机、工业镜头、视觉光源及其配件组成，用于识别出入库的周转箱号。软件包括操作界面、识别算法、特定功能、数据显示等组成，可以判断当前生产批次是否包含该周装箱号，还可以判断当前生产批次是否开始和结束。

3.1.2 工业以太网通信技术

基于视频图像识别系统的判断结果，需要在监控画面中产生报警信息，并控制相应的高架库输送设备停止运行，才能实现应用防差错技术来防止混批错牌的目标。所以还需要建立视频图像识别系统与高架库PLC 控制系统、WINCC 监控画面之间的工业以太网通信，就可以实现三者之间的信息交互。

3.2 实施步骤

目前，每一个周转箱在箱体周围四面固定的位置都写有一个明显的周转箱号，结合读取RFID 芯片可以区分不同批次的周转箱。利用视频图像识别系统的视频识别装置读取装箱入库时的周装箱号，按照不同一批次物料存入视频图像识别系统的数据库中。在个批次物料的周转箱出库时，利用视频图像识别系统的视频识别装置读取出库的周装箱号，出库的每个周转箱号与该批次存入数据库的周转箱号进行比对，判断该周转箱是否属于该批次。比对成功，则允许翻箱；否则不允许翻箱并产生报警。在批次结束时，视频图像识别系统判断该批次所有周转箱是否完全出库。如果没有完全出库则产生报警，禁止下一批出库（图1）。

图1 高架库防差错技术工作流程

以箱式储丝高架库为例，本发明所述的一种烟草制丝线高架库防差错控制方法依次包括以下步骤：

（1）当一批次成品烟丝开始装箱入库前，将该批次烟丝的牌号代码和批次代码输入到自动识别系统。

（2）当一批次成品烟丝开始装箱入库时，一个周转箱装箱完成运行到读写RFID 信息的输送辊时，自动识别系统读取装箱后该周转箱号，和牌号代码、批次代码关联后记录在自动识别系统的数据库。

（3）判断该批次成品烟丝装箱任务是否完成，如果装箱任务没有完成，则重复步骤（2）继续装箱。如果装箱任务已经完成，则进入下一个步骤。

（4）在该批次成品烟丝一个周转箱出库翻箱时，自动识别系统读取该周转箱号后，与保存在自动识别系统数据库中该批次的周转箱号进行比对，判断是否属于该批次周转箱号。

（5）如果自动判断该周转箱号不属于该批次成品烟丝，禁止该周转箱进入翻箱工序，发出声光报警提示操作人员进行处理。正确处理后，重复步骤（4）进入下一个周转箱出库。

（6）如果自动判断该周转箱号属于该批次成品烟丝，允许该周转箱进入翻箱工序。

（7）判断该批次成品烟丝出库翻箱任务是否完成，如果出库翻箱任务没有完成，则重复步骤（4）继续出库翻箱。

（8）如果出库翻箱任务已完成，判断该批次成品烟丝周转箱是否完全出库。

（9）如果判断该批次成品烟丝周转箱没有完全出库，禁止开始下一批次成品烟丝出库翻箱。在自动识别系统控制界面上弹出报警信息并显示该批次成品烟丝没有出库的周转箱号，发出声光报警提示操作人员进行处理。一批次成品烟丝出库翻箱。

4 取得成效

4.1 项目成效

基于视频图像识别系统的高架库防差错技术，提供了一种卷烟批次号及牌号防差错控制方法，通过装箱入库时自动识别系统读取并记录周转箱号和批次牌号信息，在出库翻箱时自动识别系统读取周转箱号后与系统数据库该批次信息进行比对，能够及时发现错误，并控制高架库进出库操作，防止混批错牌事故的发生，提高了信息对比的及时性，保证成品卷烟内在质量的一致性和稳定性。该技术不仅可以实现高架库在正常生产过程中，实时监控批次入库与批次出库的周转箱号是否一致，判断该批次周转箱是否完全出库，而且可以实现集控系统实时监控批次库存信息。

4.2 推广应用

视频图像识别系统通过图像摄取装置抓取图像并经由计算机结合图像处理算法、模式识别算法等完成人工视觉模拟的技术，在近年来人工智能技术飞速发展的大背景下也不断取得创新、突破，在诸多领域得到了深入的应用推广。该防差错技术还可以应用到制丝线的箱式储叶高架库中，推广应用到其他厂家制丝线使用周转箱作为存储单元的高架库中。

4.3 发展趋势

随着企业对于产品质量检测的要求越来越高，对于高效率、低成本的自动光学检测设备的需求也将会越来越强烈。因此，基于机器视觉的自动光学检测技术将是人工智能技术方向以及设备、部件检测及智能维护应用方向发展的一大重要趋势。

5 结论

将视频图像识别系统、仓储控制系统和PLC 控制系统结合在一起，作为辅助方法判断高架库数据信息传递是否异常，能够有效避免制丝线高架库混批错牌的质量隐患。