基于機(jī)器視覺技術(shù)啤酒空瓶檢測的技術(shù)分析

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1、基于機(jī)器視覺技術(shù)啤酒空瓶檢測的技術(shù)分析  【摘要】本論文是基于啤酒空瓶檢測進(jìn)行研究,采用的是機(jī)器視覺技術(shù)。介紹了機(jī)器視覺技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、啤酒瓶檢測流程、軟件實現(xiàn)方法及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。   【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺;啤酒;空瓶;圖像采集   一、啤酒空瓶檢測系統(tǒng)介紹   啤酒生產(chǎn)廠商使用的啤酒瓶大多采用可以回收利用的啤酒瓶?;厥盏钠【破靠赡芊浅EK或者存在許多缺陷,必須在灌裝前進(jìn)行清洗,清洗之后需要檢測是否洗干凈。隨著啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展,對啤酒生產(chǎn)效率的要求越來越高,啤酒生產(chǎn)速度可以達(dá)到每秒鐘10瓶以上,單靠人工檢測啤酒瓶是否干凈效率低、漏檢率高,檢測人員很容易產(chǎn)生視疲勞。而基于機(jī)器視覺

2、技術(shù)的啤酒空瓶檢測能夠?qū)崿F(xiàn)速度快、精度高的自動化檢測。   采用機(jī)器視覺系統(tǒng)的目的就是給機(jī)器或自動化生產(chǎn)線添加一套視覺系統(tǒng),其原理是由計算機(jī)或圖像處理器以及相關(guān)設(shè)備來模擬人的視覺行為,完成得到人的視覺系統(tǒng)所得到的信息。人的視覺系統(tǒng)是由眼球、神經(jīng)系統(tǒng)及大腦的視覺中樞構(gòu)成,計算機(jī)視覺系統(tǒng)則是由圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)及信息綜合分析處理系統(tǒng)構(gòu)成。如圖1所示為機(jī)器視覺系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。   二、啤酒空瓶檢測流程   采用機(jī)器視覺技術(shù)啤酒空瓶檢測流程如圖2所示。被檢啤酒瓶進(jìn)入檢測系統(tǒng)后首先觸發(fā)輸入光電開關(guān),系統(tǒng)將開關(guān)信號傳遞給控制器,控制器通過編碼器記錄脈沖信號,經(jīng)過固定的脈沖之后瓶身檢測攝像機(jī)、瓶

3、口檢測攝像機(jī)、瓶底檢測攝像機(jī)、瓶身內(nèi)壁檢測攝像機(jī)相繼工作,分別對瓶身、瓶口、瓶底、瓶身內(nèi)壁進(jìn)行拍照。將拍得的圖像信息送入圖像處理模塊進(jìn)行的圖像處理,控制系統(tǒng)判斷空瓶圖像是否合格。如果控制系統(tǒng)判斷瓶子不合格,控制器會輸出一個信號給踢出器。當(dāng)次瓶運(yùn)動到踢出器時,踢出器動作將次瓶擊出。最后合格的啤酒瓶被送入下一道工序。   三、啤酒空瓶檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計   圖3為基于機(jī)器視覺技術(shù)啤酒空瓶檢測系統(tǒng)軟件框圖。啤酒瓶視覺檢測系統(tǒng)是高速實時控制系統(tǒng),因而對軟件要求速度快、控制及時。在連續(xù)檢測時,PC機(jī)使用特殊的圖像采集卡和CCD攝像機(jī)連續(xù)地對被檢啤酒瓶進(jìn)行準(zhǔn)確地拍照,獲得圖像的數(shù)字化信息,并通過數(shù)字圖像

4、處理與判斷模塊獲得啤酒瓶檢測的決策信息,并將其傳送給可編程控制器,完成對執(zhí)行設(shè)備擊出器的控制。在系統(tǒng)待命時,PC機(jī)接收用戶的指令,完成對系統(tǒng)的軟件參數(shù)配置、硬件的檢測等,包括圖像處理與判斷模塊參數(shù)的設(shè)置,傳送系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置,系統(tǒng)各個傳感器檢測,擊出器檢測,CCD攝像機(jī)檢測等。   本系統(tǒng)選用PLC作為底層控制器,它通過I/O口與光電傳感器,編碼器,擊出器,圖像采集子系統(tǒng)等相連,通過圖像采集子系統(tǒng)控制CCD攝像機(jī)的拍攝以及直接控制擊出器的動作。同時PLC通過485總線與工控機(jī)連接,接收工控機(jī)傳來的控制信息和系統(tǒng)參數(shù)等。   在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,PLC負(fù)責(zé)及時地通知圖像采集子系統(tǒng)啟動CCD攝像

5、機(jī),抓拍處于拍攝位置的空瓶。為了達(dá)到這一目的,需要使用光電傳感器來檢測空瓶的位置。在系統(tǒng)中使用了反射式光電傳感器,這種光電傳感器在沒有接收到從反光板反射回來的光束時,就會輸出觸發(fā)信號。將光電傳感器安裝到CCD攝像機(jī)拍攝位置旁,把輸出接到PLC的I/O輸入口上。當(dāng)沒有空瓶經(jīng)過時,光電傳感器可以接收到反射光束,沒有輸出信號,而當(dāng)有空瓶經(jīng)過時,光電傳感器無法接收到返回的光束,于是輸出觸發(fā)信號。PLC從輸入口接收到此信號后,即可判定空瓶已到達(dá)拍攝位置,從I/O輸出口輸出啟動信號給圖像采集系統(tǒng),啟動CCD攝像機(jī),攝像機(jī)及時進(jìn)行拍攝,獲取被檢空瓶的圖像。   在專門的信息處理模塊對獲取的圖像信息進(jìn)行分析

6、處理后,將得出空瓶質(zhì)量是否合格的結(jié)論。如果不合格,主控的工控機(jī)就會通過485總線發(fā)出控制命令,要求PLC控制擊出器擊出該空瓶。PLC在接到擊出命令后,需要標(biāo)定不合格空瓶,并追蹤其位置,當(dāng)不合格空瓶到達(dá)擊出器所在位置時控制擊器動作,擊出不合格空瓶。為了確定需擊出空瓶位置,在系統(tǒng)中使用一個編碼器與驅(qū)動傳送帶的電機(jī)相連,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時,編碼器相應(yīng)發(fā)出脈沖。計算脈沖的數(shù)目,即可知道傳送帶運(yùn)動的距離。這樣一來,如果能測出不合格空瓶要運(yùn)動多長距離才到達(dá)擊出位置就能將其準(zhǔn)確擊出??梢栽谑孪劝丫幋a器的脈沖輸出與PLC的I/O輸入口相連,然后在傳送帶上放一空瓶,讓其依次經(jīng)過檢測位置和擊出位置,PLC使用計數(shù)器記下

7、此過程中脈沖的數(shù)目,這一數(shù)值即對應(yīng)著檢測位置和擊出位置之間的距離。   四、結(jié)語   基于機(jī)器視覺的啤酒空瓶檢測系統(tǒng)是我國目前啤酒行業(yè)急需的高科技設(shè)備之一。本系統(tǒng)從啤酒瓶視覺檢測的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)、電氣控制系統(tǒng)等進(jìn)行了說明,是PLC、視覺系統(tǒng)、傳感器、上位機(jī)的靈活結(jié)合應(yīng)用,系統(tǒng)采用視覺傳感器拍攝和處理實時圖象,最終達(dá)到去除不合格啤酒瓶的目的。   我國的工業(yè)化、現(xiàn)代化還剛剛起步,圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用也剛剛開始。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快,工業(yè)體系的完善,勞動力成本的上升,參與國際競爭必定要求產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率不斷提升、自動化程度不斷提高,機(jī)器視覺技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用水平也會隨之發(fā)展,機(jī)器視

8、覺技術(shù)將會大顯身手。   參考文獻(xiàn)   段峰,王耀南,劉煥軍.基于機(jī)器視覺的智能空瓶檢測機(jī)器人研究.儀器儀表學(xué)報,2004,25(5):624-627.   宋學(xué)勇,趙敏.機(jī)器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù).計算機(jī)世界,2007/7/23/第B11版.   董瑞翔.用機(jī)器視覺技術(shù)提高生產(chǎn)率.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2002(5).   關(guān)勝曉.機(jī)器視覺及其應(yīng)用發(fā)展.自動化博覽,2005(3).   鐘權(quán)龍,許積飆.西門子機(jī)器視覺系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應(yīng)用.現(xiàn)代制造,2004(22).   Hui-min Ma,Guang-da Su,Jun-yan Wang et al.A Glass Bottle Defect Detection System Without Touching.In:Proceedings of the first International Conference on Machine Learning and Cybernetics,Beijing,China,2002,628-632.      令曉明,博士,蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點實驗室教師,教授,研究生導(dǎo)師。

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