机器视觉的应用实例--啤酒瓶玻璃外观检测

2023-06-29 13:43

  关键词:机器视觉检测应用-玻璃瓶外观检查-瓶子检测-流水线玻璃瓶检测-瓶子外观检测-机器视觉表面检测

  描述:机器视觉的应用实例机器视觉系统简介机器视觉顾名思义是使机器具有像人一样的视觉功能,从而实现各种检测、判断、识别、测量、定位等功能。

  引言在啤酒酿造过程中,影响产品质量的因素很多,例如原料质量、工艺、酿酒技术等,另外酒瓶缺陷和污物(瓶口、瓶身和瓶底)也是影响啤酒质量的一个关键要素。所以在啤酒灌装前必须对空啤酒瓶进行检测,把不合格品剔除,才能进行啤酒的灌装。而目前我国大多数啤酒厂还是采用人工对空啤酒瓶质量进行检测,效率低下,速度慢,劳动强度大

  机器视觉极适用于大批量生产过程中的测量、检查和辨识,线阵CCD在连续、扫描在线测量中的应用非常具有优势。用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度,而且机器视觉易于实现信息集成,可极大地提高产品质量,提高生产效率。所以,针对啤酒瓶检测这种带有高度重复性的工作,应用机器视觉理论开发一套啤酒空瓶检测装置实现空瓶的自动化检测在实际中具有很大的意义。

  2机器视觉简介

  简言之,机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置,分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

  2.1机器视觉的原理

  机器视觉是用计算机来分析从摄像机所获得的图像的一种方法,分析结果被用来报告信息(探测结果)、控制工艺过程或移动物体。

  采用CCD照相机将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,如:面积、长度、数量、位置等;最后,根据预设的容许度和其他条件输出结果,如:尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等

  2.2机器视觉的特点

  机器视觉检测技术具有速度快、精度高、自动化程度高等突出的优点,能很好的满足现代制造业的需求,在实际中显示出广阔的应用前景。机器视觉与传统计算机视觉从广义上来说都是利用图像处理技术达到对目标的理解、识别等,但是从应用上来说机器视觉具有独特的特点:

  -1机器视觉是一项综合技术,其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、电光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术,人机接口技术等。这些技术在机器视觉中是并列关系,相互协调应用才能构成一个成功的机器视觉应用系统。

  -2机器视觉更强调实用性,要求能够适应工业生产中恶劣的环境,要有合理的性价比,要有通用的工业接口,能够由普通工人来操作,有较高的容错能力,有较高的安全性,不会破坏工业产品,还必须有较强的通用性和可移植性。

  -3机器视觉更强调实时性,要求高速度和高精度,因而计算机视觉和数字图像处理理论中的许多技术日前还难以应用于机器视觉,它们的发展速度远远超过其在工业生产中的实际应用速度。

  3啤酒瓶检测的特点

  啤酒空瓶的检测具有如下特点:

  -1材料是玻璃,这对很多传统检测技术来说是个难题;

  -2啤酒空瓶检测强调实时、在线,确保对过程实现全面控制,提高生产效率和产品的合格率。比如现在很多啤酒生产线生产速度在36000瓶/时以上,这是许多传统检测手段无法提供的;

  -3空瓶形状复杂,不利于实现接触方式检测,而非接触方式是传统检测技术所不能解决的问题。

  针对啤酒空瓶检测的特点与要求,实际中主要针对四个方面进行检测,检测环节与检测内容简列如下:

  1、瓶口检测:瓶口密封面检测,螺纹检测

  2、瓶壁检测:瓶壁内、外表面污物检测,磨损度检测

  3、瓶底检测:瓶底污物,裂纹

  4、瓶内残液检测:残留碱液,残留油,残留水

  空瓶经过检测机,如果上述4项检测都合格则顺利进入生产线的下一个环节,如果不合格将由剔除器来剔除。如瓶子破损则被剔除到垃圾箱,直接销毁;如瓶子内有残留液,则剔除到另一条传送带,经过传送带传送到洗瓶环节。

  4系统设计

  在图像的采集处理上,系统通过4个相机分别获取瓶口、瓶底、瓶壁的图像,并加以识别处理,图象处理的结果可送入人机界面,也可以通讯给PLC。人机界面与验瓶机PLC通讯,可以读写PLC内部数据。瓶子通过无压力传送单元传入验瓶机,而验瓶机PLC结合检测元件与编码器,最终达到剔除不合格瓶子的结果。系统框架如图1-1所示。

  4视频检测环节

  以瓶底检测为例,闪光灯通过光学透镜和滤光系统照射在瓶口中,瓶口密封面反射光线传送到CCD相机,在CCD相机中成像为圆环。处理后的图像将用于评估,以判断瓶口的好坏。

  图像的主要形状是环形,如果沿环形的某个位置上有缺陷,则缺陷处的灰度相对环形的其他位置会有一个较大的变化。这个灰度的变化是我们检测的重要参数,通过它可以确定瓶口是否有缺损。图3为有残缺瓶口的图像。

  在图象上画一条线,然后分析线上的灰度值,对灰度的变化进行分析,变化最大的点即为外边缘点,同样的方法找另外两个点,通过三点即可以确定圆心。

  使用相同的画线分析灰度变化的方法可以找到内径圆,这样就得到我们所要处理的精确区域,在这个圆环内寻找灰度变化点,从而找到缺陷点。

  5小结

  本系统主要是PLC、视觉系统、传感器、上位机的灵活结合应用,系统采用视觉传感器拍摄和处理实时图象,最终准确剔除坏瓶。使用了多个光电开关以及编码器,利用距离的确定性来准确的定位高速运动中的瓶子,以达到准确剔除的目的。在生产线中实时处理图象,具有设置处理精度,自动剔除有缺陷瓶,显示处理结果,统计归档重要信息的功能。