不透明瓶质量视觉检测系统研究.pdf
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1、C o m p u t e r E n g i n e e r i n g伽,c a f 0 计算机工程与应用 不透明瓶质量视觉检测系统研究 潘星宇,王耀南,张辉,龚权华 P AN Xi n g y u,WANG Ya o n a n,Z HANG H u i,GO NG Qu a n h u a 湖南大学电气与信息工程学院,长沙 4 1 0 0 8 2 S c h o o l o f El e c t r i c a l a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g,Hu n a n Un i v e r s i t y,Ch a n g s
2、 h a 4 1 0 0 8 2,Ch i n a P AN Xi ng y u,W ANG Ya o n a n,ZH ANG H a l,e t a 1 Re s e a r c h o n q u a l i t y d e t e c t i o n s y s t e m f o r o pa qu e g l a s s b o t t l e s b a s e d o n ma c h i n e v i s i o n Co mp u t e r E n g i n e e r i n g a n d Ap p l i c a t i o n s,2 0 1 3,4 9(1
3、9):2 6 5-2 7 0 Ab s t r a c t:W i t h r e g a r d t o t h e p r o b l e ms o f l o w d e t e c t i o n a c c u r a c y a n d h i g h l a b o r c o s t i n t h e t r a d i t i o n a l d e t e c t i o n o f o p a q ue b o t t l e s,a u t o ma t i c i n s p e c t i o n s y s t e m b a s e d o n ma c h
4、i n e v i s i o n i S s t u d i e d Th i s p a p e r r e s e a r c h e s t h e me c h a n i c a 1 a n d e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m s t r u c t u r e o f t h e d e t e c t i o n s y s t e m f o r t h e i n n e r wa l l,a n d d e v e l o p s t he d y n a mi c i ma g i n g s y s t e
5、m I t p u t s f o r wa r d t h e m i d d l e v a l u e p o s i t i o n i n g me t h o d b a s e d o n t h e 1 2 0。c r o s s p r o j e c t i o n t o ma k e a n i d e n t i f i c a t i o n b y a d o p t i n g a n e x p e r t d e c i d i n g a l g o r i t h m a c c o r d i n g t o t h e i n n e r wa l
6、l s t a i n s,i mp u r i t i e s g r a y v a l u e d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s T h e 1 2 8 mL o p a q u e wh i t e b o t t l e i s s e l e c t e d for t e s t i n g t h e o b j e c t T h e c o r r e c t d e t e c t i o n r a t e a t 9 9 1 2 5 i s mu c h h i g h e r t h a n
7、t h e a r t i f i c i a l l i g h t i n g i n s p e c t i o n Ke y wo r d s:ma c h i n e v i s i o n;q u a l i t y d e t e c t i o n o f o p a q u e b o t t l e s;s t a i n s i d e n t i f y 摘要:针对不透明玻璃瓶传统灯检方式检测精度低,人 力成本 高的问题,研制了一套基于机器视觉的自动检 测系统。研 究 了内壁检测系统的机械与机电控制系统结构,开发 了动态成像 系统;提 出了基于 1 2 0。交叉投影 中
8、值定位方法,根据 内壁 污迹、杂质灰度值 的分布特征采取 专家决策算法进行识别。选择 1 2 8 m L不透明白色回收瓶为对象进行 测试,检测的正确 率在 9 9 1 2 5 以上,远高于人工灯光验瓶。关键词:机器视觉;不透 明瓶质量检测;污迹识别 文献标志码:A 中图分类号:T P 3 9 1 4 d o i:1 0 3 7 7 8 j i s s n 1 0 0 2 8 3 3 1 1 2 0 5 0 3 6 2 目前,国内对于空瓶检测机器人的研 究主要有湖南大 学的智能空瓶检测机器人 系统,浙江 大学的基于 D S P 的 空瓶 图像检测系统 等。空瓶检测机器人主要用于透 明瓶 的质 量
9、检测关节。但是针对不透明瓶 的内壁视觉检测,还 没有广泛的应用。回收瓶 的清洗质量控制程 度不一,洗瓶工序有洗瓶、杀菌、消毒、清水冲洗等,洗瓶后洁净度不能达到保证,往 往残留污迹 和杂质,而瓶 内部与灌装的液体接触,对其清 洁度要求极高。因此,清洗后 的空瓶需要经过严格检测 以 保证出厂质量。目前,国内玻璃瓶生产厂家大多采用原始 的人工灯 光 目测法。不透 明瓶人工灯光验瓶过程复杂,因为瓶壁不 透明,只能从瓶 口向瓶 内目视 的方法来检测,该方法不仅动作繁琐,效率低,准确性差,而且检验标准也 很难达到一致。本文创造性地研究了针对不透明玻璃瓶 内壁检测的 视觉系统,重点研究了动态的光学成像系统、
10、系统整体框 架 的方案设计。研究 的对象是 1 2 8 mL圆柱形 白色不透明 回收瓶,研究 内容是 回收瓶内壁和底部的污迹与杂质检 测。该系统采用了视觉传感、数字图像处理、模式识别、人 工智能等技术,其原理是通过对 内壁图像进行分析从而得 到所需检测信息:合格与不合格。该方法具有检测速度快,标准统一,检测效果好等优点。1 体系结构设计 1 1 检测原理及系统结构 基于机器视 觉的不透 明回收瓶内壁检 测机 器采取圆 盘 问歇式运行方式,如图 1 所 示。导 入轮盘周期 性地将 8 个 空瓶等 间距地导入主轮盘。相机托盘电机控制相机和 反光镜一起运动,衔接杆使反光镜与瓶 口进行对接,将反 光镜
11、伸入瓶 内,同时搓瓶电机带动空瓶匀速旋转,主轮盘 基金项 目:国家 自然科学基金重点项 目(N o 6 0 8 3 5 0 0 4);国家高技术研究发展计划(8 6 3)(No 2 0 0 7 A A 0 4 Z 2 4 4);湖南省研究生科研创新项目 (No C x2 0 O 9 BO 7 0 3)。作者简介:潘星宇(1 9 8 8 一),男,硕士研究生,研究方向为机器视觉与图像处理;王耀南(1 9 5 7 一),男,博士,教授,研究方向为智能控制,模式 识别等;张辉(1 9 8 3 一),男,博士研究生,研究方向为工业机器视觉,数字图像处理。E m a i l:h n p x y 1 2
12、6 c o m 收稿 日期:2 0 1 2 0 5 3 0 修回日期:2 0 1 2 0 7 2 8 文章编号:1 0 0 2 8 3 3 l(2 0 l 3)1 9 0 2 6 5 0 6 C NKI 出版 日期:2 0 1 2 0 8 一 l 6 h t t p:wwwc n k i n e t k c ms d e t a i l 1 1 2 1 2 7 T P 2 0 1 2 0 8 1 6 1 0 4 6 0 2 8 h t ml 2 6 6 2 0 1 3,4 9(1 9)C o m p u t e r En g i n e e r i n g a n dA p p l i c a
13、 t i o n s 计算机工程与应用 注:1 输入导轨,2 空瓶,3 导入轮盘,4 主轮盘,5 瓶内壁 检测工位,6 C C D相机,7 光源,8 导出轮盘,9 瓶底检测工 位,1 O 分拣装置(击出器),1 1 正品传送带,1 2 次品传送 带,l 3 主轮盘,1 4 瓶体托盘(搓瓶 电机带动旋转),1 5 光 源,l 6 空瓶,1 7 衔接杆,1 8 相机丝杠(底部有反光镜片),1 9 相机托盘 2 O C C D相机 图1 不透明回收瓶质量检测机器机械结构图 上方 8 台高速 C C D相机被触发,利用反光镜成像原理采集 多帧图像。到达瓶底检测工位时,安装在瓶 口上方的相 机,触发采集
14、瓶底 图像。利用 图像 中污迹与洁净瓶灰度值 上的差异,提取污迹特征值,根据专家决策算法识别污迹,在分拣处实现正、次品分离。不透明回收瓶内壁检测机器主要由以下几个部分构成。(1)导入轮盘:负责调整待检产品的间距,调整传送方 向,导入轮盘分别与输入导轨、主轮盘相切。(2)主轮盘:瓶体托盘由伺服电机控制,带动回收瓶匀 速旋转。主轮盘上方有集相机和反光镜于一体 的相机托 盘,伺服系统控制相机托盘上、下运 动,使 反光镜 在瓶 内 上、下动作。(3)导 出轮盘:将内壁检测完后的回收瓶导 出,传入直 线式生产线。(4)瓶底检测工位:待检产品到达瓶底检测工位时,频 闪光源被触发,同时触发相机抓拍瓶底图像。
15、(5)分拣机构:次 品到达分拣工位 时,气动电磁阀动 作,快速将次品击入次品轨道,从而实现正、次品的分离。(6)系统保护:系统 中设计了各种限位保护,一旦出现 机械碰撞,则自动急停。系统具备声光报警功能。1 2 光机电一体化控制系统设计 考虑到整个系统需要对 9 台高速 C C D相机的图像并 行运算处理,为了实现高速实时检测,开发了2 台I P C 并行 运行+P L C的工作模式。I P C负责图像检测识别,P L C负责 底层的运动控制。系统主要由图像 采集模块、运动控制模 块、分拣模块、安全保护模块、控制器模块等组成,光机 电 一体化控制系统结构图如图 2 所示。(1)图像采集模块:两
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