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玻璃瓶机器视觉质量检测方法

在口服液灌装过程中,影响产品质量的因素很多,例如原料质量、工艺、包装技术等,另外玻璃药瓶缺陷(瓶日、瓶身和瓶底) 和污物也是影响酒质量的—个关键要素。所以在药液灌装前必须对空玻璃瓶进行检测,把不合格品剔除,才能进行酒的灌装。而目前我国大多数酒厂还是采用人工对空玻璃瓶质量进 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,针对玻璃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玻璃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。 一 、机器视觉简介 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。

(一)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。

(二)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职别等,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 1 10 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。

二、玻璃瓶检测的特点 玻璃瓶的检测具有如下特点:
(一)材料是玻璃,这对很多传统检测技术来说是个难题。
(二)玻璃瓶检测强调实时、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。
(三)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。 针对玻璃瓶检测的特点与要求,实际中主要针对四个方 面进行检测,即瓶口检测:瓶口密封面检测,螺纹检测;瓶壁 检测:瓶壁内、外表面污物检测,磨损度检测;瓶底检测:瓶底 污物,裂纹;瓶内残液检测:残留碱液,残留油,残留水。 空瓶经过检测机,如果上述四项检测都合格,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。

三、系统设计 在图像的采集处理上,系统通过四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。

(一)CPU模块 选用SIMATIC S7—300系列CPU315—2DP。它具有MPI 接口和PROFIBUS—DP主/从接口,可用于中大规模的I/O配 置,也可用于建立分布式I/O结构,正适合建立与各远程子站 相接的结构。它具有64K的程序存贮器,2048个位存贮器,64 个计数器,128个定时器,定时范围为10ms一9990s。 CPU315-2DP总I/0地址空间为102411024字节,其中过 程映像I/0为128/128字节。数字I/0总数为8192个通道,其 中集中的I/0为1024个通道。模拟I/0总数为512个通道, 其中集中的I/0通道数为256~1280。每个系统可以扩展32 个模块,模块内集成背板总线。

(二 )视觉传感器 视觉传感器采用VS710,它是一个智能化的、一体化的、 带PROFIBUS接口的、分布式的灰度级工业视觉系统,它将 图象处理器、CCD、I/O集成在一个小型机箱内,提供 PROFIBUS的联网方式或集成的I/O和RS232接口。更重要 的是,通过PC WINDOWS下的Pro Vision参数化软件进行组 态,VS710第一次将PC的灵活性、PLC的可靠性、分布式网 络技术和一体化设计结合在一起,在PLC和PC体系之间找 到了完美的平衡口一。 VS710集成数字化照相机:高分辨率CCD,768×512方 形象素;直接象素数字化采样,无转换误差;集成全帧快门, 适合运动物体。 VS710集成CPU快速处理灰度图像:80486 100M CPU, 直接处理象素数据;16MB RAM,可执行复杂程序;16MB FLASHDISK,最多存储200个程序;2MB图像存储器,可在处 理图像时同步抓取下一幅图像;采用倍速扫描技术,图像采 集过程中即可进行评估;半帧模式时吞吐率达25件/秒,全 帧模式时达16件/秒。 VST10采用标准连接接口:PROFIBUS—DP,传输率 9.6Kbps-12Mbps; 节点地址号1-125,标准9针接口; 9.6Kbps一1 15Kbps。 VS710采用ProVision软件进行参数化: 利用 PROFIBUS—DP对几个从属VS710进行远程配置;用RS232 和PROFIBUS进行在线参数传输;画面只显示有问题的图像 而不影响处理性能。

(三)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。在图像上画一条线,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。

四、结语 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像,最终准 确剔除坏瓶。www.bzmingjie.com
 
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