基于機器視覺技術(shù)啤酒空瓶檢測系統(tǒng)設(shè)計

蘭州交通大學 孫立軍 令曉明

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。回收的啤酒瓶可能非常臟或者存在許多缺陷，必須在灌裝前進行清洗，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。而基于機器視覺技術(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。

采用機器視覺系統(tǒng)的目的就是給機器或自動化生產(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所示為機器視覺系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。

二、啤酒空瓶檢測流程

采用機器視覺技術(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、瓶口檢測攝像機、瓶底檢測攝像機、瓶身內(nèi)壁檢測攝像機相繼工作，分別對瓶身、瓶口、瓶底、瓶身內(nèi)壁進行拍照。將拍得的圖像信息送入圖像處理模塊進行的圖像處理，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。當次瓶運動到踢出器時，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機使用特殊的圖像采集卡和CCD攝像機連續(xù)地對被檢啤酒瓶進行準確地拍照，獲得圖像的數(shù)字化信息，并通過數(shù)字圖像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總線與工控機連接，接收工控機傳來的控制信息和系統(tǒng)參數(shù)等。在系統(tǒng)運行過程中，PLC負責及時地通知圖像采集子系統(tǒng)啟動CCD攝像機，抓拍處于拍攝位置的空瓶。為了達到這一目的，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攝像機拍攝位置旁，把輸出接到PLC的I/O輸入口上。當沒有空瓶經(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，攝像機及時進行拍攝，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行分析處理后，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，需要標定不合格空瓶，并追蹤其位置，當不合格空瓶到達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)動傳送帶的電機相連，當電機轉(zhuǎn)動時，編碼器相應(yīng)發(fā)出脈沖。計算脈沖的數(shù)目，即可知道傳送帶運動的距離。這樣一來，如果能測出不合格空瓶要運動多長距離才到達擊出位置就能將其準確擊出。可以在事先把編碼器的脈沖輸出與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)等進行了說明，是PLC、視覺系統(tǒng)、傳感器、上位機的靈活結(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，圖像和機器視覺技術(shù)的應(yīng)用也剛剛開始。隨著我國工業(yè)化進程的加快，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，機器視覺技術(shù)將會大顯身手。

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