易拉罐空罐缺陷智能檢測系統的設計與應用研究

楊 陽 趙春磊 查 朦 錢黎明 任俊楠

（1.南通理工學院，南通 226002；2.康美包（蘇州）有限公司，蘇州 215028）

易拉罐屬于飲料行業中必備的一種包裝容器，在啤酒、奶粉等產業中也有一定的應用。易拉罐包裝具有一定的優勢，但在實際使用中可能因為各種各樣的因素，使得易拉罐很容易出現空罐污染、空罐變形等缺陷而影響產品的質量，進而影響產品的使用。所以，在易拉罐灌裝前，必須檢測好易拉罐空罐是否存在缺陷，這是保證產品質量的重要防線。鑒于此，設計了一款易拉罐空罐缺陷檢測系統，針對易拉罐空罐的各個部位進行精確、高速的檢測。

1 系統設計方案

1.1 系統工作原理

易拉罐空罐缺陷檢測系統設計，以將高速的圖像處理技術和相機功能相結合為基礎，將易拉罐空罐用光線照射，然后利用相機功能，實現對空罐的圖像采集。待檢測物品觸發光線接觸到相機后，光源隨后開始工作，相機拍照。相機處理圖像后，可將處理好的圖像高速傳輸到工控機中進行進一步處理，最后將傳輸結果輸送到可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和信號板上。接收到信號后，將圖像傳輸到檢測系統，判定易拉罐是否為不合格產品[1]。

1.2 缺陷檢測系統的組成結構

易拉罐空罐缺陷檢測系統要求在易拉罐灌裝前完成圖像采集和處理程序，從而更加精確地找到缺陷并處理缺陷。缺陷檢測系統主要包含檢測裝置、控制系統、計算機系統、負壓輸送帶和剔除裝置等結構。

（1）檢測裝置。檢測裝置包含相機、半導體光源以及鏡頭3部分，可全面檢測易拉罐空罐。

（2）控制系統。采用PLC控制系統，用于剔除相機采集出來的不合格易拉罐產品，并統計其中不合格的易拉罐數量，為客戶數據統計提供依據。為了保證PLC控制系統和整體系統的通信，需要落實控制系統的各項工作[2]。

（3）計算機系統。計算機系統主要由工控機和顯示器組成。一般情況下，缺陷檢測的計算機系統主要應用兩臺工控機協同工作，以便更好地完成易拉罐缺陷檢測。

（4）負壓輸送帶?？紤]到易拉罐自身質量很小，再加上傳輸鏈條的潤滑后，在傳輸易拉罐的過程中很容易出現空罐滑動位移的情況。相關研究發現，易拉罐在進入加速的鏈條道后，傳輸中心會有所下移，很大程度上減少了易拉罐傾倒情況的出現。易拉罐缺陷檢測系統就是利用氣體吸收的原理，適當增加易拉罐底部的重量，確保易拉罐在運輸中保持結構穩定。具體操作是在負壓輸送帶中增加電機，確保氣體有效吸收，并在傳輸鏈道上打上了小孔，防止漏氣[3]。

（5）剔除裝置。剔除裝置的主體結構包含高速高頻氣缸、氣源處理部件和電磁控制閥，用于完成易拉罐空罐缺陷的精準剔除。

2 易拉罐空罐缺陷智能檢測系統的設計和應用

2.1 易拉罐空罐系統模塊設計

易拉罐是一種薄鐵皮制的罐裝容器。易拉罐從生產后到被用于飲料的罐裝，這一過程中經歷的搬運、上下料次數較多，可能導致易拉罐表面出現大大小小的損傷和缺陷。這些缺陷一般存在于罐口、罐身和罐底等部位。其中：罐口缺陷包括缺料、翹邊、卷邊等；罐身缺陷包括油污、鐵屑、罐身凹陷、癟罐及劃痕等；罐底缺陷包括油污、鐵屑、罐底變形及劃痕等。易拉罐系統主要包括5個模塊，分別為采集裝置、圖像分析模塊、數據存儲模塊、端子缺陷識別模塊以及篩選裝置，如圖1所示。

2.2 易拉罐空罐主要模塊的功能實現

2.2.1 數據采集模塊

系統借助模擬信號輸入函數實現對硬件的有效控制和數據采集。數據采集模塊的功能實現需要設計多樣化的數據采集通道。要提前設置好數據文件的保存路徑、采樣頻率、點數以及通道號等重要參數[4]。在數據保存路徑選擇上，應該選擇便于管理和調用的數據文件保存形式，將數據文件保存到固定位置，方便瀏覽查找。對于采集數據的存儲，應該在各個通道設置列，便于文件存放。

2.2.2 圖像分析模塊

通過攝像頭采集易拉罐表面圖像信息，將圖像相關信息數據等動態顯示在顯示屏中形成在線信號波形，系統會自動將采集到的圖像以文件形式儲存。使用圖像讀取模塊讀取保存的文件，進行均值預處理，展示相應時域和頻域的波形數據。其中，時域波形以時間軸為間隔，頻域波形以頻率軸為間隔。處理模塊主要處理相關的信號，處理流程包含帶通濾波、包絡檢波以及低通濾波[5]。對采集到的時域信號進行帶通濾波處理后轉到包絡檢波環節，對信號進行調整和變換，最后進入低通濾波，完成圖像的整體處理。

2.2.3 缺陷識別模塊

缺陷識別模塊主要是通過在系統中增加傳感器，對易拉罐表面信息進行傳感，及時感知異常部分。一些部位出現異常傳感信息時，則表示這個部位可能存在缺陷。針對檢測到的異常模塊信息，系統會將這些易拉罐通過分區通道傳送到篩選裝置，由專門的技術人員對缺陷進行再次檢查、篩選。

2.3 易拉罐空罐缺陷檢測流程

當易拉罐經過輸送帶傳輸時，會慢慢由普通鏈道轉向負壓鏈道。在負壓鏈道傳輸時，傳輸速度要遠遠高于普通鏈道，從而通過速度差距將不同的易拉罐隔開一定的間距。在負壓鏈道的傳輸板上增加小孔，這樣在負壓作用下易拉罐可以牢牢吸附在負壓板上，從而達到穩定傳輸的目的。當易拉罐傳輸到光電系統中時，系統會自動開啟照明功能和拍照功能，從而采集易拉罐空罐的圖像，并進行除噪處理，進一步增強圖像的采集質量。當圖像采集并處理完成后，需要進一步定位易拉罐空罐的位置。有異常情況的空罐，則會在定位步驟中出現差錯，此時可以直接將其視為不合格易拉罐。具體的易拉罐空罐缺陷檢測流程，如圖2所示。

易拉罐空罐缺陷檢測將對成功定位的空罐分割成多個檢測單元?？紤]到易拉罐的形狀各異，還有一些不規則形狀，需要借助圖像分割處理，對空罐的相應缺陷進行圖像信息采集。做好缺陷數據采集和統計后，設計定值的比較，能夠對比判斷易拉罐的生產是否滿足要求。

系統檢測時，采用LabVIEW建立虛擬診斷設備。處理電控發動機缺陷檢測問題是目前發動機缺陷檢測中比較先進的缺陷檢測方法，能夠在虛擬診斷模型下對發動機故障進行準確診斷。以LMS公司的Testlab軟件結構為藍本，參照東方所的DASP軟件，在LabVIEW 7.0虛擬儀器開發平臺上，開發出電控發動機振動的狀態監測與缺陷檢測系統。系統按照功能劃分為參數設置模塊、數據采集存儲及顯示模塊、幅域分析模塊、時域分析模塊、頻域分析模塊、時頻分析模塊和缺陷檢測模塊。系統采用M公司提供的PCI-6024E數據采集卡進行信號采集，并按后序數據處理的要求分類存儲二進制數據流文件和波形數據文件。

第一，缺陷問診。系統在使用過程中難免會出現故障，而實踐中也經常圍繞缺陷檢測流程討論檢修方法。問診是基礎，通過對生產員的詢問來了解缺陷發生、發展的全過程，以獲得相關信息，為進一步診斷打好基礎。

第二，癥狀確認。問診后不能急于動手，還需要確認癥狀，因為存在諸多因素可能會使問診信息在一定程度上失真。比如，生產員提供的信息不夠準確。有的信息是因為生產員描述不夠準確，有的信息是因為生產員本人對生產情況了解不夠詳細，因此需要通過缺陷再現確認癥狀。

第三，直觀檢查。并非所有的缺陷檢測都需要動用診斷儀，有時通過直觀檢查也可以快速找到缺陷原因或重要線索，因此維修中需要靈活運用多種手段，確保按照由簡至繁的原則進行診斷，以提高維修效率。

第四，解碼診斷。利用系統中的電控發動機自檢測系統讀取缺陷碼，是檢測電控發動機過程中非常重要的一步。缺陷碼對調整方向的確定和檢測流程具有重要意義。讀取缺陷碼的方法可分為人工讀碼和采用儀器檢測兩種。

3 結語

設計的這款易拉罐空罐缺陷檢測系統，能夠實現對易拉罐空罐圖像的采集和處理。結果表明：智能檢測系統能夠針對易拉罐的罐口、罐身、罐底各個部位可能存在的異物、變形等缺陷進行有效檢測。如今，這款易拉罐空罐缺陷智能檢測系統已經廣泛應用于社會企業生產的過程，并與其他檢測系統配合使用，擁有廣闊的應用前景。