一種基于視覺的金屬瓶罐檢測方法

摘要：隨著我國工業水平的快速發展，金屬瓶罐在食品、化工、日用品等行業的應用越來越廣泛。由于人們對物品及食品封裝的安全、健康和多樣化的需求不斷提高，金屬瓶罐的生產和檢測面臨著更高的要求和挑戰，傳統的檢測方法已無法適應。在此背景下研發一種金屬瓶罐在線缺陷檢測系統，改善人工檢測存在的效率低、精度差、成本高等缺點，提高產品品質，為企業增加效益具有很好的意義。

關鍵詞：機器視覺；金屬瓶罐；缺陷檢測；圖像處理

中圖分類號：TP39文獻標志碼：A文章編號：1009-9492 （ 2022 ） S1-0049-03

A Vision Based Inspection Method for Metal Bottles

Wang Zepeng

（CHINA HANGJIANG， Shantou， Guangdong 515800， China）

Abstract： With the rapid development of Chinas industrial level， metal bottles and cans are more and more widely used in food， chemical， daily necessities and other industries. Due to the increasing demand for the safety， health and diversification of goods and food packaging， the production and detection of metal bottles and cans are facing higher requirements and challenges， and the traditional detection methods have been unable to adapt. In this context， it is of great significance to develop an online defect detection system for metal bottles and cans to improve the shortcomings of low efficiency， poor accuracy and high cost of manual detection， improve product quality and increase benefits for enterprises.

Key words： machine vision； metal bottles and cans； defect detection； image processing

0引言

金屬罐是隨著罐頭工業的發展而興起的，至今在產品封裝方面仍發揮重要作用。圖1為某企業研發的金屬罐產品。金屬罐質量對物品質量、食品安全起到十分關鍵作用。在整個生產過程中，由于原材料缺陷、設備老化、員工操作不當等因素的影響，使產品可能出現劃痕、擦傷、裂口、邊料不足、變形、封罐不良等缺陷，這些缺陷往往會影響了內容物的質量，出現化學成分變化超標等問題。因此，對金屬瓶罐進行高效準確的質量檢測十分必要。

基于機器視覺的智能檢測是近年發展的一門新學科，綜合了光源照明、光學成像、圖像處理、軟件和人機接口等技術，可提高生產的柔性和自動化程度，保證產品質量，在國內外各領域都有廣泛的應用和發展。

1硬件設計

合理檢測系統的設計是以正確分析客戶需求為前提，根據罐型、缺陷類型、速度等參數進行設計，以更好地滿足需求，實現設計目標。本檢測系統主要應用于金屬罐表面質量的檢測，所以要針對表面缺陷的外形和物理特征進行系統整體方案設計。

機器視覺在線檢測系統主要由光源、相機、圖像處理控制器、顯示器、通迅模塊、PLC可編程控制器、剔除裝置等構成。

金屬罐缺陷檢測系統的目標是在自動生產線最后一道工序（封底蓋）之后，在不影響合格品傳輸的情況下對缺陷產品進行實時分離剔除。視覺檢測系統結構如圖2所示。

由于檢測過程外界光線會影響拍攝效果，故光源和相機需封閉在檢測箱內以隔絕外界光的影響。此系統包括3個工位，每個工位均安裝一個密封檢測箱，分別檢測罐的旋口、口部和底部。將檢測箱放置于生產線的傳送裝置之上，當瓶罐運動至指定位置觸發傳感器使光源閃光同時相機高速采集圖片并將其傳送至圖像處理控制器，通過圖像處理軟件識別處理后判斷是否合格，在顯示器中顯示處理結果，并將結果傳送至PLC。當產品不合格時，由PLC發出信號至剔除裝置對此罐進行剔除；如合格，則保留，從而完成對產品的質量檢測。系統檢測流程如圖3所示。

視覺系統設計中，光源照明的設計是重要部分，會直接影響取像效果和后期處理結果甚至是整個系統的表現。光源的參數主要有光譜、方向、強度、均勻性等，前期需經過多次試驗選擇合適的光源。合理的光源方案可以解決視覺系統中圖像質量的很多問題，對一個視覺檢測系統的成功與否至關重要。常用的光源有環形光源、條形光源、平行光源等。

2軟件設計

數字圖像信號處理技術是指利用計算機將圖像信息轉化為數字信息，以數字的形式對信號進行去噪、增強、復原、特征提取等處理，得到所需的信號形式。

金屬罐缺陷檢測算法的關鍵包括：

（1）準確性。檢測的準確性直接衡量了檢查系統的使用意義和價值，準確性保證要建立在對罐的表面不同區域進行特征分析，依據特征表面進行算法設計。

（2）檢測速度。檢測速度是系統需求的主要特征之一，檢測速度的關鍵是要在準確性和時間上尋求平衡點，合理利用處理算法，減少不必要的時間消耗。

本文的圖像處理算法使用了某企業研發的高性能圖像處理軟件，由多個圖像處理算子和多種交互式開發工具組成。其中包括了濾波、形狀搜索、定位、校正、分類、辨識、色彩分析等基本的幾何圖像計算功能，且這些功能設計為模塊化封裝，適用于大多數圖像處理場合。檢測方法選擇如圖4所示。

通過顯示器操作界面對軟件進行操作，人機交互界面提供了參數設置以及信息顯示接口，用于相關模塊的參數配置和信息顯示。從上層往下層分別是參數配置、圖像獲取、圖像處理、信號輸出。圖像處理模塊是軟件系統的關鍵部分，直接決定檢測結果的準確性，此部分將輸入的圖像進行分析和處理并將相應信息傳遞給信息顯示模塊。信號輸出作為最后一個軟件層次，對處理信號進行穩定合理的輸出。經通信模塊傳輸至PLC可編程控制器，PLC通過傳感器檢測瓶罐，對不良品進行計數及定位，保證剔除裝置的準確剔除操作。

3應用效果

本檢測系統已應用于生產現場，對人工檢測方法與機器視覺檢測方法進行對比，得出的結果為人工檢測誤差高于機器視覺檢測，且經實際速度測試，機器視覺檢測速度遠高于人工檢測。生產試驗證明，運用機器視覺檢測能夠高效準確的完成金屬罐缺陷的檢測，其檢測精度高于人工檢測方法，且成本低，可連續性，對瓶罐不會產生二次接觸污染和損害，達到了設計的目標和要求。圖5為缺陷示意圖。

4結束語

機器視覺作為一股新生的力量正以其獨特的視角和處理手段在各個領域高速發展，逐步取代許多行業中利用人工進行測量或檢測的方法。本文從產品背景、用戶需求等方面入手，遵循機器視覺檢測系統設計的規范及標準化，對金屬瓶罐缺陷檢測系統進行了總體的部署和具體的設計，驗證了系統的意義和價值。

參考文獻：

[1]趙志強，熊元姣.計算機視覺檢測系統的設計方案[J].工業控制計算機，2005，18（10）：1-2.

[2]劉金橋，吳金強.機器視覺系統發展及其應用[J].機械工程與自動化，2010（01）：215-216.

作者簡介：王澤鵬（1986-），男，廣東汕頭人，大學本科，助理工程師，研究領域為金屬包裝制罐設備。

（編輯：王智圣）