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1、基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)啤酒空瓶檢測(cè)的技術(shù)分析
【摘要】本論文是基于啤酒空瓶檢測(cè)進(jìn)行研究，采用的是機(jī)器視覺(jué)技術(shù)。介紹了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、啤酒瓶檢測(cè)流程、軟件實(shí)現(xiàn)方法及檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】機(jī)器視覺(jué)；啤酒；空瓶；圖像采集
一、啤酒空瓶檢測(cè)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?；厥盏钠【破靠赡芊浅ＥK或者存在許多缺陷，必須在灌裝前進(jìn)行清洗，清洗之后需要檢測(cè)是否洗干凈。隨著啤酒工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)啤酒生產(chǎn)效率的要求越來(lái)越高，啤酒生產(chǎn)速度可以達(dá)到每秒鐘10瓶以上，單靠人工檢測(cè)啤酒瓶是否干凈效率低、漏檢率高，檢測(cè)人員很容易產(chǎn)生視疲勞。而基于機(jī)器視覺(jué)
2、技術(shù)的啤酒空瓶檢測(cè)能夠?qū)崿F(xiàn)速度快、精度高的自動(dòng)化檢測(cè)。
采用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的目的就是給機(jī)器或自動(dòng)化生產(chǎn)線添加一套視覺(jué)系統(tǒng)，其原理是由計(jì)算機(jī)或圖像處理器以及相關(guān)設(shè)備來(lái)模擬人的視覺(jué)行為，完成得到人的視覺(jué)系統(tǒng)所得到的信息。人的視覺(jué)系統(tǒng)是由眼球、神經(jīng)系統(tǒng)及大腦的視覺(jué)中樞構(gòu)成，計(jì)算機(jī)視覺(jué)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(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。
二、啤酒空瓶檢測(cè)流程
采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)啤酒空瓶檢測(cè)流程如圖2所示。被檢啤酒瓶進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)后首先觸發(fā)輸入光電開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)將開(kāi)關(guān)信號(hào)傳遞給控制器，控制器通過(guò)編碼器記錄脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)固定的脈沖之后瓶身檢測(cè)攝像機(jī)、瓶
3、口檢測(cè)攝像機(jī)、瓶底檢測(cè)攝像機(jī)、瓶身內(nèi)壁檢測(cè)攝像機(jī)相繼工作，分別對(duì)瓶身、瓶口、瓶底、瓶身內(nèi)壁進(jìn)行拍照。將拍得的圖像信息送入圖像處理模塊進(jìn)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(huì)輸出一個(gè)信號(hào)給踢出器。當(dāng)次瓶運(yùn)動(dòng)到踢出器時(shí)，踢出器動(dòng)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(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
圖3為基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)啤酒空瓶檢測(cè)系統(tǒng)軟件框圖。啤酒瓶視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)是高速實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，因而對(duì)軟件要求速度快、控制及時(shí)。在連續(xù)檢測(cè)時(shí)，PC機(jī)使用特殊的圖像采集卡和CCD攝像機(jī)連續(xù)地對(duì)被檢啤酒瓶進(jìn)行準(zhǔn)確地拍照，獲得圖像的數(shù)字化信息，并通過(guò)數(shù)字圖像
4、處理與判斷模塊獲得啤酒瓶檢測(cè)的決策信息，并將其傳送給可編程控制器，完成對(duì)執(zhí)行設(shè)備擊出器的控制。在系統(tǒng)待命時(shí)，PC機(jī)接收用戶的指令，完成對(duì)系統(tǒng)的軟件參數(shù)配置、硬件的檢測(cè)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(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置，系統(tǒng)各個(gè)傳感器檢測(cè)，擊出器檢測(cè)，CCD攝像機(jī)檢測(cè)等。
本系統(tǒng)選用PLC作為底層控制器，它通過(guò)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(guò)圖像采集子系統(tǒng)控制CCD攝像機(jī)的拍攝以及直接控制擊出器的動(dòng)作。同時(shí)PLC通過(guò)485總線與工控機(jī)連接，接收工控機(jī)傳來(lái)的控制信息和系統(tǒng)參數(shù)等。
在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，PLC負(fù)責(zé)及時(shí)地通知圖像采集子系統(tǒng)啟動(dòng)CCD攝像
5、機(jī)，抓拍處于拍攝位置的空瓶。為了達(dá)到這一目的，需要使用光電傳感器來(lái)檢測(cè)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(méi)有接收到從反光板反射回來(lái)的光束時(shí)，就會(huì)輸出觸發(fā)信號(hào)。將光電傳感器安裝到CCD攝像機(jī)拍攝位置旁，把輸出接到PLC的I/O輸入口上。當(dāng)沒(méi)有空瓶經(jīng)過(guò)時(shí)，光電傳感器可以接收到反射光束，沒(méi)有輸出信號(hào)，而當(dāng)有空瓶經(jīng)過(guò)時(shí)，光電傳感器無(wú)法接收到返回的光束，于是輸出觸發(fā)信號(hào)。PLC從輸入口接收到此信號(hào)后，即可判定空瓶已到達(dá)拍攝位置，從I/O輸出口輸出啟動(dòng)信號(hào)給圖像采集系統(tǒng)，啟動(dòng)CCD攝像機(jī)，攝像機(jī)及時(shí)進(jìn)行拍攝，獲取被檢空瓶的圖像。
在專(zhuān)門(mén)的信息處理模塊對(duì)獲取的圖像信息進(jìn)行分析
6、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(jī)就會(huì)通過(guò)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(biāo)定不合格空瓶，并追蹤其位置，當(dāng)不合格空瓶到達(dá)擊出器所在位置時(shí)控制擊器動(dòng)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(gè)編碼器與驅(qū)動(dòng)傳送帶的電機(jī)相連，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼器相應(yīng)發(fā)出脈沖。計(jì)算脈沖的數(shù)目，即可知道傳送帶運(yùn)動(dòng)的距離。這樣一來(lái)，如果能測(cè)出不合格空瓶要運(yùn)動(dòng)多長(zhǎng)距離才到達(dá)擊出位置就能將其準(zhǔn)確擊出?？梢栽谑孪劝丫幋a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(guò)檢測(cè)位置和擊出位置，PLC使用計(jì)數(shù)器記下
7、此過(guò)程中脈沖的數(shù)目，這一數(shù)值即對(duì)應(yīng)著檢測(cè)位置和擊出位置之間的距離。
四、結(jié)語(yǔ)
基于機(jī)器視覺(jué)的啤酒空瓶檢測(cè)系統(tǒng)是我國(guó)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(jué)檢測(cè)的相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)、電氣控制系統(tǒng)等進(jìn)行了說(shuō)明，是PLC、視覺(jué)系統(tǒng)、傳感器、上位機(jī)的靈活結(jié)合應(yīng)用，系統(tǒng)采用視覺(jué)傳感器拍攝和處理實(shí)時(shí)圖象，最終達(dá)到去除不合格啤酒瓶的目的。
我國(guó)的工業(yè)化、現(xiàn)代化還剛剛起步，圖像和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用也剛剛開(kāi)始。隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)體系的完善，勞動(dòng)力成本的上升，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)必定要求產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率不斷提升、自動(dòng)化程度不斷提高，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用水平也會(huì)隨之發(fā)展，機(jī)器視
8、覺(jué)技術(shù)將會(huì)大顯身手。
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令曉明，博士，蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教師，教授，研究生導(dǎo)師。
基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)啤酒空瓶檢測(cè)的技術(shù)分析
