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1、基于機器視覺技術(shù)啤酒空瓶檢測的技術(shù)分析 　【摘要】本論文是基于啤酒空瓶檢測進行研究，采用的是機器視覺技術(shù)。介紹了機器視覺技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、啤酒瓶檢測流程、軟件實現(xiàn)方法及檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 　　【關(guān)鍵詞】機器視覺；啤酒；空瓶；圖像采集 　　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

2、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

3、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(dāng)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(zhǔn)確地拍照，獲得圖像的數(shù)字化信息，并通過數(shù)字圖像

4、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(zé)及時地通知圖像采集子系統(tǒng)啟動CCD攝像

5、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(dāng)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(dāng)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

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(biāo)定不合格空瓶，并追蹤其位置，當(dāng)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(dāng)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(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)過檢測位置和擊出位置，PLC使用計數(shù)器記下

7、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

8、覺技術(shù)將會大顯身手。 　　參考文獻 　　段峰，王耀南，劉煥軍.基于機器視覺的智能空瓶檢測機器人研究.儀器儀表學(xué)報，2004，25（5）：624-627. 　　宋學(xué)勇，趙敏.機器視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù).計算機世界，2007/7/23/第B11版. 　　董瑞翔.用機器視覺技術(shù)提高生產(chǎn)率.機器人技術(shù)與應(yīng)用，2002（5）. 　　關(guān)勝曉.機器視覺及其應(yīng)用發(fā)展.自動化博覽，2005（3）. 　　鐘權(quán)龍，許積飆.西門子機器視覺系統(tǒng)在煙草行業(yè)的應(yīng)用.現(xiàn)代制造，2004（22）. 　　Hui-min Ma，Guang-da Su，Jun-yan Wang et al.A Glass Bottle Defect Detection System Without Touching.In：Proceedings of the first International Conference on Machine Learning and Cybernetics，Beijing，China，2002，628-632. 　　 　　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實驗室教師，教授，研究生導(dǎo)師。