目前啤酒生產(chǎn)企業(yè)越來越重視產(chǎn)品質(zhì)量，越來越多的企業(yè)在灌裝生產(chǎn)線上使用了各種自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，以期提高檢測(cè)的可靠性。傳統(tǒng)的灌裝線空瓶檢驗(yàn)方式是人工燈光檢測(cè)。但在現(xiàn)代高速灌裝線上，由于視覺疲勞等原因，僅靠傳統(tǒng)的人工類光檢測(cè)不能保證可靠性，而且啤酒瓶的兩個(gè)重要部位——瓶口和瓶底無(wú)法檢測(cè)，造成部分漏氣瓶和瓶底贓物瓶流入市場(chǎng)，給企業(yè)形象造成損害。

 
1  前言 
    
    目前國(guó)外基于圖像處理技術(shù)的空瓶在線檢測(cè)系統(tǒng)已相對(duì)成熟且有大量產(chǎn)品投放市場(chǎng)，如：德國(guó)的MIHO系統(tǒng)、HEUFT系統(tǒng)；美國(guó)INDUSTRIALDYNAMICSCOMPANY，LTD的OMNIVISIONI系統(tǒng)。我國(guó)在這方面則比較落后。

    當(dāng)前我國(guó)多數(shù)啤酒生產(chǎn)廠家正在向每小時(shí)四萬(wàn)瓶以上的生產(chǎn)線方向發(fā)展，在這種速度下依靠人工檢測(cè)將變得異常困難，他們急需大量的空瓶在線檢測(cè)設(shè)備。而國(guó)外產(chǎn)品售價(jià)過高且維護(hù)困難，對(duì)于多數(shù)中小啤酒廠而言門檻過高。�� 

2  系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)的確定

    在參考國(guó)外各公司機(jī)型的基礎(chǔ)上，分析當(dāng)前中國(guó)企業(yè)需要和目前我們的技術(shù)力量的情況，確定了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是：��

    (1)將瓶底檢測(cè)與瓶口檢測(cè)模塊作為系統(tǒng)的基本模塊，首先保證完成；將外壁檢測(cè)模塊、內(nèi)壁檢測(cè)模塊、殘留液檢測(cè)模塊、透明物檢測(cè)模塊作為附加模塊，留待以后擴(kuò)展。

    (2)系統(tǒng)檢測(cè)速度為：瓶徑64mm時(shí)為42000瓶/h。

    (3)瓶底檢測(cè)分辨率及剔除率為：無(wú)標(biāo)志和無(wú)磨損瓶：大小為2.5mm×2.5mm時(shí)，剔除率98%；大小為3.0mm×3.0mm時(shí)，剔除率99%。有標(biāo)志、磨損、深色、色差時(shí)：大小為3.5mm×3.5mm時(shí)，剔除率98%；大小為4.0mm×4.0mm時(shí)，剔除率99%。�� 

    (4)可對(duì)混色瓶或深色瓶進(jìn)行處理。�� 

3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定�� 

    3.1  系統(tǒng)總方案選擇�� 

    本系統(tǒng)有3種方案可供選擇：一種方案是直接購(gòu)買國(guó)外的機(jī)器視覺系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)；第二種方案是采用圖像卡加工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，并配以自我研制的控制軟件，考慮到處理速度的需要，需采用多系統(tǒng)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)；第三種方案是采用分級(jí)控制系統(tǒng)，即以工業(yè)控制機(jī)完成上層的控制管理工作，下層配以由DSP芯片為核心的系統(tǒng)，完成圖像采集與圖像處理工作。�� 

    第一種方案雖然開發(fā)速度快，但一來系統(tǒng)昂貴，且以后每生產(chǎn)一臺(tái)都必須支付軟件注冊(cè)費(fèi)，二來能夠達(dá)到速度要求的現(xiàn)成視覺系統(tǒng)也幾乎不存在，故該方案被放棄。第三種方案由于開發(fā)周期過長(zhǎng)，不利于占領(lǐng)市場(chǎng)且該方案建立在算法已經(jīng)完全成熟的基礎(chǔ)上，因而，該方案被作為未來完善的方向而推遲采用。最終，第二種方案在現(xiàn)階段被采用。�� 

    3.2  系統(tǒng)總體方案確定��

    待檢測(cè)的空瓶由傳送帶送來。到達(dá)混瓶與色差補(bǔ)償光源位置時(shí)，該光源閃光，混瓶與色差傳感器對(duì)透射光進(jìn)行檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果送色差補(bǔ)償電路以便對(duì)瓶底檢測(cè)時(shí)光源亮度進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)空瓶到達(dá)瓶底檢測(cè)位置時(shí)，在色差補(bǔ)償電路與攝像機(jī)光源同步電路的作用下，光源閃光且快門打開，通過成像系統(tǒng)使攝像機(jī)成像。所成圖像經(jīng)圖像采集卡送入瓶底計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，處理后如有污物，則通過32路I/O卡送出剔除信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大，控制剔除機(jī)構(gòu)將該瓶推離傳送帶。當(dāng)空瓶進(jìn)入瓶口處理位置時(shí)，進(jìn)行瓶口處理，處理過程與瓶底基本相似。瓶底處理總控管理計(jì)算機(jī)與瓶口處理計(jì)算機(jī)通過串口進(jìn)行狀態(tài)通訊，以保證系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作。雙系統(tǒng)公用同一觸摸屏進(jìn)行顯示與操作，通過觸摸屏切換電路完成兩系統(tǒng)之間的切換工作。

4  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)�� 
 
    4.1  模塊劃分�� 

    系統(tǒng)軟件分為三大模塊：系統(tǒng)管理與用戶界面模塊、瓶口處理模塊(瓶底處理模塊)、機(jī)器控制與雙機(jī)通訊模塊。系統(tǒng)管理與用戶界面模塊的功能主要是完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理、系統(tǒng)各模塊之間的協(xié)調(diào)以及系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)的輸入與存儲(chǔ)。瓶口處理模塊(瓶底處理模塊)是系統(tǒng)的核心，完成圖像的采集、處理、污點(diǎn)與破損的判斷，以及剔除信號(hào)的發(fā)送工作。由于處理方法的不同。瓶口處理模塊應(yīng)在瓶口處理機(jī)上運(yùn)行，而瓶底處理模塊則只可在瓶底處理機(jī)上運(yùn)行。 

    機(jī)器控制與雙機(jī)通訊模塊完成對(duì)機(jī)器啟停、速度控制、故障診斷以及雙機(jī)之間的通訊功能。 

    4.2  軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)�� 

    為了實(shí)現(xiàn)以上3個(gè)模塊同步協(xié)調(diào)工作，系統(tǒng)開辟了3個(gè)線程。其中主線程完成系統(tǒng)管理與用戶界面功能，兩個(gè)輔助線程分別完成瓶底(瓶口)處理功能和機(jī)器控制與雙機(jī)通訊功能。三個(gè)線程之間通過全局變量完成通訊工作。通過事件進(jìn)行線程之間的同步工作。�� 

    4.3  瓶口與瓶底處理模塊的實(shí)現(xiàn)�� 

    由于該系統(tǒng)對(duì)處理速度的要求較高，一般的圖像處理方法并不適合。我們采用了簡(jiǎn)單二值化與統(tǒng)計(jì)方法很好地解決了該問題。

    在瓶口檢測(cè)方面，我們通過特殊成像裝置，使閃光燈光線照射到瓶口密封面上并返回?cái)z像機(jī)。一個(gè)完好的平面反射光線應(yīng)為完整且光滑的圓環(huán)，若有破損，則圓環(huán)斷裂(貫通破損)或圓環(huán)出現(xiàn)內(nèi)凹(內(nèi)沿破損)或圓環(huán)出現(xiàn)外凸(外沿破損)，用戶可以通過設(shè)定三個(gè)極限值來定義斷裂、內(nèi)凹、外凸的大小。系統(tǒng)通過將實(shí)際斷裂、內(nèi)凹、外凸的大小與設(shè)定值進(jìn)行比較以決定是否剔除。為了避免由于瓶子本向傾斜而造成的誤判，該模塊通過一定方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓶口位置自動(dòng)進(jìn)行跟蹤的功能。

    在瓶底檢測(cè)方面，首先對(duì)圖像采集卡得到的灰度圖像進(jìn)行二值化，然后通過統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)各個(gè)獨(dú)立污點(diǎn)計(jì)算其大小，將得到的污點(diǎn)大小值與用戶設(shè)定允許污點(diǎn)大小值進(jìn)行比較，以決定是否剔除。�� 

5  結(jié)束語(yǔ) 

    系統(tǒng)很好地解決了空啤酒瓶在線檢測(cè)問題，且價(jià)格較底，很好地滿足了大多數(shù)中小啤酒生產(chǎn)廠家的需要，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。另外，該系統(tǒng)的開發(fā)成功對(duì)其它飲料瓶在線檢測(cè)系統(tǒng)的研制也有很好的參考價(jià)值。 (peter)