專(zhuān)利名稱(chēng)：一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種圓柱體透明瓶壁的檢測(cè)裝置，適用于高速自動(dòng)化包裝生產(chǎn)線(xiàn)上的多種透明或半透明空瓶進(jìn)行瓶壁質(zhì)量、外觀和清潔 度的在線(xiàn)檢測(cè)。
背景技術(shù)：
目前啤酒、飲料生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越重視產(chǎn)品的質(zhì)量，然而目前啤酒、飲料生產(chǎn)線(xiàn)的瓶 子的清潔度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到人們所期望的目標(biāo)，特別是目前啤酒行業(yè)對(duì)于啤酒瓶進(jìn)行重復(fù)洗 滌再利用的回收瓶，更是千姿百態(tài)，五花八門(mén)，所以在洗瓶機(jī)洗滌以后，灌裝前需要進(jìn)行檢 測(cè)分揀出不合格的瓶子。瓶身瓶壁是否破損，是否有異物，磨損是否超標(biāo)，是否潔凈是一個(gè) 重要的指標(biāo)。傳統(tǒng)的生產(chǎn)線(xiàn)空瓶檢驗(yàn)方式是人工完成，瓶子通過(guò)安裝在輸送鏈道旁邊的燈光檢 驗(yàn)箱時(shí)，人力進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)不合格瓶子進(jìn)行手工拿出。這種人工檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)模糊，在相當(dāng)程 度上受人為因素的影響，不能保持恒定的標(biāo)準(zhǔn)，并且檢測(cè)精度低，速度慢。隨著現(xiàn)代高速灌 裝線(xiàn)的發(fā)展，人眼在檢測(cè)環(huán)節(jié)中的劣勢(shì)更加突出，比如由于長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)工作，眼睛容易 疲勞及長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)產(chǎn)生誤差，就算這些差距都規(guī)避掉，一個(gè)極富有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)員工也不 可能超越一臺(tái)性能普通的視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備。一個(gè)圓柱型瓶子(例如啤酒瓶，高度是290mm， 直徑是75mm)如果直接采用拍照，要想把高度和寬度上的信息全部采集清楚，需要在瓶子 的有一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隔，并且相機(jī)安裝的空間要求比較大，這樣很難實(shí)現(xiàn)高速的在線(xiàn)檢測(cè)的 需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、檢測(cè)準(zhǔn)確、檢測(cè)效率高的一種檢測(cè)圓柱體透 明瓶壁的方法和裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的方法，包括圖像采集和圖像處 理，圖像采集為光源在瓶一側(cè)進(jìn)行背光照明，瓶另一側(cè)構(gòu)架一套光學(xué)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)反射鏡 多級(jí)反射后實(shí)現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，相機(jī)通過(guò)反射鏡取像，入口瓶壁的圖像采集和出 口瓶壁的圖像采集各具有一組光學(xué)采集系統(tǒng)，瓶在入口和出口的光學(xué)采集系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)動(dòng)90 度；圖像處理包括以下方法①根據(jù)瓶頸位置邊緣點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)的特點(diǎn)，線(xiàn)掃描得到直線(xiàn)方 向上灰度梯度最大的一組點(diǎn)，利用對(duì)稱(chēng)分析結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)方法，確定瓶壁四部分的中心軸 線(xiàn)位置，完成瓶壁檢測(cè)區(qū)域的跟蹤；②進(jìn)行瓶壁圖像灰度拉伸，將灰度動(dòng)態(tài)范圍在某一區(qū)域 內(nèi)的圖像映射到最大的動(dòng)態(tài)范圍，增加圖像的對(duì)比度和亮度；③將瓶壁圖像進(jìn)行多分區(qū)處 理。每套光學(xué)采集系統(tǒng)具有三級(jí)反射鏡，恰當(dāng)安排第一級(jí)反射鏡組中各個(gè)鏡子角度， 采集到多組不同角度的瓶的圖像，然后經(jīng)過(guò)第二級(jí)反射鏡組反射第一級(jí)鏡子的虛像，第三 級(jí)反射鏡再把第二級(jí)的像反射進(jìn)入同一個(gè)相機(jī)。
—種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的裝置，包括機(jī)架、輸瓶軌道、瓶剔除裝置、動(dòng)力裝置、圖 像采集裝置、圖像處理裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工控機(jī)，圖像采集裝置包括入口瓶壁檢測(cè)裝置 和出口瓶壁檢測(cè)裝置，入口瓶壁檢測(cè)裝置和出口瓶壁檢測(cè)裝置之間設(shè)置速差傳送機(jī)構(gòu)，入 口瓶壁檢測(cè)裝置和出口瓶壁檢測(cè)裝置分別包括相機(jī)、反射鏡和頻閃光源，頻閃光源在瓶一 側(cè)進(jìn)行背光照明，瓶另一側(cè)設(shè)置相機(jī)和多角度反射鏡，相機(jī)與圖像處理裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 和工控機(jī)及瓶剔除裝置連接，瓶在速差傳送機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的方法光源在瓶一側(cè)進(jìn)行背光照明，瓶子另一側(cè)構(gòu) 架一套光學(xué)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)反射鏡多級(jí)反射后實(shí)現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，通過(guò)恰當(dāng)安排 第一級(jí)反射鏡組中各個(gè)鏡子角度，采集到多組不同角度的瓶的圖像，然后經(jīng)過(guò)第二級(jí)反射 鏡組，反射第一組鏡子的虛像，第三級(jí)反射鏡再把第二級(jí)反射的像反射進(jìn)入同一個(gè)相機(jī)，由 此實(shí)現(xiàn)了由一個(gè)相機(jī)采集瓶壁圓周240度的清晰且近無(wú)失真圖像，通過(guò)第三級(jí)反射鏡的設(shè) 計(jì)減少了采集系統(tǒng)占用的空間，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成性。由于一組 光學(xué)采集系統(tǒng)能夠完成瓶壁圓周240度左右的檢測(cè)，在平行于背光源方向上的瓶壁兩側(cè)仍 然各存在60度左右的盲區(qū)。本發(fā)明的裝置設(shè)計(jì)了兩組瓶壁檢測(cè)裝置，分別為入口瓶壁檢測(cè) 裝置和出口瓶壁檢測(cè)裝置，在兩組裝置之間采用了速差傳送機(jī)構(gòu)，瓶經(jīng)過(guò)速差傳送機(jī)構(gòu)過(guò) 程中旋轉(zhuǎn)了 90度，這樣入口瓶壁檢測(cè)的盲區(qū)就完全處于出口瓶壁檢測(cè)的可檢測(cè)區(qū)域中了， 從而完成了瓶壁的全方位360度精確檢測(cè)，并且還有1/3的重復(fù)檢測(cè)，提高檢測(cè)精度。本發(fā) 明針對(duì)回收的啤酒瓶和飲料瓶進(jìn)行側(cè)壁檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高速的在線(xiàn)檢測(cè)的需求，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的人工檢測(cè)方式，使檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)更加穩(wěn)定可靠，杜絕了不清潔瓶子的使用，提高了食品的安全 質(zhì)量，檢測(cè)準(zhǔn)確，檢測(cè)效率高，成本低，節(jié)省人力、物力，工作環(huán)境好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)施。


圖1為本發(fā)明的圖像采集裝置的示意圖；圖2本發(fā)明的瓶壁多級(jí)反射一次成像示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的裝置包括機(jī)架、輸瓶軌道、瓶剔除裝置、動(dòng)力裝置、圖像采集裝置、圖像處 理裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工控機(jī)。從圖1所示本發(fā)明的圖像采集裝置的示意圖可以看出，圖 像采集裝置包括入口瓶壁檢測(cè)裝置1和出口瓶壁檢測(cè)裝置4，入口瓶壁檢測(cè)裝置1和出口瓶 壁檢測(cè)裝置4之間設(shè)置速差傳送機(jī)構(gòu)3，入口瓶壁檢測(cè)裝置1和出口瓶壁檢測(cè)裝置4分別包 括相機(jī)、反射鏡和頻閃光源，相機(jī)與圖像處理裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工控機(jī)及瓶剔除裝置連 接。在瓶壁檢測(cè)中采用頻閃LED光源，瓶2的一側(cè)是光源5，采用背光進(jìn)行打光方式，把瓶 子全部照亮，把在不同角度瓶子瓶壁的圖像通過(guò)反射鏡匯集到一個(gè)鏡子，然后相機(jī)通過(guò)反 射鏡取像。瓶2另一側(cè)設(shè)置CXD相機(jī)和多角度反射鏡，構(gòu)架一套復(fù)雜的光學(xué)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò) 多角度反射鏡多級(jí)反射后實(shí)現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像。通過(guò)恰當(dāng)安排第一級(jí)反射鏡7組中 各個(gè)鏡子(鏡子可以是2片或4片或6片)角度，采集到多組不同角度的瓶的圖像，然后經(jīng) 過(guò)第二級(jí)反射鏡6、第三級(jí)反射鏡8兩級(jí)反射進(jìn)入同一個(gè)相機(jī)，系統(tǒng)由此實(shí)現(xiàn)了由一個(gè)相機(jī) 采集瓶壁圓周240度的清晰且近無(wú)失真圖像，三級(jí)反射鏡的設(shè)計(jì)減少了采集系統(tǒng)占用的空 間，使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，增強(qiáng)了系統(tǒng)的集成性。
圖2為本發(fā)明的瓶壁多級(jí)反射一次成像示意圖，一組多級(jí)反射一次成像檢測(cè)裝置 能夠完成瓶壁圓周240度左右的檢測(cè)，在平行于背光源方向上的瓶壁兩側(cè)仍然各存在60度 左右的盲區(qū)，設(shè)計(jì)了兩組多級(jí)反射一次瓶壁檢測(cè)裝置，分別為入口瓶壁檢測(cè)裝置1和出口 瓶壁檢測(cè)裝置4，在兩組裝置之間采用了速差傳送機(jī)構(gòu)3。瓶2經(jīng)過(guò)速差傳送機(jī)構(gòu)3過(guò)程中 旋轉(zhuǎn)了 90度，這樣入口瓶壁檢測(cè)的盲區(qū)就完全處于出口瓶壁檢測(cè)的可檢測(cè)區(qū)域中了，從而 完成了瓶壁的全方位360度精確檢測(cè)。光源的照明方式有常亮和頻閃兩種，采用頻閃LED光源照明是指當(dāng)被測(cè)對(duì)象進(jìn)入 視野時(shí)開(kāi)啟光源，離開(kāi)視野時(shí)關(guān)閉，供電電源設(shè)計(jì)由脈沖代替了持續(xù)供電。為解決提高快門(mén) 速度使得圖像亮度變小的問(wèn)題，本發(fā)明采用頻閃LED光源照明方式，當(dāng)空瓶各部分進(jìn)入相 應(yīng)相機(jī)視野時(shí)，光電觸發(fā)裝置同時(shí)觸發(fā)頻閃LED光源點(diǎn)亮和相機(jī)獲取圖像。由于光源開(kāi)啟 時(shí)間短，大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)可以采用超電流的方法，控制通過(guò)的電流為標(biāo)定電 流的一倍，提高了光源亮度。系統(tǒng)的頻閃照明方式解決了光源功耗和發(fā)熱的問(wèn)題，光源開(kāi)啟 時(shí)間短使得發(fā)出熱量少而有時(shí)間散去，由于光源壽命和工作時(shí)間、工作溫度成反比，延長(zhǎng)了 光源的使用壽命。此時(shí)再提高快門(mén)速度并且保證頻閃光源開(kāi)啟時(shí)間大大超過(guò)快門(mén)時(shí)間，使 得瓶的圖像在相機(jī)拍攝瞬間被“凍結(jié)”，可以在保證圖像亮度滿(mǎn)足要求的情況下，有效解決 高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下空瓶圖像拖尾模糊問(wèn)題，頻閃光源照明并協(xié)調(diào)快門(mén)速度的方法能得到清晰 的圖像拍攝效果。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)為48000瓶/小時(shí)，檢測(cè)對(duì)象在高速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成圖 像的拍取采集，在靜止?fàn)顟B(tài)下調(diào)整好快門(mén)速度等參數(shù)，用來(lái)拍攝高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下空瓶容易 出現(xiàn)圖像拖尾模糊現(xiàn)象。減小模糊拖尾的程度需要減少曝光時(shí)間，提高快門(mén)速度。本發(fā)明 采用了亮度均勻的高頻閃LED背光源和具有高速電子快門(mén)和異步外觸發(fā)功能的新型CCD相 機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)高速圖象的采集，成功解決了采集高速運(yùn)動(dòng)物體的圖象存在的拖影問(wèn)題。本發(fā)明的方法包括圖像采集和圖像處理，圖像處理由圖像處理裝置實(shí)現(xiàn)，包括以 下方法1、根據(jù)瓶頸位置邊緣點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)的特點(diǎn)，線(xiàn)掃描得到直線(xiàn)方向上灰度梯度最大的 一組點(diǎn)，提出了利用對(duì)稱(chēng)分析結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)的方法，準(zhǔn)確快速的確定瓶壁四部分的中心軸 線(xiàn)位置，從而完成瓶壁檢測(cè)區(qū)域的跟蹤。具體步驟如下(1)瓶頸邊緣在圖像中正常情況下 成對(duì)出現(xiàn)，在確定瓶頸部分的中軸線(xiàn)時(shí)，進(jìn)行橫向的線(xiàn)掃描，掃描瓶頸兩側(cè)沿直線(xiàn)方向上灰 度梯度最大的點(diǎn)，從而可以在圖像同一行左右兩側(cè)各找到一個(gè)邊緣點(diǎn)，鑒于圖像背景和目 標(biāo)區(qū)域?qū)Ρ榷却?，掃描到的邊緣點(diǎn)準(zhǔn)確度較高；(2)得到邊緣點(diǎn)后，可求出中軸線(xiàn)的坐標(biāo)， 這個(gè)坐標(biāo)就是標(biāo)記區(qū)域中心的坐標(biāo)的一個(gè)參考值；(3)統(tǒng)計(jì)中心點(diǎn)坐標(biāo)參考值在出現(xiàn)的次 數(shù)，得到瓶頸中心值的分布情況，然后利用分布情況給定范圍大小，計(jì)算出某一范圍內(nèi)中心 點(diǎn)參考值出現(xiàn)的次數(shù)；(4)在該區(qū)域內(nèi)通過(guò)求平均值的方法得到中心點(diǎn)的最終計(jì)算值。2、瓶壁圖像灰度拉伸，同種型號(hào)的回收瓶，由于生產(chǎn)批次和制作工藝的不同，存在厚度和顏色深淺的差別。故對(duì)瓶壁來(lái)說(shuō)，有些瓶由于顏色較深圖像較暗，有些瓶則由于顏色 較淺而曝光過(guò)度，圖像的動(dòng)態(tài)范圍太窄，以至對(duì)比度太低。一般來(lái)說(shuō)，直方圖均衡雖然可以 改善圖像的視覺(jué)效果，但是當(dāng)圖像的灰度范圍只集中在某一區(qū)域時(shí)，則無(wú)法有效增強(qiáng)圖像。 當(dāng)希望能夠突顯出某一特定灰度范圍的分布時(shí)，灰度拉伸法則為一個(gè)有效的方法。將灰度 動(dòng)態(tài)范圍在某一區(qū)域內(nèi)的圖像映射到最大的動(dòng)態(tài)范圍，來(lái)增加圖像的對(duì)比度和亮度，改變 圖像局部的灰度值，控制直方圖的分布，改善圖像的輸出效果。
3、瓶壁多分區(qū)檢測(cè)，瓶壁檢測(cè)主要是檢測(cè)留在瓶壁上未洗去的污漬和裂紋，缺陷 在圖像中表現(xiàn)為灰度低的暗區(qū)。由于空瓶本身光學(xué)性能的差異，采集圖像即便沒(méi)有缺陷存 在，圖像灰度也不是平滑一致的。在瓶壁這種圖像處理區(qū)域較大的情況下，灰度不平滑帶來(lái) 的灰度梯度會(huì)給缺陷區(qū)域的確定帶來(lái)噪聲的影響，影響最后的判別結(jié)果。為了減少灰度不 平滑造成的圖像灰度梯度對(duì)缺陷判別帶來(lái)的影響，將瓶壁圖像進(jìn)行多分區(qū)處理，分區(qū)減小 后單分區(qū)內(nèi)灰度梯度影響減小，有助于提高缺陷檢測(cè)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明采用了針對(duì)國(guó)內(nèi)玻璃瓶特色的獨(dú)特的圖象處理算法的組合，擁有適應(yīng)性強(qiáng)、處理速度快的特點(diǎn)，非常適合高速生產(chǎn)流水線(xiàn)上的玻璃瓶的在線(xiàn)檢測(cè)。
權(quán)利要求
一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的方法，包括圖像采集和圖像處理，其特征是圖像采集光源在瓶一側(cè)進(jìn)行背光照明，瓶另一側(cè)構(gòu)架一套光學(xué)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)反射鏡多級(jí)反射后實(shí)現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，相機(jī)通過(guò)反射鏡取像，入口瓶壁的圖像采集和出口瓶壁的圖像采集各具有一組光學(xué)采集系統(tǒng)，瓶在入口和出口的光學(xué)采集系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)動(dòng)90度；圖像處理包括以下方法①根據(jù)瓶頸位置邊緣點(diǎn)成對(duì)出現(xiàn)的特點(diǎn)，線(xiàn)掃描得到直線(xiàn)方向上灰度梯度最大的一組點(diǎn)，利用對(duì)稱(chēng)分析結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)方法，確定瓶壁所成圖像的中心軸線(xiàn)位置，完成瓶壁檢測(cè)區(qū)域的跟蹤；②進(jìn)行瓶壁圖像灰度拉伸，將灰度動(dòng)態(tài)范圍在某一區(qū)域內(nèi)的圖像映射到最大的動(dòng)態(tài)范圍，增加圖像的對(duì)比度和亮度；③將瓶壁圖像依照瓶子的特征進(jìn)行多分區(qū)處理。
2.一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的裝置，包括機(jī)架、輸瓶鏈道、瓶剔除裝置、動(dòng)力裝置、圖像 采集裝置、圖像處理裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工控機(jī)，其特征是所述圖像采集裝置包括入口 瓶壁檢測(cè)裝置(1)和出口瓶壁檢測(cè)裝置(4)，入口瓶壁檢測(cè)裝置(1)和出口瓶壁檢測(cè)裝置 (4)之間設(shè)置速差傳送機(jī)構(gòu)(3)，入口瓶壁檢測(cè)裝置⑴和出口瓶壁檢測(cè)裝置⑷分別包括 相機(jī)、反射鏡和頻閃光源，頻閃光源(5)在瓶(2) —側(cè)進(jìn)行背光照明，瓶(2)另一側(cè)設(shè)置相 機(jī)和多角度反射鏡，相機(jī)與圖像處理裝置、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和工控機(jī)及瓶剔除裝置連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的方法，其特征是每套光學(xué)采集 系統(tǒng)具有三級(jí)反射鏡，恰當(dāng)安排第一級(jí)反射鏡(7)組中各個(gè)鏡子角度，采集到多組不同角 度的瓶的圖像，然后經(jīng)過(guò)第二級(jí)反射鏡(6)組反射第一級(jí)鏡子的虛像，第三級(jí)反射鏡(8)再 把第二級(jí)反射的像反射進(jìn)入同一個(gè)相機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的裝置，其特征是瓶在速差傳送 機(jī)構(gòu)⑶旋轉(zhuǎn)90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的裝置，其特征是所述相機(jī)具有 高速電子快門(mén)和異步外觸發(fā)功能。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種檢測(cè)圓柱體透明瓶壁的方法和裝置，包括圖像采集和圖像處理，光源在瓶一側(cè)進(jìn)行背光照明，瓶另一側(cè)構(gòu)架一套光學(xué)采集系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)反射鏡多級(jí)反射后實(shí)現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，相機(jī)通過(guò)反射鏡取像，入口瓶壁的圖像采集和出口瓶壁的圖像采集各具有一組光學(xué)采集系統(tǒng)，瓶在入口和出口的光學(xué)采集系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)動(dòng)90度。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了高速在線(xiàn)檢測(cè)的需求，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測(cè)方式，使檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)更加穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，檢測(cè)效率高。
文檔編號(hào)G01N21/896GK101825582SQ20101017594
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者國(guó)磊, 姜輝, 安新軍, 張憲棟, 張樹(shù)君, 韓磊 申請(qǐng)人:山東明佳包裝檢測(cè)科技有限公司