一種基于ccd的精油灌裝計量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種灌裝計量方法，特別涉及一種基于CCD的精油灌裝計量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 灌裝是化工、食品、制藥等生產(chǎn)過程中最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。其中，精油、口服液、針 劑等通過復(fù)雜工藝的提取生產(chǎn)出來的經(jīng)濟價值較高的產(chǎn)品，對生產(chǎn)環(huán)境、灌裝精度、灌裝瓶 完好程度、封裝質(zhì)量等方面都有著更為嚴格、苛刻的要求。這就使得小容量、低污染、高精度 的精油灌裝機械從廣義的包裝機械中發(fā)展成為一個相對獨立的分支。
[0003] 精油灌裝機的定量調(diào)整是灌裝機使用過程中必不可少的一個重要工作內(nèi)容，在 傳統(tǒng)的定量式精油灌裝機中定量調(diào)整都是通過機械的方式進行并且需要配備專業(yè)的維修 人員，例如定量杯式精油灌裝機是通過調(diào)整定量杯內(nèi)活塞的位置來實現(xiàn)定量的調(diào)整，這種 方式需要調(diào)試人員具有較豐富的調(diào)試經(jīng)驗，并且在調(diào)試過程中要反復(fù)測試，整個調(diào)試過程 時間較長，在灌裝過程中出現(xiàn)定量波動時，必須停機才能進行調(diào)試。隨著自動控制技術(shù)的 日益發(fā)展和成熟，也為簡化精油灌裝機的定量控制和調(diào)整提供了有效的手段。之后出現(xiàn)了 稱重式精油灌裝機，稱重式灌裝機是指在每個灌裝工位上安裝一個高精度動態(tài)電子秤，通 過計量電子秤上重量來實現(xiàn)定量灌裝。其優(yōu)點是適用于不同粘度的液體灌裝，也適用于有 氣泡的液體灌裝，但是其設(shè)備技術(shù)要求高，元件價格昂貴，且實時效應(yīng)及灌裝精度較差，現(xiàn) 場環(huán)境要求較高，抗干擾能力較差。近年來，出現(xiàn)了激光反射測量法，其原理為將一束激光 從灌裝瓶中被測精油液位的斜上方射入，激光器所反射的光束被線陣CCD接收并采集。伴 隨著灌裝瓶內(nèi)液位的變化，激光束與液面的接觸點也隨之發(fā)生變化，這使得線陣CCD接收 到的光束所在的像素位置同樣發(fā)生相應(yīng)的變化，將圖像上相應(yīng)的像素位置變化點與實際的 液位位置對應(yīng)起來，就能求出實際變化了的液位信息。該方法結(jié)構(gòu)簡單、靈活性強，比較適 用于粘稠液體的灌裝計量，缺點是裝置的體積較大、可測量程較小、精油液面有較大的波動 時，測量精度將很難保證。因此，研宄出一種高精度、實時、定量的精油灌裝液位檢測的方法 對于精油灌裝行業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有精油灌裝液位檢測方法存在精度低、量程小、定量 不準(zhǔn)確的問題，而提供一種基于CCD的精油灌裝計量方法。
[0005] 本發(fā)明包括以下步驟：
[0006] 第一步、彳目息米集：
[0007] 將散光板、熒光燈、透明灌裝瓶、成像凸透鏡和線陣CCD依次順序排列放置，利用 散光板對光線的散射作用，使熒光燈發(fā)射出的平行光線成為散射光，散射光經(jīng)過透明灌裝 瓶內(nèi)的精油折射后，再經(jīng)過成像凸透鏡成放大實像折射，最后投射到線陣CCD上，精油液位 信號被成像到線陣CCD上；
[0008] 設(shè)置坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)表示線陣(XD從起始端到底端依次排列的像素點，縱坐標(biāo)表 示每個像素點采集到的光強，通過分析線陣CCD采集到的精油液位圖像信息可知，縱坐標(biāo) 值越大表示采集到的光強越小；
[0009] 已知灌裝瓶內(nèi)液面的上方和下方兩部分各自的光強趨勢一致，其中液面下方由于 液柱對光線的會聚作用，光線較亮，反映到圖像上就是一條產(chǎn)生了略不平滑的階躍突變的 曲線，突變處即為液面的位置。
[0010] 第二步、圖像數(shù)據(jù)分析：
[0011] 由于灌裝精油液位會有一些氣泡產(chǎn)生，所以在氣泡和液體的交接范圍，光強的變 化是漸進的，所以圖像上會出現(xiàn)光強的變化帶，截取這個光強的變化帶，找到一個臨界值， 是低于臨界值為液體，高于則為氣體，臨界值處即為精油灌裝的液位值。
[0012] 第三步、圖像的邊緣檢測：
[0013] 本發(fā)明利用LOG (Laplacian of Gaussian)算子，即拉普拉斯-高斯算子，是一種 將高斯濾波和拉普拉斯檢測算子結(jié)合在一起進行邊緣檢測的方法，對于所得到的二維圖像 信號f(x，y)，首先利用高斯函數(shù)進行平滑濾波，其函數(shù)為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于CCD的精油灌裝計量方法，其特征在于：包括W下步驟： 第一步、信息采集： 將散光板（1)、巧光燈（2)、透明灌裝瓶（3)、成像凸透鏡（4)和線陣CCD(5)依次順序排 列放置，利用散光板（1)對光線的散射作用，使巧光燈（2)發(fā)射出的平行光線成為散射光， 散射光經(jīng)過透明灌裝瓶（3)內(nèi)的精油折射后，再經(jīng)過成像凸透鏡（4)成放大實像折射，最后 投射到線陣CCD(5)上，精油液位信號被成像到線陣CCD(5)上； 設(shè)置坐標(biāo)系，橫坐標(biāo)表示線陣CCD(5)從起始端到底端依次排列的像素點，縱坐標(biāo)表示 每個像素點采集到的光強，通過分析線陣CCD(5)采集到的精油液位圖像信息可知，縱坐標(biāo) 值越大表示采集到的光強越?。? 已知灌裝瓶內(nèi)液面的上方和下方兩部分各自的光強趨勢一致，其中液面下方由于液柱 對光線的會聚作用，光線較亮，反映到圖像上就是一條產(chǎn)生了略不平滑的階躍突變的曲線， 突變處即為液面的位置； 第二步、圖像數(shù)據(jù)分析： 由于灌裝精油液位會有一些氣泡產(chǎn)生，在氣泡和液體的交接范圍，光強的變化是漸進 的，圖像上會出現(xiàn)光強的變化帶，截取該個光強的變化帶，找到一個臨界值，是低于臨界值 為液體，高于臨界值為氣體，臨界值處即為精油灌裝的液位值； 第=步、圖像的邊緣檢測： 利用LOG算子，將高斯濾波和拉普拉斯檢測算子結(jié)合在一起進行邊緣檢測，對于所得 到的二維圖像信號f(X，y)，首先利用高斯函數(shù)進行平滑濾波，其函數(shù)為：
其中： X為線陣CCD的像素點；y為每個像素點采集到的光強； 5為方差值； 高斯函數(shù)G(x，y)是一個圓對稱函數(shù)，它對圖像的平滑程度可通過參數(shù)5來進行調(diào)節(jié)； 上述二維圖像信號為f(x，y)，設(shè)濾波后的圖像函數(shù)為g(x，y)，通過卷積運算對圖像進行線 性平滑濾波，公式為： g(x，y) =f(x，y)*G(x，y)， 對于濾波后的圖像g(x，y)，通過求其二階導(dǎo)數(shù)的零交叉點來找出其邊緣點，即通過拉 普拉斯算子對圖像g(x，y)進行邊緣檢測： h(X，y) = ▽ 2[f(X,y)*G(X，y)]， 對g(x，y)進行的拉普拉斯運算可W等效為對G(x，y)的拉普拉斯運算然后與f(x，y) 的卷積，公式為： h(x,y) =f(x,y)*V'G(x,y), 式中▽2G(x，y)為LOG算子，進一步可得：
其中： X為線陣CCD的像素點；y為每個像素點采集到的光強； 5為方差值； 第四步、精油液位的標(biāo)定： 實際的液位值與線陣CCD的各像素點具有線性對應(yīng)關(guān)系，而測量裝置給出的精油液位 特征值正是通過線陣CCD上的特征像素點來表示的，因此，在標(biāo)定過程中，將實際液位值與 線陣CCD上相應(yīng)的特征像素點相對應(yīng)起來，則實際的精油液位值與裝置測得的特征液位值 可對應(yīng)上； 實際液位值可通過游標(biāo)卡尺實時量得到，特征像素點通過液位提取算法給出，通過多 組標(biāo)定數(shù)據(jù)進行線性擬合即可得到標(biāo)定曲線，暫假設(shè)為： y=P1X+P2， 其中： X為特征像素點；y為實際液位值； Pi為實際液位與特征像素點之間函數(shù)斜率； P2為關(guān)系式常數(shù)； 第五步、與CPU通信： 將測得的精油實時液位值傳送到CPU,CPU通過預(yù)設(shè)定的控制方法來調(diào)節(jié)電機W及精 油灌裝計量調(diào)節(jié)單元。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CCD的精油灌裝計量方法，利用高分辨率的線陣CCD將包含有灌裝瓶中精油液位信息的光強信號快速的采集出來，采集到的精油液位圖像經(jīng)過處理，提取出特征帶，對特征帶進行邊緣檢測處理，即通過高斯濾波及拉普拉斯檢測算子提取出精油液位變化的臨界面，再通過實驗測得實際精油液位與線陣CCD特征像素點的對應(yīng)關(guān)系，得出多組數(shù)據(jù)，對其進行線性擬合得出線性表達式，即可得出灌裝瓶內(nèi)精油的液位實際信息，再經(jīng)CPU控制其達到我們所期望的定量灌裝的目的；本發(fā)明具有反應(yīng)速度快，檢測精度高，抗干擾能力強，并適合多種精油的灌裝，具有普遍性，具有很高的可靠性和穩(wěn)定性。
【IPC分類】G01F23-292
【公開號】CN104848918
【申請?zhí)枴緾N201510306618
【發(fā)明人】尤文, 張旭龍, 魏紅波, 李亞洲, 徐生欣
【申請人】長春工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年6月6日