一種基于視覺(jué)的金屬瓶罐檢測(cè)方法

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)水平的快速發(fā)展，金屬瓶罐在食品、化工、日用品等行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于人們對(duì)物品及食品封裝的安全、健康和多樣化的需求不斷提高，金屬瓶罐的生產(chǎn)和檢測(cè)面臨著更高的要求和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法已無(wú)法適應(yīng)。在此背景下研發(fā)一種金屬瓶罐在線缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，改善人工檢測(cè)存在的效率低、精度差、成本高等缺點(diǎn)，提高產(chǎn)品品質(zhì)，為企業(yè)增加效益具有很好的意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)；金屬瓶罐；缺陷檢測(cè)；圖像處理

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492 （ 2022 ） S1-0049-03

A Vision Based Inspection Method for Metal Bottles

Wang Zepeng

（CHINA HANGJIANG， Shantou， Guangdong 515800， China）

Abstract： With the rapid development of Chinas industrial level， metal bottles and cans are more and more widely used in food， chemical， daily necessities and other industries. Due to the increasing demand for the safety， health and diversification of goods and food packaging， the production and detection of metal bottles and cans are facing higher requirements and challenges， and the traditional detection methods have been unable to adapt. In this context， it is of great significance to develop an online defect detection system for metal bottles and cans to improve the shortcomings of low efficiency， poor accuracy and high cost of manual detection， improve product quality and increase benefits for enterprises.

Key words： machine vision； metal bottles and cans； defect detection； image processing

0引言

金屬罐是隨著罐頭工業(yè)的發(fā)展而興起的，至今在產(chǎn)品封裝方面仍發(fā)揮重要作用。圖1為某企業(yè)研發(fā)的金屬罐產(chǎn)品。金屬罐質(zhì)量對(duì)物品質(zhì)量、食品安全起到十分關(guān)鍵作用。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于原材料缺陷、設(shè)備老化、員工操作不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊?，使產(chǎn)品可能出現(xiàn)劃痕、擦傷、裂口、邊料不足、變形、封罐不良等缺陷，這些缺陷往往會(huì)影響了內(nèi)容物的質(zhì)量，出現(xiàn)化學(xué)成分變化超標(biāo)等問(wèn)題。因此，對(duì)金屬瓶罐進(jìn)行高效準(zhǔn)確的質(zhì)量檢測(cè)十分必要。

基于機(jī)器視覺(jué)的智能檢測(cè)是近年發(fā)展的一門新學(xué)科，綜合了光源照明、光學(xué)成像、圖像處理、軟件和人機(jī)接口等技術(shù)，可提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，在國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

1硬件設(shè)計(jì)

合理檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以正確分析客戶需求為前提，根據(jù)罐型、缺陷類型、速度等參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更好地滿足需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。本檢測(cè)系統(tǒng)主要應(yīng)用于金屬罐表面質(zhì)量的檢測(cè)，所以要針對(duì)表面缺陷的外形和物理特征進(jìn)行系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)。

機(jī)器視覺(jué)在線檢測(cè)系統(tǒng)主要由光源、相機(jī)、圖像處理控制器、顯示器、通迅模塊、PLC可編程控制器、剔除裝置等構(gòu)成。

金屬罐缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)是在自動(dòng)生產(chǎn)線最后一道工序（封底蓋）之后，在不影響合格品傳輸?shù)那闆r下對(duì)缺陷產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)分離剔除。視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于檢測(cè)過(guò)程外界光線會(huì)影響拍攝效果，故光源和相機(jī)需封閉在檢測(cè)箱內(nèi)以隔絕外界光的影響。此系統(tǒng)包括3個(gè)工位，每個(gè)工位均安裝一個(gè)密封檢測(cè)箱，分別檢測(cè)罐的旋口、口部和底部。將檢測(cè)箱放置于生產(chǎn)線的傳送裝置之上，當(dāng)瓶罐運(yùn)動(dòng)至指定位置觸發(fā)傳感器使光源閃光同時(shí)相機(jī)高速采集圖片并將其傳送至圖像處理控制器，通過(guò)圖像處理軟件識(shí)別處理后判斷是否合格，在顯示器中顯示處理結(jié)果，并將結(jié)果傳送至PLC。當(dāng)產(chǎn)品不合格時(shí)，由PLC發(fā)出信號(hào)至剔除裝置對(duì)此罐進(jìn)行剔除；如合格，則保留，從而完成對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)。系統(tǒng)檢測(cè)流程如圖3所示。

視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，光源照明的設(shè)計(jì)是重要部分，會(huì)直接影響取像效果和后期處理結(jié)果甚至是整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。光源的參數(shù)主要有光譜、方向、強(qiáng)度、均勻性等，前期需經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)選擇合適的光源。合理的光源方案可以解決視覺(jué)系統(tǒng)中圖像質(zhì)量的很多問(wèn)題，對(duì)一個(gè)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的成功與否至關(guān)重要。常用的光源有環(huán)形光源、條形光源、平行光源等。

2軟件設(shè)計(jì)

數(shù)字圖像信號(hào)處理技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)將圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，以數(shù)字的形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪、增強(qiáng)、復(fù)原、特征提取等處理，得到所需的信號(hào)形式。

金屬罐缺陷檢測(cè)算法的關(guān)鍵包括：

（1）準(zhǔn)確性。檢測(cè)的準(zhǔn)確性直接衡量了檢查系統(tǒng)的使用意義和價(jià)值，準(zhǔn)確性保證要建立在對(duì)罐的表面不同區(qū)域進(jìn)行特征分析，依據(jù)特征表面進(jìn)行算法設(shè)計(jì)。

（2）檢測(cè)速度。檢測(cè)速度是系統(tǒng)需求的主要特征之一，檢測(cè)速度的關(guān)鍵是要在準(zhǔn)確性和時(shí)間上尋求平衡點(diǎn)，合理利用處理算法，減少不必要的時(shí)間消耗。

本文的圖像處理算法使用了某企業(yè)研發(fā)的高性能圖像處理軟件，由多個(gè)圖像處理算子和多種交互式開(kāi)發(fā)工具組成。其中包括了濾波、形狀搜索、定位、校正、分類、辨識(shí)、色彩分析等基本的幾何圖像計(jì)算功能，且這些功能設(shè)計(jì)為模塊化封裝，適用于大多數(shù)圖像處理場(chǎng)合。檢測(cè)方法選擇如圖4所示。

通過(guò)顯示器操作界面對(duì)軟件進(jìn)行操作，人機(jī)交互界面提供了參數(shù)設(shè)置以及信息顯示接口，用于相關(guān)模塊的參數(shù)配置和信息顯示。從上層往下層分別是參數(shù)配置、圖像獲取、圖像處理、信號(hào)輸出。圖像處理模塊是軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接決定檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，此部分將輸入的圖像進(jìn)行分析和處理并將相應(yīng)信息傳遞給信息顯示模塊。信號(hào)輸出作為最后一個(gè)軟件層次，對(duì)處理信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)定合理的輸出。經(jīng)通信模塊傳輸至PLC可編程控制器，PLC通過(guò)傳感器檢測(cè)瓶罐，對(duì)不良品進(jìn)行計(jì)數(shù)及定位，保證剔除裝置的準(zhǔn)確剔除操作。

3應(yīng)用效果

本檢測(cè)系統(tǒng)已應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)人工檢測(cè)方法與機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，得出的結(jié)果為人工檢測(cè)誤差高于機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，且經(jīng)實(shí)際速度測(cè)試，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)速度遠(yuǎn)高于人工檢測(cè)。生產(chǎn)試驗(yàn)證明，運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)能夠高效準(zhǔn)確的完成金屬罐缺陷的檢測(cè)，其檢測(cè)精度高于人工檢測(cè)方法，且成本低，可連續(xù)性，對(duì)瓶罐不會(huì)產(chǎn)生二次接觸污染和損害，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求。圖5為缺陷示意圖。

4結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器視覺(jué)作為一股新生的力量正以其獨(dú)特的視角和處理手段在各個(gè)領(lǐng)域高速發(fā)展，逐步取代許多行業(yè)中利用人工進(jìn)行測(cè)量或檢測(cè)的方法。本文從產(chǎn)品背景、用戶需求等方面入手，遵循機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)金屬瓶罐缺陷檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了總體的部署和具體的設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的意義和價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：王澤鵬（1986-），男，廣東汕頭人，大學(xué)本科，助理工程師，研究領(lǐng)域?yàn)榻饘侔b制罐設(shè)備。

（編輯：王智圣）