基于機(jī)器視覺的在線空瓶檢測(cè)系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、隨著國(guó)家對(duì)食品安全的日益重視，啤酒生產(chǎn)企業(yè)對(duì)啤酒質(zhì)量也愈發(fā)重視，很多啤酒生產(chǎn)企業(yè)在灌裝生產(chǎn)線上使用了各種在線檢測(cè)設(shè)備以確保啤酒的質(zhì)量。在線空瓶驗(yàn)瓶系統(tǒng)是在灌裝前對(duì)空瓶缺陷和異物進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備。傳統(tǒng)的灌裝前啤酒瓶檢驗(yàn)方式是人工燈光檢驗(yàn)，這種方式效率低、精度差、檢驗(yàn)人員易疲勞難以保證檢測(cè)質(zhì)量。機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段，而國(guó)產(chǎn)機(jī)器視覺檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)還在起步階段，因此目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的在線空瓶檢測(cè)系統(tǒng)主要還是依賴進(jìn)口。然而進(jìn)

2、口設(shè)備價(jià)格昂貴，后期維護(hù)費(fèi)用高，同時(shí)因?yàn)椴荒芎芎玫倪m應(yīng)我國(guó)啤酒瓶回收瓶占多數(shù)的現(xiàn)狀，檢測(cè)效果不是很理想。本課題的目的就是研發(fā)一套既適合我國(guó)國(guó)情，又擁有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、低成本的在線空瓶檢測(cè)系統(tǒng)。
　　 在線空瓶檢測(cè)系統(tǒng)是集機(jī)器視覺、精密機(jī)械、實(shí)時(shí)控制于一體的高速在線檢測(cè)設(shè)備，要求各部分精密配合，互相協(xié)調(diào)才能達(dá)到預(yù)期檢測(cè)效果。其主要技術(shù)包括光學(xué)、機(jī)器視覺、圖像處理、計(jì)算機(jī)控制、變頻調(diào)速等。為了完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，本課題主要包

3、括如下工作：
　　 根據(jù)在線空瓶檢測(cè)系統(tǒng)的功能要求，設(shè)計(jì)機(jī)器視覺硬件系統(tǒng)架構(gòu)。首先設(shè)計(jì)了雙CPU卡的高配置雙系統(tǒng)工控PC作為核心處理和控制單元，然后分別對(duì)瓶口檢測(cè)、瓶底檢測(cè)、瓶壁檢測(cè)所要用到的光源、鏡頭、相機(jī)以及采集卡進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析和合理的選型，最后根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制部分的功能要求，本課題設(shè)計(jì)了基于數(shù)據(jù)采集卡和運(yùn)動(dòng)控制卡板卡的運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)。
　　 在硬件系統(tǒng)搭建成功的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)。在visu

4、al C++軟件開發(fā)環(huán)境中，利用C++語(yǔ)言的封裝性和繼承性的特點(diǎn)開發(fā)了整個(gè)軟件系統(tǒng)，包括基于多線程技術(shù)的圖像采集和圖像處理軟件以及基于板卡開發(fā)技術(shù)的運(yùn)動(dòng)控制軟件，并對(duì)兩部分軟件的通信方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　 對(duì)空瓶圖像處理算法進(jìn)行了研究以及代碼實(shí)現(xiàn)。首先本課題研究了能夠應(yīng)用于在線空瓶檢測(cè)系統(tǒng)空瓶圖像處理的關(guān)鍵圖像處理技術(shù)，然后根據(jù)空瓶圖像各個(gè)部分的成像特點(diǎn)劃分了檢測(cè)區(qū)域以及實(shí)現(xiàn)了各個(gè)檢測(cè)單元的缺陷檢測(cè)步驟。在這過(guò)程中，提出了

5、一些創(chuàng)新性的空瓶圖像處理算法，包括旋轉(zhuǎn)扇形掃描法判斷整圓、改進(jìn)的密集度分析法判斷缺陷、以及瓶壁圖像快速定位法等。
　　 對(duì)軟件優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。合理地利用全局變量、多線程技術(shù)以及Windows消息機(jī)制可以有效地優(yōu)化軟件系統(tǒng)。提出樣機(jī)的測(cè)試方法，并根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)地記錄了測(cè)試數(shù)據(jù)，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。
　　 通過(guò)機(jī)器視覺軟硬件系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)以及在試驗(yàn)平臺(tái)上對(duì)樣機(jī)進(jìn)行的大量測(cè)試，證明了本文提出的集光機(jī)電于一體的在線空瓶