專利名稱：一種檢測圓柱體透明瓶壁的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于生產(chǎn)線自動檢測技術領域，尤其是涉及一種圓柱體透明瓶壁的檢測裝置，適用于高速自動化包裝生產(chǎn)線上的多種透明或半透明空瓶進行瓶壁質量、外觀和清潔 度的在線檢測。
背景技術：
目前啤酒、飲料生產(chǎn)企業(yè)越來越重視產(chǎn)品的質量，然而目前啤酒、飲料生產(chǎn)線的瓶 子的清潔度還遠遠達不到人們所期望的目標，特別是目前啤酒行業(yè)對于啤酒瓶進行重復洗 滌再利用的回收瓶，更是千姿百態(tài)，五花八門，所以在洗瓶機洗滌以后，灌裝前需要進行檢 測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，是否潔凈是一個 重要的指標。傳統(tǒng)的生產(chǎn)線空瓶檢驗方式是人工完成，瓶子通過安裝在輸送鏈道旁邊的燈光檢 驗箱時，人力進行觀察，發(fā)現(xiàn)不合格瓶子進行手工拿出。這種人工檢測標準模糊，在相當程 度上受人為因素的影響，不能保持恒定的標準，并且檢測精度低，速度慢。隨著現(xiàn)代高速灌 裝線的發(fā)展，人眼在檢測環(huán)節(jié)中的劣勢更加突出，比如由于長時間的重復工作，眼睛容易 疲勞及長時間工作會產(chǎn)生誤差，就算這些差距都規(guī)避掉，一個極富有經(jīng)驗的檢測員工也不 可能超越一臺性能普通的視覺檢測設備。一個圓柱型瓶子(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 的有一個適當?shù)拈g隔，并且相機安裝的空間要求比較大，這樣很難實現(xiàn)高速的在線檢測的 需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種結構緊湊、檢測準確、檢測效率高的一種檢測圓柱體透 明瓶壁的方法和裝置。本發(fā)明的技術方案是一種檢測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進行背光照明，瓶另一側構架一套光學采集系統(tǒng)，經(jīng)過反射鏡 多級反射后實現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，相機通過反射鏡取像，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采集系統(tǒng)，瓶在入口和出口的光學采集系統(tǒng)之間轉動90 度；圖像處理包括以下方法①根據(jù)瓶頸位置邊緣點成對出現(xiàn)的特點，線掃描得到直線方 向上灰度梯度最大的一組點，利用對稱分析結合概率統(tǒng)計方法，確定瓶壁四部分的中心軸 線位置，完成瓶壁檢測區(qū)域的跟蹤；②進行瓶壁圖像灰度拉伸，將灰度動態(tài)范圍在某一區(qū)域 內的圖像映射到最大的動態(tài)范圍，增加圖像的對比度和亮度；③將瓶壁圖像進行多分區(qū)處 理。每套光學采集系統(tǒng)具有三級反射鏡，恰當安排第一級反射鏡組中各個鏡子角度， 采集到多組不同角度的瓶的圖像，然后經(jīng)過第二級反射鏡組反射第一級鏡子的虛像，第三 級反射鏡再把第二級的像反射進入同一個相機。
—種檢測圓柱體透明瓶壁的裝置，包括機架、輸瓶軌道、瓶剔除裝置、動力裝置、圖 像采集裝置、圖像處理裝置、運動控制系統(tǒng)和工控機，圖像采集裝置包括入口瓶壁檢測裝置 和出口瓶壁檢測裝置，入口瓶壁檢測裝置和出口瓶壁檢測裝置之間設置速差傳送機構，入 口瓶壁檢測裝置和出口瓶壁檢測裝置分別包括相機、反射鏡和頻閃光源，頻閃光源在瓶一 側進行背光照明，瓶另一側設置相機和多角度反射鏡，相機與圖像處理裝置、運動控制系統(tǒng) 和工控機及瓶剔除裝置連接，瓶在速差傳送機構旋轉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進行背光照明，瓶子另一側構 架一套光學采集系統(tǒng)，經(jīng)過反射鏡多級反射后實現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，通過恰當安排 第一級反射鏡組中各個鏡子角度，采集到多組不同角度的瓶的圖像，然后經(jīng)過第二級反射 鏡組，反射第一組鏡子的虛像，第三級反射鏡再把第二級反射的像反射進入同一個相機，由 此實現(xiàn)了由一個相機采集瓶壁圓周240度的清晰且近無失真圖像，通過第三級反射鏡的設 計減少了采集系統(tǒng)占用的空間，使整個系統(tǒng)結構更加緊湊，增強了系統(tǒng)的集成性。由于一組 光學采集系統(tǒng)能夠完成瓶壁圓周240度左右的檢測，在平行于背光源方向上的瓶壁兩側仍 然各存在60度左右的盲區(qū)。本發(fā)明的裝置設計了兩組瓶壁檢測裝置，分別為入口瓶壁檢測 裝置和出口瓶壁檢測裝置，在兩組裝置之間采用了速差傳送機構，瓶經(jīng)過速差傳送機構過 程中旋轉了 90度，這樣入口瓶壁檢測的盲區(qū)就完全處于出口瓶壁檢測的可檢測區(qū)域中了， 從而完成了瓶壁的全方位360度精確檢測，并且還有1/3的重復檢測，提高檢測精度。本發(fā) 明針對回收的啤酒瓶和飲料瓶進行側壁檢測，實現(xiàn)高速的在線檢測的需求，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng) 的人工檢測方式，使檢測標準更加穩(wěn)定可靠，杜絕了不清潔瓶子的使用，提高了食品的安全 質量，檢測準確，檢測效率高，成本低，節(jié)省人力、物力，工作環(huán)境好，且結構簡單，容易實施。


圖1為本發(fā)明的圖像采集裝置的示意圖；圖2本發(fā)明的瓶壁多級反射一次成像示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的裝置包括機架、輸瓶軌道、瓶剔除裝置、動力裝置、圖像采集裝置、圖像處 理裝置、運動控制系統(tǒng)和工控機。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裝置1和出口瓶壁檢測裝置4，入口瓶壁檢測裝置1和出口瓶 壁檢測裝置4之間設置速差傳送機構3，入口瓶壁檢測裝置1和出口瓶壁檢測裝置4分別包 括相機、反射鏡和頻閃光源，相機與圖像處理裝置、運動控制系統(tǒng)和工控機及瓶剔除裝置連 接。在瓶壁檢測中采用頻閃LED光源，瓶2的一側是光源5，采用背光進行打光方式，把瓶 子全部照亮，把在不同角度瓶子瓶壁的圖像通過反射鏡匯集到一個鏡子，然后相機通過反 射鏡取像。瓶2另一側設置CXD相機和多角度反射鏡，構架一套復雜的光學采集系統(tǒng)，經(jīng)過 多角度反射鏡多級反射后實現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像。通過恰當安排第一級反射鏡7組中 各個鏡子(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) 過第二級反射鏡6、第三級反射鏡8兩級反射進入同一個相機，系統(tǒng)由此實現(xiàn)了由一個相機 采集瓶壁圓周240度的清晰且近無失真圖像，三級反射鏡的設計減少了采集系統(tǒng)占用的空 間，使整個系統(tǒng)結構更加緊湊，增強了系統(tǒng)的集成性。
圖2為本發(fā)明的瓶壁多級反射一次成像示意圖，一組多級反射一次成像檢測裝置 能夠完成瓶壁圓周240度左右的檢測，在平行于背光源方向上的瓶壁兩側仍然各存在60度 左右的盲區(qū)，設計了兩組多級反射一次瓶壁檢測裝置，分別為入口瓶壁檢測裝置1和出口 瓶壁檢測裝置4，在兩組裝置之間采用了速差傳送機構3。瓶2經(jīng)過速差傳送機構3過程中 旋轉了 90度，這樣入口瓶壁檢測的盲區(qū)就完全處于出口瓶壁檢測的可檢測區(qū)域中了，從而 完成了瓶壁的全方位360度精確檢測。光源的照明方式有常亮和頻閃兩種，采用頻閃LED光源照明是指當被測對象進入 視野時開啟光源，離開視野時關閉，供電電源設計由脈沖代替了持續(xù)供電。為解決提高快門 速度使得圖像亮度變小的問題，本發(fā)明采用頻閃LED光源照明方式，當空瓶各部分進入相 應相機視野時，光電觸發(fā)裝置同時觸發(fā)頻閃LED光源點亮和相機獲取圖像。由于光源開啟 時間短，大部分時間處于關閉狀態(tài)，系統(tǒng)可以采用超電流的方法，控制通過的電流為標定電 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)熱的問題，光源開啟 時間短使得發(fā)出熱量少而有時間散去，由于光源壽命和工作時間、工作溫度成反比，延長了 光源的使用壽命。此時再提高快門速度并且保證頻閃光源開啟時間大大超過快門時間，使 得瓶的圖像在相機拍攝瞬間被“凍結”，可以在保證圖像亮度滿足要求的情況下，有效解決 高速運動狀態(tài)下空瓶圖像拖尾模糊問題，頻閃光源照明并協(xié)調快門速度的方法能得到清晰 的圖像拍攝效果。系統(tǒng)運行狀態(tài)為48000瓶/小時，檢測對象在高速的運動過程中完成圖 像的拍取采集，在靜止狀態(tài)下調整好快門速度等參數(shù)，用來拍攝高速運動狀態(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間，提高快門速度。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和異步外觸發(fā)功能的新型CCD相 機來實現(xiàn)高速圖象的采集，成功解決了采集高速運動物體的圖象存在的拖影問題。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現(xiàn)，包括以 下方法1、根據(jù)瓶頸位置邊緣點成對出現(xiàn)的特點，線掃描得到直線方向上灰度梯度最大的 一組點，提出了利用對稱分析結合概率統(tǒng)計的方法，準確快速的確定瓶壁四部分的中心軸 線位置，從而完成瓶壁檢測區(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 成對出現(xiàn)，在確定瓶頸部分的中軸線時，進行橫向的線掃描，掃描瓶頸兩側沿直線方向上灰 度梯度最大的點，從而可以在圖像同一行左右兩側各找到一個邊緣點，鑒于圖像背景和目 標區(qū)域對比度大，掃描到的邊緣點準確度較高；(2)得到邊緣點后，可求出中軸線的坐標， 這個坐標就是標記區(qū)域中心的坐標的一個參考值；(3)統(tǒng)計中心點坐標參考值在出現(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，計算出某一范圍內中心 點參考值出現(xiàn)的次數(shù)；(4)在該區(qū)域內通過求平均值的方法得到中心點的最終計算值。2、瓶壁圖像灰度拉伸，同種型號的回收瓶，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。故對瓶壁來說，有些瓶由于顏色較深圖像較暗，有些瓶則由于顏色 較淺而曝光過度，圖像的動態(tài)范圍太窄，以至對比度太低。一般來說，直方圖均衡雖然可以 改善圖像的視覺效果，但是當圖像的灰度范圍只集中在某一區(qū)域時，則無法有效增強圖像。 當希望能夠突顯出某一特定灰度范圍的分布時，灰度拉伸法則為一個有效的方法。將灰度 動態(tài)范圍在某一區(qū)域內的圖像映射到最大的動態(tài)范圍，來增加圖像的對比度和亮度，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，瓶壁檢測主要是檢測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)。由于空瓶本身光學性能的差異，采集圖像即便沒有缺陷存 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 的灰度梯度會給缺陷區(qū)域的確定帶來噪聲的影響，影響最后的判別結果。為了減少灰度不 平滑造成的圖像灰度梯度對缺陷判別帶來的影響，將瓶壁圖像進行多分區(qū)處理，分區(qū)減小 后單分區(qū)內灰度梯度影響減小，有助于提高缺陷檢測的準確性。本發(fā)明采用了針對國內玻璃瓶特色的獨特的圖象處理算法的組合，擁有適應性強、處理速度快的特點，非常適合高速生產(chǎn)流水線上的玻璃瓶的在線檢測。
權利要求
一種檢測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進行背光照明，瓶另一側構架一套光學采集系統(tǒng)，經(jīng)過反射鏡多級反射后實現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，相機通過反射鏡取像，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采集系統(tǒng)，瓶在入口和出口的光學采集系統(tǒng)之間轉動90度；圖像處理包括以下方法①根據(jù)瓶頸位置邊緣點成對出現(xiàn)的特點，線掃描得到直線方向上灰度梯度最大的一組點，利用對稱分析結合概率統(tǒng)計方法，確定瓶壁所成圖像的中心軸線位置，完成瓶壁檢測區(qū)域的跟蹤；②進行瓶壁圖像灰度拉伸，將灰度動態(tài)范圍在某一區(qū)域內的圖像映射到最大的動態(tài)范圍，增加圖像的對比度和亮度；③將瓶壁圖像依照瓶子的特征進行多分區(qū)處理。
2.一種檢測圓柱體透明瓶壁的裝置，包括機架、輸瓶鏈道、瓶剔除裝置、動力裝置、圖像 采集裝置、圖像處理裝置、運動控制系統(tǒng)和工控機，其特征是所述圖像采集裝置包括入口 瓶壁檢測裝置(1)和出口瓶壁檢測裝置(4)，入口瓶壁檢測裝置(1)和出口瓶壁檢測裝置 (4)之間設置速差傳送機構(3)，入口瓶壁檢測裝置⑴和出口瓶壁檢測裝置⑷分別包括 相機、反射鏡和頻閃光源，頻閃光源(5)在瓶(2) —側進行背光照明，瓶(2)另一側設置相 機和多角度反射鏡，相機與圖像處理裝置、運動控制系統(tǒng)和工控機及瓶剔除裝置連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種檢測圓柱體透明瓶壁的方法，其特征是每套光學采集 系統(tǒng)具有三級反射鏡，恰當安排第一級反射鏡(7)組中各個鏡子角度，采集到多組不同角 度的瓶的圖像，然后經(jīng)過第二級反射鏡(6)組反射第一級鏡子的虛像，第三級反射鏡(8)再 把第二級反射的像反射進入同一個相機。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種檢測圓柱體透明瓶壁的裝置，其特征是瓶在速差傳送 機構⑶旋轉90度。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種檢測圓柱體透明瓶壁的裝置，其特征是所述相機具有 高速電子快門和異步外觸發(fā)功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測圓柱體透明瓶壁的方法和裝置，包括圖像采集和圖像處理，光源在瓶一側進行背光照明，瓶另一側構架一套光學采集系統(tǒng)，經(jīng)過反射鏡多級反射后實現(xiàn)瓶壁的多角度一次成像，相機通過反射鏡取像，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采集系統(tǒng)，瓶在入口和出口的光學采集系統(tǒng)之間轉動90度。本發(fā)明實現(xiàn)了高速在線檢測的需求，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測方式，使檢測標準更加穩(wěn)定可靠，結構緊湊，檢測效率高。
文檔編號G01N21/896GK101825582SQ20101017594
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權日2010年5月19日
發(fā)明者國磊, 姜輝, 安新軍, 張憲棟, 張樹君, 韓磊 申請人:山東明佳包裝檢測科技有限公司