基于機器視覺的在線空瓶檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、隨著國家對食品安全的日益重視，啤酒生產(chǎn)企業(yè)對啤酒質(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設(shè)備以確保啤酒的質(zhì)量。在線空瓶驗瓶系統(tǒng)是在灌裝前對空瓶缺陷和異物進行檢測的設(shè)備。傳統(tǒng)的灌裝前啤酒瓶檢驗方式是人工燈光檢驗，這種方式效率低、精度差、檢驗人員易疲勞難以保證檢測質(zhì)量。機器視覺檢測技術(shù)在國外已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段，而國產(chǎn)機器視覺檢測設(shè)備的研發(fā)還在起步階段，因此目前國內(nèi)市場上的在線空瓶檢測系統(tǒng)主要還是依賴進口。然而進

2、口設(shè)備價格昂貴，后期維護費用高，同時因為不能很好的適應(yīng)我國啤酒瓶回收瓶占多數(shù)的現(xiàn)狀，檢測效果不是很理想。本課題的目的就是研發(fā)一套既適合我國國情，又擁有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)、低成本的在線空瓶檢測系統(tǒng)。
　　 在線空瓶檢測系統(tǒng)是集機器視覺、精密機械、實時控制于一體的高速在線檢測設(shè)備，要求各部分精密配合，互相協(xié)調(diào)才能達到預(yù)期檢測效果。其主要技術(shù)包括光學、機器視覺、圖像處理、計算機控制、變頻調(diào)速等。為了完成該系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，本課題主要包

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

4、al C++軟件開發(fā)環(huán)境中，利用C++語言的封裝性和繼承性的特點開發(fā)了整個軟件系統(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)的運動控制軟件，并對兩部分軟件的通信方式進行了設(shè)計與實現(xiàn)。
　　 對空瓶圖像處理算法進行了研究以及代碼實現(xiàn)。首先本課題研究了能夠應(yīng)用于在線空瓶檢測系統(tǒng)空瓶圖像處理的關(guān)鍵圖像處理技術(shù)，然后根據(jù)空瓶圖像各個部分的成像特點劃分了檢測區(qū)域以及實現(xiàn)了各個檢測單元的缺陷檢測步驟。在這過程中，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、改進的密集度分析法判斷缺陷、以及瓶壁圖像快速定位法等。
　　 對軟件優(yōu)化方法進行了研究。合理地利用全局變量、多線程技術(shù)以及Windows消息機制可以有效地優(yōu)化軟件系統(tǒng)。提出樣機的測試方法，并根據(jù)檢測標準詳細地記錄了測試數(shù)據(jù)，并對測試數(shù)據(jù)進行了分析。
　　 通過機器視覺軟硬件系統(tǒng)研究與設(shè)計以及在試驗平臺上對樣機進行的大量測試，證明了本文提出的集光機電于一體的在線空瓶