CN101692056A - 一种保健酒中杂质自动检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保健酒中杂质自动检测方法和装置，该装置包括检测轮盘、进瓶机构、出瓶机构、用于剔除次品保健酒瓶体的分拣机构、用于夹持保健酒瓶体和将保健酒瓶体翻转的机械手、检测支架、用于对保健酒瓶体拍摄图像的摄像机和镜头、光源和微处理器。其方法包括以下步骤：将保健酒瓶体导入到检测轮盘中，机械手夹持住保健酒瓶体并翻转；在保健瓶体处于倒置状态时，此时保健酒瓶体保持匀速运动，获取此时保健酒瓶体的序列图像；由计算机将获取的序列图像进行定位，再判断保健酒瓶体内是否有杂质；控制分拣机构将次品保健酒瓶体剔除。该装置和方法具有成本低、检测速度快、可靠性高、检测准确率高等优点。

Description

一种保健酒中杂质自动检测方法和装置

技术领域

本发明属于基于视觉的自动检测技术领域，涉及一种保健酒中杂质自动检测方法和装置。

背景技术

我国的保健酒类产品产量和消费总量已居世界前列。近年来，随着消费水平的提高和相关法律、法规的完善，保健酒的产品质量变得越来越重要。

由于生产工艺、封装技术以及一些人为因素的影响，如在灌装和封装过程中过滤不佳、容器未清洗干净或者封装时碰撞等原因，酒液中可能存在有玻璃碎屑、黑渣、纤维、毛发和蚊虫等杂质。这些杂质人体所造成的危害非常大，如果混在酒中被人饮用，可能使咽喉、食道和胃部不适，引起消化道疾病，甚至一些有害物质可能被吸收进入人体引起中毒。

从现行生产线上看，减少或消除杂质的主要方法是增加灌装过滤工位和空瓶检测工位。灌装设备中安装的过滤网，使液体里的杂质在灌装的时候不进入瓶内，空瓶检测主要是根据机器视觉原理，使用高速摄像机获取空瓶图像，判断瓶内是否有杂质，并能把含有杂质的次品剔除出生产线。但从杂质类型和产生杂质的根源上分析，灌装过程中带来的杂质只是酒业中杂质的一部分，也就是说酒的过滤措施只能是减少杂质的一个方面，而不能从根本上消除次品酒流入市场。从生产线实际调查研究中发现，成品酒液内存在的杂质很大一部分是由于封口扎盖的时候，由于扎刀的旋转作用力，使瓶口部分的小玻屑脱落，并且扎盖过程中有可能掉入橡胶屑和塑料屑等杂质，因此，生产线上针对成品酒的检测是生产过程中的一个重要部分，是控制产品质量的关键环节。

目前，各酒厂绝大部分采用人工检查法，即大量的质检工人在生产线上依靠肉眼对酒进行逐瓶检测。其检测结果主观性强，检测效率低、精度低，工人劳动强度大且容易疲劳，漏检率更是随之攀升。国内外出现的一些自动检测设备均是针对圆形规则瓶的检测，且其检测的一般为透明的溶液，针对保健酒的扁平状瓶装的半透明酒液，申请号200810143460.4公开了一种瓶装液体内的可见异物在线视觉检测装置，该发明把异物分为黑色和白色，分为两个工位采用多台相机进行跟踪方式拍照检测。申请号200810143630.9公开了一种生产线异型瓶装液体中异物机器视觉识别方法及装置，该装置采用两个检测工位多个相机进行检测。这两个发明均采用多个相机进行跟踪拍摄，并且分工位进行检测，因此成本相对较高，并且跟踪拍摄方式中产生的抖动和跟踪误差对系统稳定性有着严重的影响，因此至今没有很好的检测设备和方法出现。

发明内容

针对现有保健酒液检测中存在的人工检测效率低、速度慢、精度低、漏检率高、检测人员容易疲劳等问题，本发明所要解决的技术问题是提供了一种保健酒中杂质自动检测方法和装置，该方法和装置实施更简便，检测精度和效率较之现有设备和方法更高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种保健酒中杂质自动检测装置，其特征在于，包括可旋转的检测轮盘、将保健酒瓶体导入检测轮盘的进瓶机构、将保健酒瓶体导出检测轮盘的出瓶机构、用于剔除次品保健酒瓶体的分拣机构、用于夹持保健酒瓶体和将保健酒瓶体翻转的机械手、检测支架、用于对保健酒瓶体拍摄图像的摄像机和镜头、光源和微处理器；

所述的进瓶机构、检测轮盘、出瓶机构和分拣机构依次连接；所述的机械手设置在检测轮盘上随检测轮盘旋转；

所述的检测支架固定设置，不随检测轮盘旋转，检测支架上设有所述的摄像机、镜头和光源；在保健酒瓶体处于倒置状态时，摄像机、镜头和光源与所述的保健酒瓶体处于同一水平位置；

摄像机与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与分拣机构连接。

进瓶机构包括绞龙、进瓶挡板、导入传送带和导入轮盘。

出瓶机构包括出瓶挡板、导出轮盘和出瓶传送带。

分拣机构包括拨叉、拨叉转轴、拨叉电机、分拣位光电传感器、正品传送带和次品传送带。

一种保健酒中杂质自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将保健酒瓶体导入到检测轮盘中，机械手夹持住保健酒瓶体并翻转；

2)在保健瓶体处于倒置状态时，此时保健酒瓶体保持匀速运动，获取此时保健酒瓶体的序列图像；

3)由计算机将获取的序列图像进行定位，再利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异性区分瓶身干扰与液体内部异物，识别出图像中的运动目标，判断保健酒瓶体内是否有杂质；如果判定某一保健酒瓶体内存在杂质，则控制分拣机构在存在杂质的该保健酒瓶体导出检测轮盘时将该保健酒瓶体剔除。【图像处理技术来识别保健酒瓶体中是否有杂质的技术为现有技术。】

一种保健酒中杂质自动检测装置，它主要由传送带、检测机柜、绞龙、导入轮盘、检测轮盘、机械手、导轨、导出轮盘、拨叉、图像获取及检测装置、光源和支架等组成。

所述传送带包括导入传送带和导出传送带，导入传送带把保健酒产品导入检测机柜，导出传送带分为正品传送带和次品传送带。所述绞龙安装在检测机柜里的打入传送带上。

所述检测机柜中有检测轮盘、机械手、翻转轨道、光源、摄像机、镜头、支架和光电传感器。所述检测轮盘上装有一圈等间距机械手，所述机械手与翻转轨道相连，可以使机械手夹持保健酒沿着翻转轨道翻转，所述机械手包括夹具、滚珠和弹簧，所述光源为LED面板光源，所述镜头安装在摄像机上，所述摄像机和光电传感器固定在支架上，所述拨叉安装在导出传送带上，把产品分别拨入正品传送带和次品传送带。

所述导入传送带、导入轮盘、检测轮盘、导出轮盘和导出传送带依次配合衔接，将保健酒由导入传送带进入，并有导出传送带导出。

本发明的工作过程如下：

a、灌装后的保健酒产品经过导入传送带进入检测机，绞龙把保健酒瓶分成等间距，然后保健酒产品进入导入轮盘，导入轮盘将其传送至检测轮盘。

b、匀速运转的检测轮盘上安装有一圈等间距的机械手，当保健酒从导入轮盘传送过来时，检测轮盘上的凸轮顶住机械手上的滚珠，使机械手张开，夹持传送过来的保健酒。

c、夹持保健酒的机械手沿着弯曲预定形状的导轨运动，使保健酒瓶由正立翻转为倒立。

d、当保健酒进入检测区后，通过背部面板光源的照射，高速摄像机获取同一瓶保健酒的序列图像，利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异性，计算机区分出瓶身干扰与液体内部异物，克服了瓶身干扰所带来的影响，判断瓶内是否含有玻璃碎屑、橡皮屑、纤维、黑渣、头发丝等杂质。

e、离开检测区域后，机械手继续沿导轨运转，使保健酒产品由倒立翻转为正立，并进入导出轮盘，检测轮盘上的凸轮顶住机械手上的滚珠，使机械手张开，保健酒产品由由导出轮盘进入导出传送带。

f、保健酒进入次品分离区域时，通过拨叉的运动把不合格产品和合格产品分离，不合格产品进入次品传送带，合格品通过正品传送带进入生产线的下一环节。

本发明具有的有益效果是：

本发明与现有检测方法和检测设备相比，具有以下优点和突出进步性：

1、成本低、结构简单。本发明仅采用一个工位一台摄像机进行检测，极大的减少了视觉成像部分器件的数量，降低了装置的复杂性和成本。

2、稳定性好。本发明中摄像机和光源采用固定，不采用跟踪拍摄方式，消除了系统跟踪带来的抖动和跟踪不稳定的缺陷，使系统更加稳定可靠。

3、速度快、精度高。检测轮盘连续运转，且导入、机械手翻转、导出和分拣动作同步连续运行，因此速度与间隙式运转相比大大提高。本发明采用高分辨率摄像机获取保健酒图像，分辨率在50微米以下，其检测精度远远高于人工检测。

4、安全洁净生产。本发明无需人手工搬运，实现了安全洁净生产，更能与其它自动化设备配合，构建自动化生产流水线，实现生产现场的无人化，杜绝了因工作人员的介入可能带来的对产品质量的影响。

5、节省人力资源成本。本发明能将大量灯检工作人员从枯燥、重复的劳动中解脱出来，解放了人力资源，提高了生产效率。

附图说明

图1为保健酒自动检测装置结构图(俯视)；

图2为保健酒自动检测装置旋转结构剖视图(侧视)；

图3为保健酒自动检测装置旋转结构剖视图(正视)；

图4为机械手结构视图(俯视)；

图5为机械手夹持结构剖视图；

图6机械手反转示意图；

图7为控制系统框图；

图8为获取的序列图像示意图；

图9为定位算法示意图；

图10为检测结果图。

图中标号说明：

1光源               2机械手             3检测机柜

4保健酒瓶           5导出轮盘           6出瓶挡板

7出瓶传送带         8拨叉               9正品传送带

10次品传送带        11拨叉转轴          12分拣位光电传感器

13绞龙              14导入传送带        15进瓶挡板

16进瓶光电传感器    17导入轮盘          18凸轮

19检测轮盘          20检测轮盘支撑轴    21摄像机

22镜头              23检测支架          24拨叉电机

25机械手连杆        26滑轨              27相机支架

28光源支架          29机械手弹簧        30机械手滑套

31机械手转轴        32检测轮盘电机      33传送带电机

34机械手支点        35夹具              36弹簧

37压片              38滚珠轴            39滚珠

40-定位框           41-LED背光源        42-液面

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本发明主要包括进瓶机构、检测机构、出瓶机构和分拣机构四大部分。本发明主要根据机器视觉原理，仅采用相对检测机柜静止的一台摄像机获取运动的保健酒图像，根据保健酒瓶壁进行定位后，取瓶内区域图像进行差分计算，利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异性区分瓶身干扰与液体内部异物，准确判别出产品内是否含有杂质，并把不合格品自动分离出生产线。

各部分的作用与功能如下：

如图1所示，进瓶机构包括绞龙13、导入传送带14、进瓶挡板15和导入轮盘17。启动系统后，保健酒产品通过导入传送带14一个接一个进入检测机柜3，在经过绞龙13的时候，保健酒被绞龙13分成等间距进入导入轮盘17。导入轮盘17和检测轮盘19是切线式衔接，并且保持相等的线速度。当保健酒产品进入检测轮盘19的时候，检测轮盘19上的机械手2被凸轮18顶起，从而使机械手2张开，正好抓住传送过来的保健酒瓶。机械手2夹持着保健酒和检测轮盘19一起沿着检测轮盘支撑轴20旋转的同时，机械手2夹持保健酒翻转(反转过程和动作见图2中的叙述)，使其由正置转为倒立，同时，机械手2夹持保健酒将进入检测区域。检测区域主要有光源1、摄像机21、镜头22和检测支架23。其中，检测支架23主要是为了固定摄像机21、镜头22和光源1。当保健酒进入检测工位的时候，PLC给摄像机21和光源1发出n个触发脉冲信号(准确给出触发信号主要是因为保健酒在进瓶的时候触发进瓶光电传感器16，PLC接收进瓶光电传感器16信号后，通过检测轮盘19的运行速度和光电传感器距离检测工位的距离计算，确定保健酒到达检测工位的同时触发摄像机21和光源1)，每个触发信号间隔时间为t，脉冲到达的时，在光源1点亮的同时，摄像机21拍摄一帧图像，n个触发脉冲使摄像机21获取n帧图像(n一般取大于3的整数，例如n＝7)。当保健酒离开检测区域后，机械手2抓住保健酒使之由倒立翻转为正置。导出和分拣机构包括导出轮盘5、出瓶挡板6、出瓶传送带7、拨叉8(作用是通过拨叉的运转，使保健酒进入正品传送带或者次品传送带)、正品传送带9、次品传送带10和拨叉转轴11。其中，导出轮盘5与检测轮盘19相切，出瓶传送带7与导出轮盘5相连，拨叉8安装在出瓶传送带7上，拨叉转轴11的转动带动拨叉8运动，从而使被检测保健酒进入正品传送带9或者次品传送带10。

图2为保健酒自动检测装置侧视图。保健酒产品进入导入轮盘17后，机械手2抓取保健酒瓶，并沿着检测轮盘19运转。机械手2的一端与滑轨26相连，滑轨26是一条固定形状的轨道，由于滑轨26的弯曲形状，机械手2沿滑轨26运动的时候夹持保健酒瓶由正置翻转为倒立，当机械手2离开检测工位的时候，由于滑轨26向下和向内弯曲，所以机械手2夹持保健酒由倒立翻转为正置。保健酒产品进入分拣工位时，拨叉电机24带动拨叉转轴11旋转，从而使拨叉8发生运动，切换保健酒产品的运行轨道，详细翻转过程见图6的说明。

如图3所示，图像获取机构由检测支架23、相机支架27、光源支架28、光源1、摄像机21和镜头22组成。其中，检测支架23固定在检测轮盘支撑轴20上，相机支架27和光源支架28固定在检测支架23上，摄像机21和镜头22固定在相机支架27上，光源1固定在光源支架28上。

图4和图5为机械手正视和侧视图。机械手由机械手滑套30、机械手支点34、机械手连杆25、夹具35、弹簧36、压片37、滚珠轴38、滚珠39和机械手转轴31组成。其中，机械手滑套30在滑轨26上滑动，机械手转轴31固定在检测轮盘19上，滚珠轴38从滚珠39中间穿过，并把滚珠39固定在压片37上，当机械手2到达检测轮盘19与导出轮盘5相切的位置时，凸轮18顶住机械手2上的滚珠39，使固定滚珠39的滚珠轴38带动压片37运动，使机械手支点34往夹具35方向压，并使弹簧36压缩，从而使机械手2上的夹具35张开。当机械手2离开导入轮盘17的时候，滚珠39离开凸轮18，由于弹簧36的作用，使机械手2的夹具35合拢，从而夹持住保健酒产品。

图6为机械手反转示意图。图中从左至右的时间段为机械手2夹持保健酒瓶4由检测工位检测后，直到机械手2翻转，使保健酒瓶4由倒立到正置。机械手转轴31固定在检测轮盘19上，机械手2与检测轮盘19同步旋转，机械手滑套30在滑轨26上滑动，由于滑轨26的弯曲形状，使机械手2慢慢倾斜，至到反转180度，从而使保健酒瓶4由倒立翻转为正置。

图7为控制系统框图。本发明是集光、机、电、计算机、数字图像处理技术为一体的综合性设备，其机械、电控、视觉检测部分必须互相协调工作，共同构成一个有机的整体。PLC是控制系统的底层控制器件，它负责控制检测轮盘电机、拨叉电机和传送带电机的运转，并且控制外部蜂鸣器、按钮和光源，同时还负责接收光电传感器信号和给摄像机提供触发信号。计算机是上层控制系统，主要负责图像采集和图像处理，并且与触摸显示屏、打印机、鼠标和键盘相连。计算机把图像检测结果信号传送给PLC，当次品到达分拣位置时，PLC向拨叉电机发送信号，把次品拨到次品传送带。

图8为获取系列图像示意图。由对图1至图3的分析可知，摄像机、镜头和光源固定在检测机柜中，而保健酒产品被机械手夹持后圆周运动，当保健酒经过摄像机前时，PLC给摄像机n个触发脉冲，使摄像机获取n帧图像，每张图像中，LED背光源在摄像机视野范围内不发生变化，而瓶体逐次从左往右移动。

图9为定位算法示意图。由于检测算法只需要针对瓶内杂质进行判断，因此，需要给瓶体位置进行定位。定位算法的原理和过程如下：设图像为f(x，y)，首先对图像f(x，y)进行固定阈值的二值化运算(如8位灰度图像设定阈值为70)，得到其二值化图像g(x，y)，然后对g(x，y)进行水平方向投影，设N_x为g(x，y)中第x列水平投影白色像素点数的累计个数，即当g(x，y_j)＝255，则N_x加1。投影得到的N_x将有两个峰值，设为N_i和N_j，则i和j的值即为两条边L1和L2的x轴坐标值。设m为定位线L0的x轴坐标值，则m＝(i+j)/2，因此确定了定位线L0。由于瓶体形状大小固定，以此，预先人为设置定位框大小，并使定位框的中心对称轴为L0。从而得到稳定的瓶体定位。

图10为检测结果图。得到定位框后，只需要对定位框里的区域进行检测，判断瓶内是否有运动的杂质目标。本发明采用多帧差分法，即采用第一帧图像为标准图像，后面每一帧图像与之相减，如差分后得到的结果有白色点，则判断该瓶内有杂质，为不合格品。

本发明的具体检测过程如下：

本发明采用一套固定的摄像系统获取运动的保健酒产品序列图像，利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异性区分瓶身干扰与液体内部异物，识别出图像中的运动目标，判断产品内是否有杂质。本发明装置的工作步骤如下：

步骤1：保健酒由导入传送带进入检测机柜，通过安装在导入传送带上的绞龙，保健酒产品被分成等间距，绞龙紧挨着导入轮盘，导入轮盘与检测轮盘切线式衔接，使得机械手可以准确而且顺畅的抓取保健酒瓶，当机械手进入导出轮盘和检测轮盘衔接区域的时候，凸轮顶起机械手上的滚轮，使机械手张开，在导入轮盘与检测轮盘衔接处，机械手抓取导入轮盘上的保健酒瓶，离开衔接区域时，滚轮离开凸轮，机械手合拢，从而抓住瓶并沿检测轮盘的转动而传送。

步骤2：检测轮盘的旋转，带动机械手上的连杆沿着预设定的弯曲轨道滑动，从而改变机械手的状态，使其夹持的瓶子由正置变为倒立，由于翻转过程平滑稳定，因此不会产生气泡，由于瓶子的翻转，使瓶内液体和液体中可能存在的杂质发生运动，从而为下一步对瓶体拍照时，杂质相对于瓶体发生运动而从图像上把杂质分离出来。

步骤3：当机械手夹持瓶子翻转，使其完全竖直倒立后，由于此段滑轨与水平面平行，并且为一与检测轮盘同圆心的形状，因此瓶体与检测轮盘同角速度运转，进入检测区域时，光电传感器触发静止的摄像机获取匀速运动的瓶体序列图像，摄像机把序列图像传输入计算机并进行处理。存储在计算机中的处理算法通过图像预处理、图像定位、运动目标提取好图像识别等步骤判断该瓶内是否含有杂质，并把检测结果信号传给PLC。

步骤4：当瓶离开检测区域后，机械手上的连杆继续沿着滑轨继续滑动，滑轨的弯曲形状使机械手夹持瓶子由倒立翻转为正置。

步骤5：当机械手进入检测轮盘与导出轮盘相衔接的区域时，凸轮顶起机械手上的滚轮，使机械手张开，瓶子进入导出轮盘，然后进入导出传送带上，瓶子到达拨叉之前触发该位置的光电传感器，传感器把信号传输给PLC，PLC根据次品结果及其位置，准确判断经过拨叉时的产品是否为次品，若为次品，则发出脉冲控制步进电机运转，使拨叉运动，把次品拨入次品传送带。若为正品，则拨叉不运动，产品进入正品传送带，从而完成整个系统的功能。

Claims (2)

1.一种保健酒中杂质自动检测装置，其特征在于，包括可旋转的检测轮盘、将保健酒瓶体导入检测轮盘的进瓶机构、将保健酒瓶体导出检测轮盘的出瓶机构、用于剔除次品保健酒瓶体的分拣机构、用于夹持保健酒瓶体和将保健酒瓶体翻转的机械手、检测支架、用于对保健酒瓶体拍摄图像的摄像机和镜头、光源和微处理器；所述的进瓶机构、检测轮盘、出瓶机构和分拣机构依次连接；所述的机械手设置在检测轮盘上随检测轮盘旋转；

所述的检测支架固定设置，不随检测轮盘旋转，检测支架上设有所述的摄像机、镜头和光源；在保健酒瓶体处于倒置状态时，摄像机、镜头和光源与所述的保健酒瓶体处于同一水平位置；

摄像机与微处理器的输入端连接，微处理器的输出端与分拣机构连接。

2.一种保健酒中杂质自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将保健酒瓶体导入到检测轮盘中，机械手夹持住保健酒瓶体并翻转；

2)在保健瓶体处于倒置状态时，此时保健酒瓶体保持匀速运动，获取此时保健酒瓶体的序列图像；

3)由计算机将获取的序列图像进行定位，再利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异性区分瓶身干扰与液体内部异物，识别出图像中的运动目标，判断保健酒瓶体内是否有杂质；如果判定某一保健酒瓶体内存在杂质，则控制分拣机构在存在杂质的该保健酒瓶体导出检测轮盘时将该保健酒瓶体剔除。

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