CN103049743B - 碗底字符检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碗底字符检测系统及检测方法，用于在线检测方便面碗底字符，检测系统包括工业相机、计算机、可编程控制器、两个到位传感器、电磁阀和气嘴，第一到位传感器用于感知方便面是否到位，其感知信号被送入可编程控制器，可编程控制器收到该感知信号后触发工业相机对方便面碗底进行拍照，照相机拍摄的图像被送入计算机，由计算机对图像进行处理并进行方便面碗底字符检测，检测结果送入可编程控制器，可编程控制器接收的检测结果为不合格时，并在接收到第二到位传感器的到位感知信号后，通过控制电磁阀动作使气嘴吹气，使打印错误的面从生产线的缺口处吹掉。本发明基于视觉检测研发而成，能代替人完成很多事情，性能稳定，大大提高了生产速度。

Description

碗底字符检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于食品包装行业，涉及模板匹配的生产日期检测设备。

技术背景

随着全球经济一体化趋势的加剧，企业之间的竞争也进入白炽化状态。怎样能让消费者放心，产品赢得好的口碑，进而扩大市场份额，是每个想做大做强的企业必须考虑的问题。

桶装方便面的生产日期打印在其桶底上，鉴于这个特殊的位置，在方便面生产中人眼不便于检测其有无与对错，只能取样抽查或者采取模糊检测其有无，这样的话，就可能导致一些没打印好的，打印错的重的方便面流入市场，对公司的品牌造成一些影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种可以适应快速包装线的基于机器视觉的方便面碗底字符检测系统。此发明通过以下技术和方法实现:

一种碗底字符检测系统，用于在线检测方便面碗底字符，包括工业相机，其特征在于，还包括计算机、可编程控制器、第一到位传感器、第二到位传感器、电磁阀和气嘴，所述的第一到位传感器固定在比第二传感器靠上游的位置，第一到位传感器用于感知方便面是否到位，其感知信号被送入可编程控制器，可编程控制器收到该感知信号后触发工业相机对方便面碗底进行拍照，照相机拍摄的图像被送入计算机，由计算机对图像进行处理并进行方便面碗底字符检测，检测结果送入可编程控制器，可编程控制器接收的检测结果为不合格时，并在接收到第二到位传感器的到位感知信号后，通过控制电磁阀动作使气嘴吹气，使打印错误的面从生产线的缺口处吹掉。

所选的工业相机为黑白面阵的工业相机，光源和相机通过支架固定在传送带的下面，所检测的特征点为碗底的生产日期。

本发明同时提供一种采用所述的碗底字符检测系统实现的检测方法，包括下列步骤：

（1）第一到位传感器感知方便面到位后，将感知信号发送给工控机；

（2）工控机经过时延后开启LED光源并触发工业相机对方便面碗底进行拍照；

（3）照相机拍摄的图像被送入计算机，由计算机对图像进行处理并进行如下的方便面碗底字符检测；

a．计算机采用图像二维信息熵最大化的方法对方便面碗底图像进行自动阈值分割,提取图像的8连通区域；

b．通过对连通区域的固定阈值判断来检测碗底是否有洞，如果有洞，直接剔除，结束本次检测；

c．采用7×7模板计算图像的Zernike矩方法对图像进行边缘提取，获取字符所在的位置的矩形区域；

d．将字符所在的位置的矩形区域的长、宽与设定阈值范围比较，满足的话继续检测，否则剔除，结束本次检测；

e．根据该矩形区域的大小及位置，检测字符是否被打印上以及打印位置是否合适，如果不合适，提示打印位置偏移方向；

f．统计该区域内的点数，若点数小于预设阈值，则判断存在有重打现象；若判断打印位置不合适或者判断有重打现象，则剔除，结束本次检测；

g．按一定的命名规则生成检测字符，依照检测字符的顺序，运用基于投影的快速模板匹配算法依次对矩形区域内的每个字符进行模板匹配：：通过对图像色度进行投影降低图像维数，用内积计算图像的相关度以及下次匹配的步长，可完成快速匹配；

h．通过相关度是否大于预设的阈值来判断每个字符是否正确，完成对字符的检测；

（1）检测结果送入可编程控制器；

（2）可编程控制器接收的检测结果为不合格时，并在接收到第二到位传感器的到位感知信号后，通过控制电磁阀动作使气嘴吹气，使打印错误的面从生产线的缺口处吹掉。

所选的工业相机为黑白面阵的工业相机，光源和相机通过支架固定在传送带的下面，所检测的特征点为碗底的生产日期。

本发明的桶装方便面碗底字符检测系统及检测方法，通过模板匹配系统，检测碗底各个字符，来完成判断。通过传感器和气嘴的联合动作，完成残次品的剔除。该方法及仪器应用于产品包装线上，完全克服了人工目测法中主观因素的干扰，能快速、客观、准确地对面碗进行检测，大大提高产品的合格率。

附图说明

图1.为桶装方便面碗底字符检测系统的结构示意图。

图2.为桶装方便面碗底字符检测系统工作原理示意图。

图3.为桶装方便面碗底字符检测系统的软件检测流程图。

图4.为桶装方便面碗底字符检测系统的软件检测示意图，其中，（a）原图；（b）二值图；（c）提取边缘；（d）提取位置；（e）模板匹配。

附图标记说明：1为触摸显示屏，2为工控机，3为鼠标键盘，4为工业相机，5为PLC，6为报警器，7为光源，8为电磁阀，9为气嘴，SB1为按钮，10和11为传感器。

具体实施方式

本发明桶装方便面碗底字符检测系统，参见图1和图2，由计算机（包括工控机2、触摸屏1、鼠标键盘3），PLC可编程控制器5，工业相机4（包括相机主体和摄像头），LED光源7，两个到位传感器（对射式光电传感器，在图1中用B1表示）10和11、电磁阀8、气嘴9，报警器6组成。PLC5和工控机2相连，直接由工控机2控制。光源7，传感器10和11，按钮SB1，报警器⑥，气嘴9及其电磁阀8和PLC相连，受PLC控制。它们一起完成整个过程。

图2中的圆形图案表示方便面，当面从传送带上通过时，第一到位传感器10触发，相机4拍照，一段时间后，当面到达到位传感器11时，气嘴电磁阀8动作，气嘴9吹气，把打印错误的面从缺口处吹掉。从此完成字符的检测，保证出产的方便面生产日期准确无误。

本发明的检测方法，包括下面的步骤：

1)按下机柜上的开关按钮，双击电脑桌面的软件图标。

2)调节相机参数，光源亮度、角度，保证所拍图像清晰，居中。

3)单帧采集一张含有字符的图片，先对图片设置区域搜索范围，其次是分割参数设定（即让每个字符都清晰分开），再次是把要检测的字符转化成标准字符，最后是添加字符模板，确定字符位置。把每个字符做成一个模板，一个图片中的每个字符的方向、位置都基本相同。点击测试按钮，检验字符模板，对不准确的字符可以查看字符信息，对字符的缩放、方向、偏移等做出微调。

4)多采集几张不同字符的图片，把每个生产中要检测的字符都单独做字符模板，保证字符库的完整性。

5)对软硬件的各个环节进行自检，确保各环节正常。一切正常后，点击开始检测按钮。

6)根据现场运行情况，调整延时时间，剔除时间，传感器位置，气缸位置等，以确保检测系统顺畅运行。

桶装方便面碗底字符检测系统，主要是两大部分：检测系统和剔除系统。检测系统耗时少，检测精准；剔除系统准确稳定。

结合附图3、附图4，说明一下使用系统软件测试流程：计算机收到图片后，用图像二维信息熵最大化对图像进行自动阈值分割,提取图像的8连通区域，通过对连通区域的固定阈值判断来检测碗底是否有洞；用7×7模板计算图像的Zernike矩实现对图像的边缘提取，获取字符所在的位置的矩形区域，根据该矩形区域的大小及位置，来检测字符是否被打印上以及打印位置是否合适；统计该区域内的点数，来判断是否有重打现象。按一定的命名规则生成检测字符，依照检测字符的顺序，运用基于投影的快速模板匹配算法依次对矩形区域内的每个字符进行模板匹配：通过对图像色度进行投影降低图像维数，用内积计算图像的相关度，以及下次匹配的步长，可完成快速匹配。然后通过设定相关度的阈值来判断每个字符是否正确，完成对字符的检测。当检测到错误的方便面时，报警器报警；遇到相机死机的时候，几秒钟后相机自动重启；遇到计算机死机的时候，报警器报警，此时需要操作者重启设备进一步检查。

为了采图更清晰、稳定，选择的光源为蓝条形光源，所选的相机为黑白面阵的工业相机，光源和相机通过支架固定在传送带的下面，所检测的特征点为碗底的生产日期，调整相机和光源，触发传感器延时，使所拍的字符完整的处于显示屏的中间。本发明采用的检测方法将易错，易检的流程放在算法的前面，可及时对这些错误情况作出处理，无需再进行后面的检测流程，可大大提高检测效率。

Claims (2)

1.一种碗底字符检测方法，用于在线检测方便面碗底字符，所采用的设备包括工业相机、计算机、可编程控制器、第一到位传感器、第二到位传感器、电磁阀和气嘴，所述的第一到位传感器固定在比第二传感器靠上游的位置，第一到位传感器用于感知方便面是否到位，其感知信号被送入可编程控制器，可编程控制器收到该感知信号后触发工业相机对方便面碗底进行拍照，照相机拍摄的图像被送入计算机，其特征在于，包括下列步骤：

(1)第一到位传感器感知方便面到位后，将感知信号发送给工控机；

(2)工控机经过时延后开启LED光源并触发工业相机对方便面碗底进行拍照；

(3)照相机拍摄的图像被送入计算机，由计算机对图像进行处理并进行如下的方便面碗底字符检测；

a.计算机采用图像二维信息熵最大化的方法对方便面碗底图像进行自动阈值分割,提取图像的8连通区域；

b.通过对连通区域的固定阈值判断来检测碗底是否有洞，如果有洞，直接剔除，结束本次检测；

c.采用7×7模板计算图像的Zernike矩方法对图像进行边缘提取，获取字符所在的位置的矩形区域；

d.将字符所在的位置的矩形区域的长、宽与设定阈值范围比较，满足的话继续检测，否则剔除，结束本次检测；

e.根据该矩形区域的大小及位置，检测字符是否被打印上以及打印位置是否合适，如果不合适，提示打印位置偏移方向；

f.统计该区域内的点数，若点数小于预设阈值，则判断存在有重打现象；若判断打印位置不合适或者判断有重打现象，则剔除，结束本次检测；

g.按一定的命名规则生成检测字符，依照检测字符的顺序，运用基于投影的快速模板匹配算法依次对矩形区域内的每个字符进行模板匹配，通过对图像色度进行投影降低图像维数，用内积计算图像的相关度以及下次匹配的步长，可完成快速匹配；

h.通过相关度是否大于预设的阈值来判断每个字符是否正确，完成对字符的检测；

(4)检测结果送入可编程控制器；

(5)可编程控制器接收的检测结果为不合格时，并在接收到第二到位传感器的到位感知信号后，通过控制电磁阀动作使气嘴吹气，使打印错误的面从生产线的缺口处吹掉。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所选的工业相机为黑白面阵的工业相机，光源和相机通过支架固定在传送带的下面，所检测的特征点为碗底的生产日期。