CN103604808A - 一种瓶盖缺陷视觉检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于数字图像处理技术领域，涉及一种瓶盖缺陷视觉检测方法，所采用的检测系统包括承载瓶盖的传送带，当有瓶盖经过光电传感器时，光电传感器发送信号给I/0控制卡，此时I/0控制卡记录编码器的码值，之后，以该码值作为识别该瓶盖的依据，以光电传感器的检测位置与工业相机的拍照位置之间的距离确定该瓶盖到达拍照位置处编码器转过的码值，以光电传感器与剔除位置之间的距离确定该瓶盖到达剔除位置转过的码值；工业相机拍摄的瓶盖图像被送入工控机，进行图像检测，若检测合格，将瓶盖经过光电传感器时记录的码值存入链表中，在剔除位置处，对链表中不存在码值的不合格的瓶盖予以剔除。本发明能及时准确地采集瓶盖图像并剔除不良品。
Description
所属技术领域
本发明属于数字图像处理技术领域，涉及一种视觉检测方法。
背景技术
瓶盖在注塑过程中，由于注塑机注塑不良，瓶盖（瓶盖外圆）会出现变形、多料、少料、毛刺，密封圈（瓶盖内圆）变形、多料、少料和瓶盖内存在脏物等缺陷。在瓶盖在线检测方面，面临的问题主要是检测速度达不到工厂需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种瓶盖在线视觉检测方法，使得系统在承载瓶盖的传送带高速运行情况下，能及时准确地采集瓶盖图像并剔除不良品。该系统的检测速度达到每分钟2000个。本发明的技术方案如下：
一种瓶盖缺陷视觉检测方法，所采用的检测系统包括承载瓶盖的传送带，传送带的主动轮上固定有编码器，在传送带周围的不同位置固定有光电传感器和工业相机及工控机，当有瓶盖经过光电传感器时，光电传感器发送信号给I/0控制卡，此时I/0控制卡记录编码器的码值，之后，以该码值作为识别该瓶盖的依据，以光电传感器的检测位置与工业相机的拍照位置之间的距离确定该瓶盖到达拍照位置处编码器转过的码值，以光电传感器与剔除位置之间的距离确定该瓶盖到达剔除位置转过的码值；工业相机拍摄的瓶盖图像被送入工控机，进行图像检测，若检测合格，将瓶盖经过光电传感器时记录的码值存入链表中，在剔除位置处，对链表中不存在码值的不合格的瓶盖，通过电磁阀剔除，瓶盖图像检测的方法如下：
（1）开发一个圆定位工具，该工具为一个在屏幕上显示的工具，由一个圆、在圆周上等分布的若干箭头组成，该工具的圆的位置能够在鼠标的拖动下改变，在靠近圆周的某个位置设置一个用于在鼠标的拖动下能够改变圆的大小的图标；在圆上等分布的箭头的长度和个数可以改变，长度越长，所能检测的瓶盖图像的位置偏差范围越大，个数越多，检测精度越高；箭头的方向也可以通过选择来决定是从圆内指向圆外还是从圆外指向圆内；
（2）在进行自动检测之前，先采集一幅瓶盖图像，并在屏幕上显示该图像；
（3）利用鼠标拖动圆定位工具，使其移动到瓶盖图像中的瓶盖位置，改变圆的大小到适合自动检测的位置，并确定箭头的方向，保存确定好的圆定位工具的圆心位置、半径大小、箭头个数、箭头长度和箭头方向5个参数；
（4）计算出圆定位工具中所有箭头所在位置的像素坐标；
（5）在进行自动检测时，在同样的拍摄条件下提取待检测的瓶盖的图像，求取其二值图：对待检测的瓶盖图像进行迭代法阈值分割，得到二值图；
（6）根据已经确定的圆定位工具的圆心位置，半径大小、箭头个数、箭头长度和箭头方向5个参数，对待检测的瓶盖图像的二值图进行外圆轮廓的搜索，得到外圆轮廓上的若干轮廓点，将这些轮廓点利用霍夫变换进行拟合，得到待检测的瓶盖的图像的圆心坐标和半径；
（7）对二值图像进行8邻域轮廓跟踪，找出待检测的瓶盖的外圆轮廓上所有轮廓点；
（8）求取每个轮廓点与待检测的瓶盖的图像的圆心的距离，从中找出最大值和最小值，并分别求取两者与圆半径的差值，若两个差值的大小有一个不在所预设的区间范围内，则认为瓶盖存在不圆、多料或缺料类的缺陷，瓶盖为不合格的瓶盖；
（9）将待检测的瓶盖的外圆轮廓上相隔一定像素的两点的连线近似认为是圆的切线，两点连线的中点近似认为是切点，求外圆切线与过切点的半径的夹角，若求得的夹角大概在0°-75°之间，则认为存在毛刺，瓶盖为不合格的瓶盖。
其中，步骤（6）的方法如下：如果圆定位工具的箭头方向是从圆内指向圆外，从箭头始端沿箭头方向进行搜索时，判断当前像素值减去上一个像素为0，并且当前像素减去下一个像素为255时，记录该像素点的位置，认为该像素点时瓶盖外圆轮廓上的点，继续搜索下一个箭头所在位置的外圆轮廓上的点；如果圆定位工具的箭头方向是从圆外内指向圆内，从箭头始端沿箭头方向进行搜索时，判断当前像素值减去上一个像素为-255，并且当前像素减去下一个像素为0时，记录该像素点的位置，认为该像素点时瓶盖外圆轮廓上的点，继续搜索下一个箭头所在位置的外圆轮廓上的点；在得到瓶盖外圆轮廓上所有箭头所在区域的轮廓点后，利用霍夫变换拟合出一个标准圆，得到瓶盖的圆心坐标和半径。
步骤（7）的方法如下：已知瓶盖圆心坐标和半径，从圆心出发向待检测的瓶盖图像的某个方向进行搜索，当前像素点与下一个像素点的灰度差值为255时，认为当前像素点为可能为轮廓上的点，再判断当前像素点到圆心的距离是否和半径相当，如果相差较小，在设定的阈值范围内，则认为是外圆轮廓上的点，否则，继续沿着该方向向外按照同样的方法继续搜索，直到找到外圆轮廓上的点为止，以该点作为轮廓跟踪的起始点，轮廓跟踪时，记录跟踪到的像素点坐标。
本发明将瓶盖经过光电传感器时的编码器码值作为唯一识别该瓶盖的依据，避免了在高速下，相机丢帧和剔除不准造成的漏检和误剔，并且，本发明采用了瓶盖图像的快速分割和轮廓精确搜索方法，能够快速准确地检测是否存在毛刺，该系统的检测速度达到每分钟2000个。
附图说明
图1本发明采用的视觉检测系统结构示意图。
图2圆定位工具示意图。
图3待检测瓶盖图像。
图4圆定位工具定位瓶盖位置。
图5二值后的瓶盖图像。
图6（a）是将鼠标移动到圆定位工具的圆周附近时光标变成的形状；
图6（b）是鼠标移动到圆定位工具的圆周右侧的小正方形附近时变成的形状。
图7毛刺缺陷检测结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
本发明采用的检测系统主要设备组成：工控机（型号：IPC6608）、显示器（14寸液晶）、JAI高速工业相机（型号：TM-6740CL）、25mm镜头、图像采集卡（型号：X64-CL Express）、光源组合（3组LED环形光+1组同轴光）、DSP系列LED数字式远程光源控制器、I/0控制卡（型号：PCI-1780）、基恩士内置型光电传感器（型号：PZ-G101N）、编码器（型号：TRD-2T1000BF）、剔除电磁阀（型号：52A-11-AOA-DM-DDAA-2KD）、机械装置。如图1所示：1相机；2镜头；3光源组合；4编码器；5剔除电磁阀；6机柜（包含：工控机（I/O控制卡、图像采集卡）和光源控制器）；7显示器；8传送带；9光电传感器。
瓶盖在传送带上顺序经过光电传感器、工业相机和剔除电磁阀。光电传感器距离工业相机50cm左右，剔除电磁阀距离工业相机400cm左右，光源组合距离瓶盖25-30cm，相机距离瓶盖360cm左右，编码器安装在传送带的主动轮上。光电传感器和编码器接I/0控制卡的输入端，图像采集卡和剔除电磁阀接I/0控制卡的输出端。
当瓶盖在传送带的承载下经过光电传感器时，挡到光电传感器的发射光，发射光被反射到接收器端，此时光电传感器被触发，光电传感器发送信号给I/0控制卡，I/0控制卡记录当前编码器码值，以该码值作为该瓶盖的识别依据。工控机实时监控当编码器码值，当监控到编码器转过一定码值，到达拍照位置时，通知图像采集卡控制相机拍照并对采集的图像进行检测判断瓶盖是否合格。如果瓶盖合格，将该瓶盖的码值（经过光电传感器时记录的码值）存入链表中，如果瓶盖不合格，该瓶盖的码值不存入链表中。当监控到编码器再转过一定码值，到达剔除位置时，查找链表中是否存在该码值（经过光电传感器时记录的码值），如果不存在该码值（因为不良品的码值没有存入链表中），通知电磁阀剔除。瓶盖图像检测的方法如下：
（1）开发一个圆定位工具，如图2所示。该工具由一个圆、在圆周上等分布的若干箭头组成，该工具的圆的位置和大小可以任意改变；在圆上等分布的箭头的长度和个数也可以改变（长度范围在20-50个像素之间，个数范围在4-360之间）；箭头的方向也可以通过选择来决定是从圆内指向圆外还是从圆外指向圆内。
（2）将待检测图像，如图3所示，进行迭代法阈值分割，得到图5所示的二值图；在光源较亮情况下，瓶盖区域灰度值为255，背景区域灰度值为0；在光源较暗情况下，背景区域灰度值仍然全为0，但瓶盖区域的灰度值可能不全为255，在瓶盖外圆和密封圈中间的区域的灰度值可能为0。图2为在光源较亮情况下拍摄，二值化之后，瓶盖区域灰度值为255，背景区域灰度值为0；
（3）将圆定位工具位置和大小设置成如图4所示的位置和大小。将鼠标移动到圆定位工具的圆周附近时，光标变成如图6(a)的形状，按下鼠标左键向左拖动移动圆定位工具的位置到图4所示位置，这时，圆、在圆上的等分布的矩形和箭头的位置也同时改变；将鼠标移动到圆定位工具的圆周右侧的小正方形（这个小正方形的图标为在鼠标的拖动下可以改变圆半径的图标）附近时，光标变成如图6（b）的形状，按下鼠标左键向左拖动改变圆定位工具的大小（不会改变在圆上的若干矩形和箭头的大小），如图4所示；
由于圆定位工具的位置和大小是在检测之前由人工进行调节的，设置完成之后，在检测中将不能再改变。所以设置圆定位工具的位置时要考虑到瓶盖在图像中的位置偏差问题（瓶盖每次在图像中的位置可能不同，偏差范围在40个像素以内），否则，可能找不到瓶盖外轮廓上的轮廓点。将箭头长度设置的大一些，可以避免上述问题，但是箭头长度设置的越大，检测时间就会越长，这里箭头的长度设置为40个像素。对于图5所示的二值化后的图像来说，箭头方向选择由圆外指向圆内还是由内向外得到的结果都是一样的，一般当背景中不存在噪点时，选择由圆外指向圆内；当目标中不存在噪点时，选择由圆内指向圆外；在圆上的矩形和箭头的个数越多，检测结果越精确，检测时间也越长，这里设置为63个。完成设置后，将圆定位工具的圆心位置，半径大小、箭头个数、箭头长度和箭头方向等5个变量保存。
（4）取出步骤（3）中保存的5个变量，通过这5个变量计算出圆定位工具中所有箭头所在位置的像素坐标。在本实施例中在二值图像中从箭头始端沿箭头方向进行搜索，判断当前像素值减去上一个像素为-255，并且当前像素减去下一个像素为0时，记录该像素点的位置，认为该像素点时瓶盖外圆轮廓上的点。继续搜索下一个箭头所在位置的外圆轮廓上的点。得到瓶盖外圆轮廓上所有箭头所在区域的轮廓点后，利用霍夫变换拟合出一个标准圆，得到瓶盖的圆心坐标和半径，如图7所示，图中，小十字所在位置为圆定位工具搜索得到的瓶盖外圆轮廓上的轮廓点；瓶盖中心的小正方形为霍夫变换得到的圆心位置，标准圆为霍夫变换拟合得到的圆。
（5）得到瓶盖的圆心坐标和半径后，从圆心出发向图像上方进行搜索，在本实施例中，当前像素点与下一个像素点的灰度差值为255时，认为当前点为瓶盖最上方的轮廓点。以该点作为轮廓跟踪的起始点，进行8邻域轮廓跟踪并记录跟踪到的像素点坐标。轮廓跟踪结果如图7所示。图7中，包络瓶盖外轮廓的曲线为轮廓跟踪得到的所有轮廓点。
（6）如果瓶盖不圆，某些地方有缺料或突出的地方，那么这些轮廓点与圆心的距离就会出现偏差，为了检测出此类缺陷，首先设定一个很小的区间范围，求取每个轮廓点与圆心的距离，从中找出最大值和最小值，并分别求取最大值和最小值与圆半径的差值，若两个差值的大小有一个不在所预设的区间内，则认为瓶盖存在不圆、多料或缺料类的缺陷。
（7）将轮廓上相隔一定像素的两点的连线近似认为是圆的切线，两点连线的中点近似认为是切点。根据切线的性质定理：圆的切线垂直于过切点的半径，如果轮廓跟踪得到的外圆轮廓是平滑不存在毛刺的，那么求得的夹角大概在75°-90°之间，外圆轮廓越接近标准圆，所求得的夹角越靠近90°；如果存在毛刺，求得的夹角大概在0°-75°之间，毛刺越小求得的夹角越大。本实施例中，取出轮廓跟踪时记录的像素点，将轮廓上相隔10个像素的两点的连线近似认为是圆的切线，求轮廓上所有的外圆切线与过切点的半径的夹角，最后求出最小夹角为0.93°。0.93°远小于90°，可见该瓶盖外圆轮廓存在毛刺，瓶盖为不合格的瓶盖。
Claims (3)
1.一种瓶盖缺陷视觉检测方法，所采用的检测系统包括承载瓶盖的传送带，传送带的主动轮上固定有编码器，在传送带周围的不同位置固定有光电传感器和工业相机及工控机，当有瓶盖经过光电传感器时，光电传感器发送信号给I/0控制卡，此时I/0控制卡记录编码器的码值，之后，以该码值作为识别该瓶盖的依据，以光电传感器的检测位置与工业相机的拍照位置之间的距离确定该瓶盖到达拍照位置处编码器转过的码值，以光电传感器与剔除位置之间的距离确定该瓶盖到达剔除位置转过的码值；工业相机拍摄的瓶盖图像被送入工控机，进行图像检测，若检测合格，将瓶盖经过光电传感器时记录的码值存入链表中，在剔除位置处，对链表中不存在码值的不合格的瓶盖，通过电磁阀剔除，其中，瓶盖图像检测的方法如下：
（1）开发一个圆定位工具，该工具为一个在屏幕上显示的工具，由一个圆、在圆周上等分布的若干箭头组成，该工具的圆的位置能够在鼠标的拖动下改变，在靠近圆周的某个位置设置一个用于在鼠标的拖动下能够改变圆的大小的图标；在圆上等分布的箭头的长度和个数可以改变，长度越长，所能检测的瓶盖图像的位置偏差范围越大，个数越多，检测精度越高；箭头的方向也可以通过选择来决定是从圆内指向圆外还是从圆外指向圆内；
（2）在进行自动检测之前，先采集一幅瓶盖图像，并在屏幕上显示该图像；
（3）利用鼠标拖动圆定位工具，使其移动到瓶盖图像中的瓶盖位置，改变圆的大小到适合自动检测的位置，并确定箭头的方向，保存确定好的圆定位工具的圆心位置、半径大小、箭头个数、箭头长度和箭头方向5个参数；
（4）计算出圆定位工具中所有箭头所在位置的像素坐标；
（5）在进行自动检测时，在同样的拍摄条件下提取待检测的瓶盖的图像，求取其二值图：对待检测的瓶盖图像进行迭代法阈值分割，得到二值图；
（6）根据已经确定的圆定位工具的圆心位置，半径大小、箭头个数、箭头长度和箭头方向5个参数，对待检测的瓶盖图像的二值图进行外圆轮廓的搜索，得到外圆轮廓上的若干轮廓点，将这些轮廓点利用霍夫变换进行拟合，得到待检测的瓶盖的图像的圆心坐标和半径；
（7）对二值图像进行8邻域轮廓跟踪，找出待检测的瓶盖的外圆轮廓上所有轮廓点；
（8）求取每个轮廓点与待检测的瓶盖的图像的圆心的距离，从中找出最大值和最小值，并分别求取两者与圆半径的差值，若两个差值的大小有一个不在所预设的区间范围内，则认为瓶盖存在不圆、多料或缺料类的缺陷，瓶盖为不合格的瓶盖；
（9）将待检测的瓶盖的外圆轮廓上相隔一定像素的两点的连线近似认为是圆的切线，两点连线的中点近似认为是切点，求外圆切线与过切点的半径的夹角，若求得的夹角大概在0°-75°之间，则认为存在毛刺，瓶盖为不合格的瓶盖。
2.根据权利要求1所述的瓶盖缺陷视觉检测方法，其特征在于，步骤（6）的方法如下：如果圆定位工具的箭头方向是从圆内指向圆外，从箭头始端沿箭头方向进行搜索时，判断当前像素值减去上一个像素为0，并且当前像素减去下一个像素为255时，记录该像素点的位置，认为该像素点时瓶盖外圆轮廓上的点，继续搜索下一个箭头所在位置的外圆轮廓上的点；如果圆定位工具的箭头方向是从圆外内指向圆内，从箭头始端沿箭头方向进行搜索时，判断当前像素值减去上一个像素为-255，并且当前像素减去下一个像素为0时，记录该像素点的位置，认为该像素点时瓶盖外圆轮廓上的点，继续搜索下一个箭头所在位置的外圆轮廓上的点；在得到瓶盖外圆轮廓上所有箭头所在区域的轮廓点后，利用霍夫变换拟合出一个标准圆，得到瓶盖的圆心坐标和半径。
3.根据权利要求1所述的瓶盖缺陷视觉检测方法，其特征在于，步骤（7）的方法如下：已知瓶盖圆心坐标和半径，从圆心出发向待检测的瓶盖图像的某个方向进行搜索，当前像素点与下一个像素点的灰度差值为255时，认为当前像素点为可能为轮廓上的点，再判断当前像素点到圆心的距离是否和半径相当，如果相差较小，在设定的阈值范围内，则认为是外圆轮廓上的点，否则，继续沿着该方向向外按照同样的方法继续搜索，直到找到外圆轮廓上的点为止，以该点作为轮廓跟踪的起始点，轮廓跟踪时，记录跟踪到的像素点坐标。
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