CN104458760A - 自动灯检机异物检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动灯检机异物检测装置，包括一个以上的检测工位，每个检测工位上设有相机、用于提供明场照明的明场光源组件和用于提供暗场照明的暗场光源组件，所述明场光源组件和暗场光源组件交替地照亮同一个待检测瓶体，所述相机在待检测瓶体被照亮时对待检测瓶体进行图像采集。本发明结构简单、成本低廉、检测效率和精度高、可在一个工位同时实现明场与暗场检测。

Description

自动灯检机异物检测装置

技术领域

本发明主要涉及食品、医药包装机械领域，特指一种用于自动灯检机上的异物检测装置。

背景技术

在食品、医药包装设备领域，为了检测瓶装液态食品或药品（如：安瓿瓶、口服液、西林瓶等）中的异物，常采用人工灯检和自动灯检的方法。由于人工灯检检测精度不够，检测结果易受人为主观情绪影响等因素，现在人工灯检逐步被自动灯检所替代。

现有灯检机，是在一个转盘上设置多个异物检测工位，这些工位包括至少一个明场检测工位和至少一个暗场检测工位，明场和暗场工位所检测的异物的物理性质（这里主要指光学性质）也不同。明场检测工位采用明场光源照明，主要检测诸如头发丝、黑块等不透明异物；采集的照片主要特征是照片的整体灰度值较高，而异物表现出的灰度值一定小于图像处理区域的整体灰度值。暗场检测工位采用暗场光源照明，主要检测诸如玻璃屑、白块等反射或散射比较强的异物；采集的照片主要特征是照片的整体灰度值较低，而异物表现出的灰度值一定大于图像处理区域的整体灰度值。正是明场和暗场所采集照片之间的这种物理上的矛盾，一般认为在同一个工位上不能同时实现对头发丝、黑块、玻璃屑、白块等异物的检测。自动灯检机的这种明场检测工位与暗场检测工位分开检测的设计已经相对成熟，但工位分开有一个不可能完全消除的缺陷，即明场检测工位和暗场检测工位的光源同时打开和同时关闭，使得两工位之间杂光相互影响，导致误检率和漏检率增加。再者，每个工位的相机、瓶子和光源进行同步图像采集前需要对瓶子进行高速旋转并刹车，这个过程瓶子容易破裂使得药液溅出损坏相机、镜头，并且每个工位需要设置对应的机械结构以及旋瓶控制系统，导致整个异物检测装置的结构非常庞大复杂，造价较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低廉、检测效率和精度高、可在一个工位同时实现明场与暗场检测的自动灯检机异物检测装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种自动灯检机异物检测装置，包括一个以上的检测工位，每个检测工位上设有相机、用于提供明场照明的明场光源组件和用于提供暗场照明的暗场光源组件，所述明场光源组件和暗场光源组件交替地照亮同一个待检测瓶体，所述相机在待检测瓶体被照亮时对待检测瓶体进行图像采集。

作为上述技术方案的进一步改进：

每个所述检测工位上对同一个待检测瓶体进行图像采集的相机为一个，所述相机对待检测瓶体交替地进行明场图像采集和暗场图像采集。

所述相机水平布置朝向待检测瓶体；或者，所述相机的布置方向与水平方向呈一定夹角，待检测瓶体的图像通过反光镜或棱镜反射入相机。

每个所述检测工位上对同一个待检测瓶体进行图像采集的相机为两个，其中一个相机对待检测瓶体进行明场图像采集，另一个相机对待检测瓶体进行暗场图像采集。

同一个检测工位上的两个相机中，其中一个相机水平布置朝向待检测瓶体，另一个相机的布置方向与水平方向呈一定夹角，水平布置的相机与待检测瓶体之间设有一可将待检测瓶体的图像反射入另一个相机的分光镜。

另一个相机的布置方向与水平方向呈90度夹角，所述分光镜的布置方向与水平方向呈45度夹角。

所述明场光源组件包括面向待检测瓶体的面光源，所述面光源与相机分别布置于待检测瓶体的两侧，所述暗场光源组件包括位于待检测瓶体底部并竖直照向待检测瓶体的底光源。

所述暗场光源组件还包括位于待检测瓶体一侧并倾斜照向待检测瓶体的侧光源，所述侧光源与面光源位于待检测瓶体的同一侧；或者，所述侧光源与面光源分别位于待检测瓶体的相对两侧。

所述面光源为背光源，所述底光源为LED点光源，所述侧光源为LED点光源或条形光源。

所述明场光源组件和暗场光源组件每次照亮瓶体的时间大于相机每次采集图像的时间。

所述明场光源组件和暗场光源组件的光谱至少为可见光、近红外光或紫外光的任意一种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的自动灯检机异物检测装置，通过在一个检测工位上同时设置明场光源组件和暗场光源组件，并使明场光源组件和暗场光源组件交替地照亮同一个待检测瓶体，从而使同一个检测工位上的相机能够交替地对待检测瓶体进行明场图像采集和暗场图像采集，实现在同一个检测工位同时对头发丝、黑块、玻璃屑、白块等异物的检测，可将检测工位的数量缩减一半，简化了整个异物检测装置的机械结构和伺服控制系统，降低了成本；同时，检测工位的数量缩减一半，能够大大降低由于机械不稳定或者瓶体高速旋转将瓶体甩出和破损对相机镜头的损坏概率。

2、本发明的自动灯检机异物检测装置，由于明场光源组件与暗场光源组件交替照亮瓶体，即，明场光源组件打开时，暗场光源组件关闭；暗场光源组件打开时，明场光源关闭，这样可以有效消除明场光源组件与暗场光源组件之间的杂光影响，提高异物检测效率和精度。

附图说明

图1为本发明在自动灯检机上的位置示意图。

图2为实施例1中第一种相机布置结构示意图。

图3为实施例1中第二种相机布置结构示意图。

图4为实施例1中第三种相机布置结构示意图。

图5为实施例1在侧光源与背光源分设于待检测瓶体两侧时的结构示意图。

图6为实施例1在图5的基础上增设偏振片时的结构示意图。

图7为实施例1在图6的基础上增设滤光片时的结构示意图。

图8为实施例2的结构示意图。

图9为实施例1各信号对比示意图。

图10为实施例1图像采集情况示意图。

图11为实施例2各信号对比示意图。

图12为实施例2图像采集情况示意图。

图例说明：1、检测工位；2、相机；3、瓶体；4、反光镜；5、棱镜；6、分光镜；7、面光源；8、底光源；9、侧光源；10、偏振片；11、滤光片；12、灯检盘；13、进瓶部件；14、出瓶部件；15、托瓶机构；16、压瓶机构。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例的自动灯检机异物检测装置，包括一个以上的检测工位1，本实施例以一个为例，若检测工位1为多个，则沿灯检盘12的圆周方向布置。每个检测工位1上设有相机2、用于提供明场照明的明场光源组件和用于提供暗场照明的暗场光源组件，明场光源组件和暗场光源组件交替地照亮同一个待检测瓶体3，相机2在待检测瓶体3被照亮时对待检测瓶体3进行图像采集。工作时，瓶体3从进瓶部件13进入灯检盘12，进入灯检盘12后，参见图2，瓶体3支承于托瓶机构15上，瓶体3顶部通过压瓶机构16压紧。瓶体3进入检测工位1之前，通过旋瓶机构（图未示）进行高速旋转并刹车，旋转速度根据瓶内液体的装量、异物主要特征等来确定，旋转速度一般为100～2000r/s。刹车后瓶体停止转动，随灯检盘12旋转运动一段时间进入检测工位1。进入检测工位1后，灯检机的PLC发出同步控制信号，相机2、明场光源组件和暗场光源组件在跟踪机构（图未示）的带动下跟随灯检盘12一起旋转。此时相机2、明场光源组件、暗场光源组件与对应的待检测瓶体3处于相对静止，开始进行异物检测。检测过程中，明场光源组件和暗场光源组件交替地打开关闭（即交替频闪），从而交替地对同一个待检测瓶体3进行照明；待检测瓶体3每次被照亮时，都通过相机2进行图像采集，取得一帧图像；经过一段时间的采集后，便可取得多帧明场图像和暗场图像，实现对瓶内液体中头发丝、黑块、玻璃屑、白块等异物的同时检测。检测完成的瓶体3仍然跟随灯检盘12旋转进入出瓶部件14，相机2、明场光源组件和暗场光源组件则在跟踪机构的带动下快速返回至初始位置，开始对下一个瓶体3进行异物检测。

参见图2，本实施例中，每个检测工位1上对同一个待检测瓶体3进行图像采集的相机2为一个，相机2可采用面阵CCD相机或面阵CMOS相机，相机2对待检测瓶体3交替地进行明场图像采集和暗场图像采集，采集的图像如图10所示。

参见图2，本实施例中，相机2水平布置朝向待检测瓶体3，可非常方便地对瓶体3进行图像采集。当然，为了避免瓶体3破碎或者甩出对相机2镜头造成损坏，也可设置成图3所示，使相机2的布置方向与水平方向呈一定夹角，待检测瓶体3的图像通过反光镜4反射入相机2。还可设置成图4所示，使相机2的布置方向与水平方向呈一定夹角，待检测瓶体3的图像通过棱镜5反射入相机2。这两种布置方式中，优选地，相机2的布置方向与水平方向的夹角为90度，反光镜4或棱镜5的反射面与水平方向的夹角为45度。

本实施例中，明场光源组件包括面向待检测瓶体3的面光源7，面光源7与相机2分别布置于待检测瓶体3的两侧，实际应用中，相机2可位于灯检盘12的外侧，也可位于灯检盘12的内侧。暗场光源组件包括位于待检测瓶体3底部并竖直照向待检测瓶体3的底光源8。托瓶机构15具有通光孔（图未示），底光源8的光穿过通光孔照到待检测瓶体3上。

本实施例中，为了增强暗场光源组件的光强，暗场光源组件还包括位于待检测瓶体3一侧并倾斜照向待检测瓶体3的侧光源9。

本实施例中，面光源7采用光束发散均匀的背光源，底光源8采用LED点光源，侧光源9采用LED点光源或条形光源。当然，各光源也可根据实际需要采用激光、激光二极管、荧光灯或卤素灯等。各光源的光谱可根据实际需要采用至少可见光、近红外光或紫外光的任意一种。当瓶体3为透明、半透明时，优先使用可见光光源，可见光光源包括宽光谱的白光光源和单色可见光光源（例如蓝光、绿光、红光光源）；当瓶体3为深色、甚至人眼看起来为黑色时，优先使用近红外光源，尤其指780~1000nm波段的近红外光源。

参见图2，本实施例中，侧光源9与面光源7位于待检测瓶体3的同一侧，可避免侧光源9发出的光被面光源7反射形成杂光干扰。

当然，为了使面光源7的设计空间更充裕，离瓶体3更近，以降低面光源7的尺寸需求，使整个检测装置的结构更加紧凑，也可如图5所示，将侧光源9与面光源7分设于待检测瓶体3的相对两侧。由于此情况下侧光源9发出的光会被面光源7反射形成杂光干扰，为了解决此情况，可如图6所示，在面光源7与待检测瓶体3之间设置偏振片10，从而有效减小杂光影响。还可如图7所示，进一步在相机2与待检测瓶体3之间设置滤光片11，对深颜色瓶体3的检测，滤光片11选择可见光截止滤光片；对于透明瓶体3的检测，滤光片11选择带通滤光片。另外，增加滤光片11，可以减少环境杂光的影响。

图9为本实施例检测过程中PLC控制信号、各光源频闪信号、相机2图像采集信号的对比示意图，以水平方向代表时间轴。从图中可以看出，明场光源组件和暗场光源组件每次打开的时间大于相机2每次采集图像的时间，可使相机2采集的图像更加精确。各光源、相机2以及所对应的一个瓶体3的同步检测过程为：PLC控制信号上升沿到达，面光源7打开；经过一段时间延迟，相机2图像采集信号上升沿到达，快门打开，图像采集开始；经过一段时间曝光，相机2图像采集信号下降沿到达，快门关闭，一帧明场图像采集完毕；经过一段时间延迟，面光源7频闪信号下降沿到达，面光源7关闭；此时底光源8和侧光源9频闪信号上升沿到达，两个光源同时打开；经过一段时间延迟，相机2图像采集信号上升沿到达，快门打开，图像采集开始；经过一段时间曝光，相机2图像采集信号下降沿到达，快门关闭，一帧暗场图像采集完毕；经过一段时间延迟，底光源8和侧光源9频闪信号下降沿到达，两个光源同时关闭；此时面光源7频闪信号上升沿到达，面光源7打开，进入下一帧明场图像与暗场图像采集。一段时间后，PLC控制信号下降沿到达，各光源、相机2以及所对应的瓶体3的同步过程结束，单个工位对该瓶体3的明场图像与暗场图像采集结束，图像采集结果如图10所示。检测完成的瓶体3仍然跟随灯检盘12一起运动进入出瓶部件14，各光源、相机2则沿着原来的轨迹迅速返回至初始位置，PLC控制信号上升沿再次到达，进入对下一个瓶体3的同步检测过程。

从图10可以看出，一个同步检测过程中，相机2对瓶体3交替地进行明场图像采集和暗场图像采集。明场图像中异物表现出的灰度值小于图像整体灰度值，异物在序列图像中表现出运动的特性；暗场图像中异物表现出的灰度值大于图像整体灰度值，异物在序列图像中同样表现出运动的特性。

实施例2：

参见图8，本实施的结构与实施例1大致相同，不同之处在于：每个检测工位1上对同一个待检测瓶体3进行图像采集的相机2为两个，其中一个相机2对待检测瓶体3进行明场图像采集，另一个相机2对待检测瓶体3进行暗场图像采集。两个相机2分别采集的图像如图12所示。由于采用两个相机2分别进行明场图像采集和暗场图像采集，因此对相机2帧率和数据采集卡速度的要求降低，在采集图像数量相同的情况下，双相机结构中的相机帧率可以为单相机结构的一半。另外双相机结构可以简化整个软件和系统结构，图像处理也更为方便，在高检测速度和通过增加一个同步周期内拍照数量来提高检测精度的情况下双相机结构更具优势。与单相机检测相比，双相机检测可在达到同样检测速度的前提下降低相机2的成本，或者在使用相同相机2的前提下，通过提高光源频闪速度来提高检测速度。

本实施例中，同一个检测工位1上的两个相机2中，其中一个相机2水平布置朝向待检测瓶体3，另一个相机2的布置方向与水平方向呈一定夹角，水平布置的相机2与待检测瓶体3之间设有一可将待检测瓶体3的图像反射入另一个相机2的分光镜6。优选地，另一个相机2的布置方向与水平方向呈90度夹角，分光镜6的布置方向与水平方向呈45度夹角。

同样地，双相机检测结构也可采用单相机检测结构中所提到的“面光源7与相机2分别布置于待检测瓶体3的两侧”、“在面光源7与待检测瓶体3之间设置偏振片10”、“在水平布置的相机2与待检测瓶体3之间设置滤光片11”等布置方式，其设计思路和所能达到的效果与单相机检测结构相同。

图11为本实施例检测过程中PLC控制信号、各光源频闪信号、两个相机2图像采集信号的对比示意图，其中，第一相机代表水平布置的相机2，第二相机代表另一个相机2，以水平方向代表时间轴。各光源、两个相机2以及所对应的一个瓶体3的同步检测过程为：PLC控制信号上升沿到达，面光源7打开；经过一段时间延迟，第一相机图像采集信号上升沿到达，快门打开，图像采集开始；经过一段时间曝光，第一相机图像采集信号下降沿到达，快门关闭，一帧明场图像采集完毕；经过一段时间延迟，面光源7频闪信号下降沿到达，面光源7关闭；此时底光源8和侧光源9频闪信号上升沿到达，两个光源同时打开；经过一段时间延迟，第二相机图像采集信号上升沿到达，快门打开，图像采集开始；经过一段时间曝光，第二相机图像采集信号下降沿到达，快门关闭，一帧暗场图像采集完毕；经过一段时间延迟，底光源8和侧光源9频闪信号下降沿到达，两个光源同时关闭；此时面光源7频闪信号上升沿到达，面光源7打开，进入下一帧明场图像与暗场图像采集。一段时间后，PLC控制信号下降沿到达，各光源、两个相机2以及所对应的瓶体3的同步过程结束，单个工位对该瓶体3的明场图像与暗场图像采集结束，图像采集结果如图12所示。检测完成的瓶体3仍然跟随灯检盘12一起运动进入出瓶部件14，各光源、两个相机2则沿着原来的轨迹迅速返回至初始位置，PLC控制信号上升沿再次到达，进入对下一个瓶体3的同步检测过程。

从图10可以看出，一个同步检测过程中，第一相机对瓶体3进行明场图像采集，第二相机对瓶体3进行暗场图像采集。明场图像中异物表现出的灰度值小于图像整体灰度值，异物在序列图像中表现出运动的特性；暗场图像中异物表现出的灰度值大于图像整体灰度值，异物在序列图像中同样表现出运动的特性。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种自动灯检机异物检测装置，包括一个以上的检测工位（1），其特征在于：每个检测工位（1）上设有相机（2）、用于提供明场照明的明场光源组件和用于提供暗场照明的暗场光源组件，所述明场光源组件和暗场光源组件交替地照亮同一个待检测瓶体（3），所述相机（2）在待检测瓶体（3）被照亮时对待检测瓶体（3）进行图像采集。

2.根据权利要求1所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：每个所述检测工位（1）上对同一个待检测瓶体（3）进行图像采集的相机（2）为一个，所述相机（2）对待检测瓶体（3）交替地进行明场图像采集和暗场图像采集。

3.根据权利要求2所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：所述相机（2）水平布置朝向待检测瓶体（3）；或者，所述相机（2）的布置方向与水平方向呈一定夹角，待检测瓶体（3）的图像通过反光镜（4）或棱镜（5）反射入相机（2）。

4.根据权利要求1所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：每个所述检测工位（1）上对同一个待检测瓶体（3）进行图像采集的相机（2）为两个，其中一个相机（2）对待检测瓶体（3）进行明场图像采集，另一个相机（2）对待检测瓶体（3）进行暗场图像采集。

5.根据权利要求4所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：同一个检测工位（1）上的两个相机（2）中，其中一个相机（2）水平布置朝向待检测瓶体（3），另一个相机（2）的布置方向与水平方向呈一定夹角，水平布置的相机（2）与待检测瓶体（3）之间设有一可将待检测瓶体（3）的图像反射入另一个相机（2）的分光镜（6）。

6.根据权利要求5所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：另一个相机（2）的布置方向与水平方向呈90度夹角，所述分光镜（6）的布置方向与水平方向呈45度夹角。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：所述明场光源组件包括面向待检测瓶体（3）的面光源（7），所述面光源（7）与相机（2）分别布置于待检测瓶体（3）的两侧，所述暗场光源组件包括位于待检测瓶体（3）底部并竖直照向待检测瓶体（3）的底光源（8）。

8.根据权利要求7所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：所述暗场光源组件还包括位于待检测瓶体（3）一侧并倾斜照向待检测瓶体（3）的侧光源（9），所述侧光源（9）与面光源（7）位于待检测瓶体（3）的同一侧；或者，所述侧光源（9）与面光源（7）分别位于待检测瓶体（3）的相对两侧。

9.根据权利要求8所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：所述面光源（7）为背光源，所述底光源（8）为LED点光源，所述侧光源（9）为LED点光源或条形光源。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：所述明场光源组件和暗场光源组件每次照亮瓶体（3）的时间大于相机（2）每次采集图像的时间。

11.根据权利要求1至6中任意一项所述的自动灯检机异物检测装置，其特征在于：所述明场光源组件和暗场光源组件的光谱至少为可见光、近红外光或紫外光的任意一种。