CN104764746B - 一种全方位pet瓶盖防盗环缺陷的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法，通过第一检测柜的正面光检测工位Ⅰ和正面光检测工位Ⅱ，第二检测柜的背光检测工位Ⅰ和背光检测工位Ⅱ，前置光图像处理采取瓶盖顶部定位、均衡化处理、缺陷特征提取和缺陷判决工艺，背光图像处理采取适配环定位、缺陷特征提取和缺陷判决工艺，将瓶盖防盗环不同位置的缺陷进行无盲区检测，成本低，检测精度高。

Description

一种全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法

技术领域

本发明属于工业自动化检测技术领域，具体涉及一种全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法。

背景技术

目前，食品的安全问题越来越受到政府和国民的关注。在现有的啤酒、饮料和药品的生产过程中，都要求灌装容器满足相应的质量标准，在生产的每一个环节都要进行严格的检测，一旦出现不合格的瓶口，则不但影响生产厂家的声誉，而且由于瓶口与消费者的亲密接触，可能会造成使用者受伤，导致消费者的切身利益受到损失。其中，密封性是否完好是PET瓶包装中非常重要的指标之一，不但直接影响PET瓶内部食品的质量，也影响产品外观，因此对瓶盖状态的检测有着非常重要的意义。而防盗环作为PET瓶未开启的标志，直接影响产品的密封性和外观。防盗环缺陷主要是由于在旋盖过程中扭力或者灌装压力不合适导致的，而缺陷的表现主要有架桥点断开、防盗环断裂、防盗环缺失和防盗环内卷等，防盗环缺陷检测难点在于缺陷发生的位置和表现形式不确定。目前的基于前置光检测防盗环缺陷的方法，存在需要很多个工位或者复杂的镜面成像才能实现全方位的检测，结构复杂，稳定性差，大大增加了硬件的复杂度和成本，在检测系统中存在视角盲区的问题，影响了检测精度。

发明内容

本发明的目的是：提供一种成本低、检测精度高、无盲区的全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法。

本发明的技术方案是：一种全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法，包括以下步骤：

（一）将待测PET瓶通过输送带移动，通过第一检测柜的正面光检测工位Ⅰ、正面光检测工位Ⅱ，第二检测柜的背光检测工位Ⅰ和背光检测工位Ⅱ；所述正面光检测工位Ⅰ包括相机A1和光源Ⅰ，正面光检测工位Ⅱ包括相机A2和光源Ⅱ，背光检测工位Ⅰ包括相机B1和均匀面光Ⅰ，背光检测工位Ⅱ包括相机B2和均匀面光Ⅱ；相机A1和相机A2分别设置在瓶盖两侧，采用前置光成像，相机A1和相机A2观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖适配环高度一致，光源Ⅰ放置于相机A1上方或下方，和瓶盖与相机A1连线对称位置，斜下或斜上角度照射瓶盖区域；光源Ⅱ放置于相机A2上方或下方，和瓶盖与相机A2连线对称位置，斜下或斜上角度照射瓶盖区域；相机B1和相机B2分别设置在瓶盖两侧，采用背光成像，相机B1和相机A1同一角度，相机B1观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖适配环高度一致，均匀面光Ⅰ放置在瓶盖和相机B1连线的正后方；相机B2和相机A2同一角度，相机B2观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖适配环高度一致，均匀面光Ⅱ放置在瓶盖和相机B2连线的正后方；

（二）将相机A1和相机A2取得的前置光图像输入图像处理系统进行图像处理，包括以下工艺步骤：

1、瓶盖顶部定位：通过获取接近瓶盖边缘位置的两侧顶部轮廓获得瓶盖的位置和姿态；将图像按照图像中心为旋转中心，以求取的直线倾角为角度对原图像进行旋转后，通过动态二值化获取瓶盖区域的定位后图像；

2、均衡化处理：采用圆柱表面光照二次曲线模型对定位后图像的瓶盖表面亮度进行修正，获得均衡化图像；

3、缺陷特征提取和缺陷判决：桥接区域采用局部动态二值化对获得的均衡化图像进行区域分割，并进行形态学开运算将原本断开的缺陷区域连接起来，提取在Y方向上的梯度响应，当梯度响应和缺陷面积、长度大于给定的阈值，则判断有断桥出现；防盗环区域采用局部动态二值化的分割算法，对均衡化图像的缺陷区域进行提取，当缺陷面积大于给定阈值后，判定为防盗环异常；

（三）将相机B1和相机B2取得的背光图像输入图像处理系统进行图像处理，包括以下工艺步骤：

1、适配环定位：将图像和检测区域进行相应的变换，将防盗环检测框放置在瓶盖的桥接位置；

2、缺陷特征提取和缺陷判决：提取瓶盖Y方向上的边缘响应并进行二值化，当边缘响应的区域大于给定阈值，则判定当前区域内有防盗环缺陷存在；

（四）通过与图像处理系统连接的剔除装置对步骤（二）和步骤（三）中PET瓶盖防盗环缺陷的瓶子剔除。

进一步的，所述步骤（二）中利用Sobel算子提取在Y方向上的梯度响应，步骤（三）中利用Sobel算子提取在Y方向上的边缘响应。

所述第一检测柜内的正面光检测工位Ⅰ和正面光检测工位Ⅱ采用异步成像。

本发明的有益效果是：

1、360度无盲区检测：采用平行的背光和前置光补偿的方式，实现了360度全方位无盲区的防盗环检测；将瓶盖区域划分成多个视角中进行观测，只需要2个前置光工位、2个背光工位将不同位置的缺陷进行无盲区的成像，降低硬件成本；同时，能够很好的消除相邻视角光源带来的影响，提高成像质量和检测精度。

2、高精度检测算法：在背光成像上，通过提取瓶盖侧边上的纵向下边缘梯度特征，精确检测处于该位置的防盗环缺陷；在前置光成像上，通过利用瓶盖顶部形状进行的定位，能够精确定位瓶盖的位置和姿态；在此基础上，根据瓶盖尺寸，自适应的调整检测框位置；采用圆柱表面光照二次曲线模型对定位后图像的瓶盖表面亮度进行修正，获得均衡化图像；融合纵向梯度特征和局部动态二值化区域特征，分别对桥接缺陷和环缺陷进行检测。

3、降低误剔除率：由于采用位置自适应的检测算法，能够根据瓶盖大小自动调整检测框的位置和大小，消除瓶子在链道上由于前后左右位置不同导致的成像姿态的差异，降低了误剔除率。

和现有的技术相比，本发明具有无盲区、结构简单、成本低、检测精度高等优点，对断桥、断环、卷边和缺失等防盗环缺陷达到了99.9%以上的检测精度，适用于多种PET瓶盖。

附图说明

图1是本发明的背光和前置光补偿观测光路图；

图2是本发明的全方位检测装置结构图；

图3是本发明的整体流程图；

图4是本发明的前置光成像工艺流程图；

图5是本发明的背光成像工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步描述，以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法，包括以下步骤：

步骤一、将待测PET瓶通过输送带2移动，通过第一检测柜4的正面光检测工位Ⅰ、正面光检测工位Ⅱ，第二检测柜5的背光检测工位Ⅰ和背光检测工位Ⅱ，如图2本发明的全方位检测装置结构图所示。正面光检测工位Ⅰ包括相机A1和光源Ⅰ6，正面光检测工位Ⅱ包括相机A2和光源Ⅱ7，背光检测工位Ⅰ包括相机B1和均匀面光Ⅰ8，背光检测工位Ⅱ包括相机B2和均匀面光Ⅱ9，如图1本发明的背光和前置光补偿观测光路图所示。相机A1和相机A2分别设置在瓶盖1两侧，采用前置光成像，相机A1和相机A2观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖1适配环高度一致。光源Ⅰ6放置于相机A1上方或下方，和瓶盖与相机A1连线对称位置，斜下或斜上角度照射瓶盖区域。光源Ⅱ7放置于相机A2上方或下方，和瓶盖与相机A2连线对称位置，斜下或斜上角度照射瓶盖区域。相机B1和相机B2分别设置在瓶盖1两侧，采用背光成像，相机B1和相机A1同一角度，相机B1观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖适配环高度一致，均匀面光Ⅰ8放置在瓶盖和相机B1连线的正后方。相机B2和相机A2同一角度，相机B2观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖1适配环高度一致，均匀面光Ⅱ9放置在瓶盖和相机B2连线的正后方。

步骤二、将相机A1和相机A2取得的前置光图像输入图像处理系统进行图像处理，如图4本发明的前置光成像工艺流程图所示，具体包括以下工艺步骤：

1、瓶盖顶部定位：首先通过瓶盖位置进行定位操作，具体流程如下：

1.1、从上往下的方向寻找上升Y方向的上升边缘响应，经过平滑滤波后得到瓶盖顶部的轮廓T(x)，其中T(x)是以x坐标为自变量的坐标值；

1.2、通过获取接近瓶盖边缘位置的两侧顶部轮廓，即选取T(n)和T(x-n)的坐标点求取瓶盖顶部直线方程；

1.3、如果顶部直线倾角的角度值小于10的负6次方，则进行1.4步，否则将图像按照图像中心为旋转中心，以求取的直线倾角为角度对原图像进行旋转后，重新进行（1.1~1.2）步的操作；

1.4、按照获取的瓶盖位置，通过动态二值化获取瓶盖区域的定位后图像，计算获得瓶盖宽度，和标准宽度进行对比后获得缩放系数，用于对后续检测框的位置进行修正。

以上可以消除待检测瓶子由于在链道上晃动导致的瓶盖倾斜或者前后左右位置的变化引起的放缩所带来的干扰，提高对防盗环缺陷检测的准确度和精度，降低误检率。

2、均衡化处理：由于前置光利用瓶盖反光获得成像，因此瓶盖表面亮度不能很均匀。因此，采用圆柱表面光照二次曲线模型对定位后图像的瓶盖表面亮度进行修正，获得均衡化图像。

3、缺陷特征提取和缺陷判决：利用修正过的检测框分别检测桥接区域和防盗环区域。桥接区域主要检测发生断裂的缺陷，因此桥接区域采用局部动态二值化对获得的均衡化图像进行区域分割，并进行形态学开运算将原本断开的缺陷区域连接起来，同时利用Sobel算子提取在Y方向上的梯度响应，当梯度响应和缺陷面积、长度大于给定的阈值，则判断有断桥出现；防盗环区域主要检测防盗环不完整的缺陷，因此主要采用局部动态二值化的分割算法，对均衡化图像的缺陷区域进行提取，当缺陷面积大于给定阈值后，判定为防盗环异常。由于之前进行的定位操作和均衡化操作，配合上述的检测算法，很大程度地提高了检测算法的稳定性和精度。

步骤三、将相机B1和相机B2取得的背光图像输入图像处理系统进行图像处理，如图5本发明的背光成像工艺流程图所示，具体包括以下工艺步骤：

1、适配环定位：首先通过适配环的位置进行定位，获得定位参数后，将图像和检测区域进行相应的变换，将防盗环检测框放置在瓶盖的桥接位置，检测框大小略向外延长，保证包含防盗环外翘的情况；

2、缺陷特征提取和缺陷判决：利用Y方向的Sobel算子，提取瓶盖Y方向上的边缘响应并进行二值化，当边缘响应的区域大于给定阈值，则判定当前区域内有防盗环缺陷存在。在前置光盲区的范围内，背光检测到了很强的Y方向梯度响应，补偿了前置光方式的不足。由于背光图像的对比度很强，因此对这样的缺陷检测准确率很高。

步骤四、通过与图像处理系统连接的剔除装置对步骤二和步骤三中PET瓶盖防盗环缺陷的瓶子剔除。

从图1本发明的背光和前置光补偿观测光路图可以看出，相机A1、相机A2通过前置的方式可以观测到瓶盖左右两侧M1、M2区域，但是当缺陷处于瓶盖上下两侧时不能被观测到。而考虑到背光图像的特点，能够对边缘的轮廓有很好的反应，而处于这个区域的防盗环缺陷正好能够在边缘区域有响应。因此，本发明设计了和前置光同一角度下，用相机B1、相机B2进行背光成像，相机B1、相机B2成像所能检测的区域如瓶盖上下方所标柱的N1、N2区域，正好是前置光成像的盲区。通过融合这两种区域的检测结果，可以实现360度无盲区的检测。

前置光成像下，瓶盖区域会呈现较高的亮度而背景和缺陷区域都是灰度值较低的区域。如果将前置光检测工位设计在同一个瓶子对称两侧的一条直线上，特别是轻量瓶盖的透光性，对面的光照容易影响本侧的成像效果，使得缺陷对比度降低。因此，本发明设计了图2的结构。左侧进瓶端是一组左右对称的吹水装置3，吹水装置3安装高度略高于瓶盖，用一组吹嘴垂直向下吹气，清除瓶盖顶部的水珠，另几组气嘴以斜下方约45°的角度从瓶盖的两侧进行吹气，去除瓶盖测侧壁和适配环上的水珠，减少瓶盖上的水珠对后续检测影响。然后进入第一检测柜4，正面光检测工位Ⅰ和正面光检测工位Ⅱ设有异步触发装置，采用异步成像，通过这样的异步方式，在不增加检测柜空间的条件下，避免了对面光源穿透过来的光所引起的干扰。然后再进入第二检测柜5，第二检测柜采用和第一检测柜相同的观测角度，通过背光方式进行防盗环缺陷的检测，很好地补偿了前置光检测柜的检测盲区，可检测防盗环断桥、断环、缺失和卷边等缺陷，而第二检测柜5还可以用来检测瓶盖旋盖时的高盖、歪盖或无盖等缺陷，很大程度上减少了瓶盖检测系统的硬件复杂度和成本。

图3是本发明的整体流程图，通过四个检测工位，结合4个视角的前置光和背光图像，将不同位置的缺陷进行无盲区的成像，分别利用前置光更容易检测纹理、背光更容易检测边缘的不同成像特点，针对背光图像，设计了采用瓶盖纵向下边缘梯度特征的检测方法；针对前置光图像，设计了融合纵向梯度特征和局部动态二值化后的连通域特征的检测算法，实现了大于等于2个桥接点断裂的断桥检测精度，进行检测后联合判断待检测产品是否合格，不合格产品执行剔除动作。

Claims (3)

1.一种全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（一）将待测PET瓶通过输送带（2）移动，通过第一检测柜（4）的正面光检测工位Ⅰ、正面光检测工位Ⅱ，第二检测柜（5）的背光检测工位Ⅰ和背光检测工位Ⅱ；所述正面光检测工位Ⅰ包括相机A1和光源Ⅰ（6），正面光检测工位Ⅱ包括相机A2和光源Ⅱ（7），背光检测工位Ⅰ包括相机B1和均匀面光Ⅰ（8），背光检测工位Ⅱ包括相机B2和均匀面光Ⅱ（9）；相机A1和相机A2分别设置在瓶盖（1）两侧，采用前置光成像，相机A1和相机A2观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖（1）适配环高度一致，光源Ⅰ（6）放置于相机A1上方或下方，和瓶盖与相机A1连线对称位置，斜下或斜上角度照射瓶盖区域；光源Ⅱ（7）放置于相机A2上方或下方，和瓶盖与相机A2连线对称位置，斜下或斜上角度照射瓶盖区域；相机B1和相机B2分别设置在瓶盖（1）两侧，采用背光成像，相机B1和相机A1同一角度，相机B1观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖（1）适配环高度一致，均匀面光Ⅰ（8）放置在瓶盖和相机B1连线的正后方；相机B2和相机A2同一角度，相机B2观测角度水平，高度和待检测PET瓶盖适配环高度一致，均匀面光Ⅱ（9）放置在瓶盖和相机B2连线的正后方；

（二）将相机A1和相机A2取得的前置光图像输入图像处理系统进行图像处理，包括以下工艺步骤：

a、瓶盖顶部定位：通过获取接近瓶盖边缘位置的两侧顶部轮廓获得瓶盖的位置和姿态；将图像按照图像中心为旋转中心，以求取的直线倾角为角度对原图像进行旋转后，通过动态二值化获取瓶盖区域的定位后图像；

b、均衡化处理：采用圆柱表面光照二次曲线模型对定位后图像的瓶盖表面亮度进行修正，获得均衡化图像；

c、缺陷特征提取和缺陷判决：桥接区域采用局部动态二值化对获得的均衡化图像进行区域分割，并进行形态学开运算将原本断开的缺陷区域连接起来，提取在Y方向上的梯度响应，当梯度响应和缺陷面积、长度大于给定的阈值，则判断有断桥出现；防盗环区域采用局部动态二值化的分割算法，对均衡化图像的缺陷区域进行提取，当缺陷面积大于给定阈值后，判定为防盗环异常；

（三）将相机B1和相机B2取得的背光图像输入图像处理系统进行图像处理，包括以下工艺步骤：

a、适配环定位：将图像和检测区域进行相应的变换，将防盗环检测框放置在瓶盖的桥接位置；

b、缺陷特征提取和缺陷判决：提取瓶盖Y方向上的边缘响应并进行二值化，当边缘响应的区域大于给定阈值，则判定当前区域内有防盗环缺陷存在；

（四）通过与图像处理系统连接的剔除装置对步骤（二）和步骤（三）中PET瓶盖防盗环缺陷的瓶子剔除。

2.根据权利要求1所述的全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法，其特征是：所述步骤（二）中利用Sobel算子提取在Y方向上的梯度响应，步骤（三）中利用Sobel算子提取在Y方向上的边缘响应。

3.根据权利要求1所述的全方位PET瓶盖防盗环缺陷的检测方法，其特征是：所述第一检测柜（4）内的正面光检测工位Ⅰ和正面光检测工位Ⅱ采用异步成像。