CN106628475B

CN106628475B - 一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统及方法

Info

Publication number: CN106628475B
Application number: CN201710057921.5A
Authority: CN
Inventors: 黄丹平; 徐同旭; 田建平; 胡勇; 于少东; 杨海栗
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2037-01-23
Also published as: CN106628475A

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统及方法，该系统包括传送带、动作触发系统、镜面成像系统、剔废控制系统和剔废系统，所述动作出发系统包括光触发传感器和超声波测距传感器；所述镜面成像系统包括面阵相机、相机支架和平面镜；所述剔废控制系统包括上位机和可编程逻辑控制器；所述剔废系统包括喷嘴、剔废箱和防倒盖板。本发明所述的检测系统及方法结构简单，机械成本低；瓶盖贴标检测速度快，系统检测效率高；同时不存在瓶盖打滑现象，瓶盖贴标检测准确度高。

Description

一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统及方法

技术领域

本发明涉及机器视觉与工业产品质量检测领域，尤其是一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统及方法。

背景技术

在白酒瓶盖出厂前，需使用自动贴标机在瓶盖柱面上粘贴商标。由于自动贴标机在正常工作时可能出现漏贴，因而需要对瓶盖进行贴标检测，若使用人工检测，将消耗大量人力资源并且检测效率不高。因此，需要一类自动检测装置对瓶盖是否贴标进行快速在线检测。

目前，机器视觉技术在自动检测领域的应用越来越广，白酒瓶盖贴标检测的已有方法，主要是采用线阵相机与旋转摩擦轮的配合来提取瓶盖的表面信息。对于高达4到5厘米的白酒瓶盖，其侧面用来粘贴标签、防伪等信息。线阵相机可以捕获特定面上一条线的颜色信息，在摩擦轮的带动下，瓶盖随着摩擦轮绕轴线转动，线阵相机就可以捕捉瓶盖一周的N条线的信息，最后再将线上的信息组合拼接得到瓶盖柱面图像。

由于实际生产环节的环境比较复杂，此方法存在以下问题：

(1)利用摩擦轮旋转技术结合线阵相机来检测瓶盖柱面信息，虽然图像精度得到保证，但因摩擦轮旋转耗时与传送带配合摩擦轮起停耗时，系统检测速度最高只能达到120个/分钟。为了降低生产成本，需提高检测效率，每分钟检测300个以上，显然这种方法不适用。

(2)瓶盖随摩擦轮转动时可能出现打滑现象，当打滑时，采集到的瓶盖图像信息将不完整，严重影响瓶盖的贴标检测，很可能将已贴标签瓶盖当作漏贴瓶盖剔除出去。

(3)可能有额外振动干扰摩擦轮的稳定运行。

为解决上述问题本发明提出一种新型的基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统及方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，其特征在于包括传送带、动作触发系统、镜面成像系统、剔废控制系统和剔废系统，所述动作出发系统包括光触发传感器和超声波测距传感器；所述镜面成像系统包括面阵相机、相机支架和平面镜；所述剔废控制系统包括上位机和可编程逻辑控制器；所述剔废系统包括喷嘴、剔废箱和防倒盖板。

更进一步地，所述面阵相机垂直于传送带，镜头正面朝向传送带，镜头轴线与传送带的交点位于传送带的中线上。

更进一步地，所述平面镜有两个，分别对称设置在传送带两侧，平面镜与传送带构成的二面角的大小是β，β的大小为：

H是相机镜片到传送带的距离，L是传送带宽度值的一半。

更进一步地，所述面阵相机的多光谱光源设置成与瓶盖一样的颜色。

更进一步地，所述防倒盖板设置在剔废系统处传送带上方，防倒盖板与瓶盖顶面的距离为0.25cm-0.5cm。

更进一步地，该系统还包括定时控制系统和钳型机构。

一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测方法，其特征在于包括，

步骤(1)光电传感器检测传送带上的瓶盖是否到达镜面成像系统，检测瓶盖到达后进入步骤(2)；

步骤(2)面阵相机采集瓶盖图像信息，所述图像信息包括瓶盖的俯视图和平面镜中反射的瓶盖柱面信息，平面镜反射的瓶盖柱面信息之和为瓶盖的全部柱面信息；

步骤(3)将采集到的图像信息还原为真实图像的比例大小并判断瓶盖是否贴标；

步骤(4)将判断结果生成控制指令传输给剔废装置并控制剔除动作。更进一步地，所述步骤(4)包括：

步骤(4-1)根据步骤(3)的判断结果，瓶盖贴标时标志位设定为0，瓶盖未贴标时标志位设定为1；

步骤(4-2)对传送带上的瓶盖依次计数并将计数值存储在N个循环存储空间中；

步骤(4-3)瓶盖到达剔除系统时，确定该瓶盖所在的存储空间并获取瓶盖的标志位；

步骤(4-4)瓶盖的标志位为0时，不剔除瓶盖，瓶盖的标志位为1时，剔除瓶盖并计数。

更进一步地，所述步骤(4-4)中上位机检测到用户操作指令时，优先执行用户指令。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、结构简单，机械成本低；

2、瓶盖贴标检测速度快，系统检测效率高；

3、不存在瓶盖打滑现象，瓶盖贴标检测准确度高

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1:瓶盖贴标检测系统整体结构图

其中1-传送带、2-剔废箱、3-面阵相机、4-相机支架、5-上位机、6-平面镜、7-光触发传感器、8-放倒盖板、9-喷嘴、10-超声波测距传感器、11-可编程逻辑控制器

图2：成像系统结构图

图3：剔废系统结构图

图4：存储瓶盖计数值算法流程图

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，其特征在于包括传送带、动作触发系统、镜面成像系统、剔废控制系统和剔废系统，所述动作出发系统包括光触发传感器和超声波测距传感器；所述镜面成像系统包括面阵相机、相机支架和平面镜；所述剔废控制系统包括上位机和可编程逻辑控制器；所述剔废系统包括喷嘴、剔废箱和放倒盖板。

H是相机镜片到传送带的距离，L是传送带宽度值的一半。

更进一步地，所述面阵相机的多光谱光源设置成与瓶盖一样的颜色。本发明中采用多光谱光源，其具有照明和排除干扰两个功能，由于本发明中瓶盖颜色与标签颜色明显不同，把光谱光源颜色设置为与瓶盖颜色一样，在上位机得到的视觉信息中可以排除掉瓶盖信息的干扰，使标签特征更加明显，判断效率更高。

更进一步地，所述放倒盖板设置在剔废系统处传送带上方，防倒盖板与瓶盖顶面的距离为0.25cm-0.5cm，其既能完成防倒功能，同时不影响瓶盖正常移动。剔废系统气嘴喷气时，倒带盖板可以保护瓶盖不在气流的作用下弹出检测系统，同时又防止瓶盖被喷嘴气流弹到放倒盖板上导致不能正确剔废。

更进一步地，该系统还包括定时控制系统和钳型机构，当瓶盖紧密相连时必然发生多剔的情况，本发明加入定时控制系统和钳型机构，定时控制系统(由单片机组成的微型控制系统)每个一定时间(毫秒)控制钳型机构张开，释放瓶盖，保证各瓶盖间保持距离且距离相同，距离设置为大于气嘴最大工作长度。

步骤(4)将判断结果生成控制指令传输给剔废装置并控制剔除动作。

更进一步地，将采集到的图像信息还原为真实图像的比例大小的过程为：

其中w为物体的长度，u为像的长度，h为面阵相机镜片到传送带的距离，α为物体所在平面与竖直平面构成的二面角大小。

利用上述过程，上位机将成像系统采集到的图像信息还原为真实图像比例大小。

更进一步地，所述步骤(4)包括：

步骤(4-4)瓶盖的标志位为0时，不剔除瓶盖，瓶盖的标志位为1时，剔除瓶盖。

为了能够正确剔除缺陷瓶盖，保证剔除的瓶盖与缺陷瓶盖一一对应，需要对每个瓶盖设定标志位。使用循环标志法，开辟一段内存地址，完成对缺陷瓶盖剔除，算法过程如下：

1)对可编程逻辑控制器内存地址所指向的存储空间进行初始化；

2)当第一个光电触发传感器7(从左至右看)检测到瓶盖到达，可编程逻辑控制器对瓶盖进行计数，称为初始计数；

3)面阵相机捕获瓶盖图像，由上位机对其进行处理，并将检测结果发送给可编程逻辑控制器，并在其所在的存储空间内的对应标志位进行标志，瓶盖贴标时标志位设定为0，瓶盖未贴标时标志位设定为1；

4)当镜面成像系统后面两个光电传感器依次检测到瓶盖时，分别对瓶盖进行计数并存储计数值和标志位信息；

5)瓶盖到达剔除系统时，在该瓶盖所在存储空间内获取瓶盖的标志位，根据标志位信息判断是否剔除瓶盖。

为了确保连剔除工位正确，需将检测结果存储在正确的地址中，并且保证在此过程中检测结果不被后面的检测数据覆盖，将存储结果依次存放到存储空间的下一个地址中，形成数据堆。实施例1是对上述过程的解释，如图4所示，SP为内存堆栈地址指针，MB1、MB2、MB3为存储空间地址名，用于存放瓶盖的计数值，瓶盖的计数值存储在变量MB0中，SP＝N/M，N表示某一瓶盖的计数值，M表示存储循环周期，SP表示瓶盖计数值与存储循环周期取余数。本实施例中M＝3，根据SP＝0、1、2，分别将MB0的结果存储在MB1、MB2、MB3的存储空间内。

更进一步地，所述步骤(4-4)中上位机检测到用户操作指令时，优先执行用户指令，执行完用户指令后等待下一幅图像信息的传递；若无操作指令，将继续进入等待下一幅图像信息传递模式。

两平面镜反射的瓶盖柱面信息之和为瓶盖的全部柱面信息，瓶盖不需旋转360°成像系统即可获取瓶盖的全部柱面信息。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims

1.一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，应用于白酒瓶盖，其特征在于包括传送带、动作触发系统、镜面成像系统、剔废控制系统和剔废系统，所述动作触发系统包括光触发传感器和超声波测距传感器；所述镜面成像系统包括面阵相机、相机支架和平面镜；所述平面镜有两个，分别对称设置在传送带两侧，所述剔废控制系统包括上位机和可编程逻辑控制器；所述面阵相机用于采集瓶盖图像信息，所述上位机将镜面成像系统采集到的图像信息还原为真实图像比例大小，所述剔废系统包括喷嘴、剔废箱和防倒盖板；

所述面阵相机的多光谱光源设置成与瓶盖一样的颜色；

所述防倒盖板设置在剔废系统处的传送带上方，所述防倒盖板与瓶盖顶面的距离为0.25cm-0.5cm，所述防倒盖板既有防倒功能，同时又不影响瓶盖正常移动；所述喷嘴喷气时，防倒盖板保护瓶盖不在气流的作用下弹出检测系统，同时又防止瓶盖被喷嘴气流弹到防倒盖板上导致不能正确剔废。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，其特征在于，所述面阵相机垂直于传送带，镜头正面朝向传送带，镜头轴线与传送带的交点位于传送带的中线上。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，其特征在于，所述平面镜与传送带构成的二面角的大小是β，β的大小为：

H是相机镜片到传送带的距离，L是传送带宽度值的一半。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，其特征在于，该系统在流水线前设置有定时控制系统和钳型机构。

5.一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测方法，应用于如权利要求1～4中任意一项所述的一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测系统，其特征在于包括，

步骤(2)面阵相机采集瓶盖图像信息，所述图像信息包括瓶盖的俯视图和平面镜中反射的瓶盖柱面信息，平面镜反射的瓶盖柱面信息之和为瓶盖的全部柱面信息；所述面阵相机的多光谱光源与瓶盖的颜色一样；

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的镜面成像瓶盖表面贴标检测方法，其特征在于，所述步骤(4-4)中上位机检测到用户操作指令时，优先执行用户指令。