CN108580333A - 基于机器视觉的液位检测平台研究与设计 - Google Patents

基于机器视觉的液位检测平台研究与设计 Download PDF

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杨波
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    • G01N21/90Investigating the presence of flaws or contamination in a container or its contents
    • G01N21/9018Dirt detection in containers
    • G01N21/9027Dirt detection in containers in containers after filling

Abstract

本发明公开了基于机器视觉的液位检测平台研究与设计,包括啤酒在线生产的检测装置系统,所述啤酒在线生产的检测装置系统分为硬件系统和软件系统两部分,本文设计并实现了灌装啤酒自动检测系统,该系统主要检测内容包括了啤酒瓶盖密封检测,啤酒液位高度,啤酒瓶内异物的检测,同时对生产量和各类次品数量统计报表功能不良品剔除,以及实时剔除不良品,可以满足不同速度的灌装啤酒生产线,该平台能够有效地对啤酒瓶液位和瓶盖封装进行检测,准确率可达到99%,并通过下位机PLC将不合格啤酒剔除流水线,通过实验结果的比较,本文采用的图像处理方案提高了检测效果,准确率高,效果好。

Description

基于机器视觉的液位检测平台研究与设计
技术领域
[0001] 本发明涉及基于机器视觉的液位检测平台研究与设计技术领域,具体为基于机器 视觉的液位检测平台研究与设计。
背景技术
[0002] 瓶装啤酒检测是啤酒生产过程中的重要环节,涉及食品质量安全问题。现在国内 大部份啤酒厂对瓶装啤酒液位,异物,瓶盖密封等还是通过人工检测,存在着速度慢、效率 低、漏检率高,检测人员很容易疲劳,进而造成质量下降。国外产品则售价高,且功能不适用 于国内啤酒厂。因此,开发一套国产瓶装啤酒检测装置已迫在眉睫。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供基于机器视觉的液位检测平台研究与设计,以解决上述背 景技术中提出的问题。
[0004] 为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:基于机器视觉的液位检测平台研究 与设计,包括啤酒在线生产的检测装置系统,所述啤酒在线生产的检测装置系统分为硬件 系统和软件系统两部分,所述硬件系统分为机械传输带、图像采集设备、和瓶子定位分拣装 置三个部分,所述图形采集设备包括上位机PC机、摄像头一和摄像头二,所述上位机PC机设 在机械传输带的一侧,所述摄像头一设在待检测啤酒瓶的后方,摄像头一后方还设有背光 源,所述背光源也设在待检测啤酒瓶的后方,所述摄像头二设在待检测啤酒瓶的正上方,且 摄像头二的正下方和待检测啤酒瓶的上方之间设有环形光源,所述待检测啤酒瓶设有多个 放置在机械传输带的上表面,机械传输带活动贴合在液位检测平台上表面,所述瓶子定位 分拣装置包括不合格产品剔除装置和下位机PLC,所述不合格产品剔除装置设在机械传输 带右侧的待检测啤酒瓶的后方,所述软件系统为NI Labview软件; 所述图形采集设备使用了NI Labview软件的图像采集模块、图像处理模块和DSC模块, 图形采集设备的输入端和上位机PC机输出端电性连接。
[0005] 优选的,所述图像采集模块配合摄像头一和摄像头二的双摄头图像采集,图像分 辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像格式为Mono 8位图。
[0006] 优选的,所述图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检测 等算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测。
[0007] 优选的,所述DSC模块则是将结果传递给下位机PLC,并且进行了数据报表上的统 计,所述下位机PLC的输入端和图形采集设备的输出端电性连接。
[0008] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明结构设置合理,功能性强,具有以 下优点: 1.本文设计并实现了灌装啤酒自动检测系统,该系统主要检测内容包括了啤酒瓶盖密 封检测,啤酒液位高度,啤酒瓶内异物的检测,同时对生产量和各类次品数量统计报表功能 不良品剔除,以及实时剔除不良品,可以满足不同速度的灌装啤酒生产线,最高可以检测 40000瓶/小时,适应灌装容量在200ml—2500ml的各种透明和半透明瓶型; 2.该平台能够有效地对啤酒瓶液位和瓶盖封装进行检测,准确率可达到99%,并通过下 位机PLC将不合格啤酒剔除流水线,通过实验结果的比较,本文采用的图像处理方案提高了 检测效果,准确率高,效果好,并且该系统对机械装置的要求不高,具有一定的可行性和现 实意义。
附图说明
[0009] 图1为本发明系统检测装置模拟图; 图2为本发明系统运行流程图; 图3为本发明液位高度检测啤酒液位图像处理前示意图; 图4为本发明液位高度检测啤酒液位图像处理后示意图; 图5为本发明瓶盖轮廓检测合格瓶盖图像处理前示意图; 图6为本发明瓶盖轮廓检测合格瓶盖图像处理后示意图; 图7为本发明瓶盖轮廓检测不合格瓶盖图像处理前示意图; 图8为本发明瓶盖轮廓检测部合格瓶盖图像处理前示意图;。
[0010] 图中:1上位机PC机、2背光源、4摄像头一、5待检测啤酒瓶、6机械传输带、8环形光 源、9摄像头二、10下位机PLC、11不合格产品剔除装置。
具体实施方式
[0011] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。
[0012] 实施例一 请参阅图1-8,本发明提供一种技术方案:基于机器视觉的液位检测平台研究与设计, 包括啤酒在线生产的检测装置系统,所述啤酒在线生产的检测装置系统分为硬件系统和软 件系统两部分,所述硬件系统分为机械传输带6、图像采集设备、和瓶子定位分拣装置三个 部分,所述图形采集设备包括上位机PC机1、摄像头一 4和摄像头二9,所述上位机PC机1设在 机械传输带6的一侧,所述摄像头一 4设在待检测啤酒瓶5的后方,摄像头一 4后方还设有背 光源2,所述背光源2也设在待检测啤酒瓶5的后方,所述摄像头二9设在待检测啤酒瓶5的正 上方,且摄像头二9的正下方和待检测啤酒瓶5的上方之间设有环形光源8,所述待检测啤酒 瓶5设有多个放置在机械传输带6的上表面,机械传输带6活动贴合在液位检测平台上表面, 所述瓶子定位分拣装置包括不合格产品剔除装置11和下位机PLC 10,所述不合格产品剔除 装置11设在机械传输带6右侧的待检测啤酒瓶5的后方,所述软件系统为NI Labview软件; 所述图形采集设备使用了NI Labview软件的图像采集模块、图像处理模块和DSC模块, 图形采集设备的输入端和上位机PC机1输出端电性连接。
[0013] 进一步地,所述图像采集模块配合摄像头一 4和摄像头二9的双摄头图像采集,图 像分辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像格式为Mono 8位图。
[0014] 进一步地,所述图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检 测等算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测。
[0015] 进一步地,所述DSC模块则是将结果传递给下位机PLC 10,并且进行了数据报表上 的统计,所述下位机PLC 10的输入端和图形采集设备的输出端电性连接。
[0016] 本文设计并实现了灌装啤酒自动检测系统,该系统主要检测内容包括了啤酒瓶盖 密封检测,啤酒液位高度,啤酒瓶内异物的检测,同时对生产量和各类次品数量统计报表功 能不良品剔除,以及实时剔除不良品,可以满足不同速度的灌装啤酒生产线,最高可以检测 40000瓶/小时,适应灌装容量在200ml—2500ml的各种透明和半透明瓶型。
[0017] 机械传输装置主要是模拟工厂啤酒传送传置,包括了变频器,电机,减速器,传送 带装置,最高可以实现传送40000瓶/小时的速度。图像采集设备包括上位机PC机1、 IEEE1394采集卡、工业摄像头、光学镜头和光源,瓶子定位分拣装置使用光电式接近开关可 以很灵敏地对传送带上的啤酒瓶位置,由下位机PLC 10发出触发信号后,使相机捕捉产品 图像,由上位机PC机1软件分析完成将信息通过串口传输给下位机PLC 10,控制气栗弹出不 合格产品,其执行框图如图2所示。
[0018] 上位机PC机1的软件主要使用了 NI Labvi ew的图像采集模块、图像处理模块和DSC 模块,图像采集模块成了双摄头图像的采集,图像分辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像 格式为Mono 8位图,图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检测等 算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测,DSC模块则是将结果传递 给下位机PLC 10,并且进行了数据报表上的统计,最终处理结果如图3-8所示。
[0019] 在此选用了国内某名厂家的啤酒100瓶,其中液位密封合格的50瓶,液位密封不合 格的50瓶,在传输带上循环测试100,1000和10000瓶。结果如下表1.1所示: 表1.1瓶内液位检测表
Figure CN108580333AD00051
表2.1瓶口封装检测
Figure CN108580333AD00052
实施例二 请参阅图1-8,本发明提供一种技术方案:基于机器视觉的液位检测平台研究与设计, 包括啤酒在线生产的检测装置系统,所述啤酒在线生产的检测装置系统分为硬件系统和软 件系统两部分,所述硬件系统分为机械传输带6、图像采集设备、和瓶子定位分拣装置三个 部分,所述图形采集设备包括上位机PC机1、摄像头一 4和摄像头二9,所述上位机PC机1设在 机械传输带6的一侧,所述摄像头一 4设在待检测啤酒瓶5的后方,摄像头一 4后方还设有背 光源2,所述背光源2也设在待检测啤酒瓶5的后方,所述摄像头二9设在待检测啤酒瓶5的正 上方,且摄像头二9的正下方和待检测啤酒瓶5的上方之间设有环形光源8,所述待检测啤酒 瓶5设有多个放置在机械传输带6的上表面,机械传输带6活动贴合在液位检测平台上表面, 所述瓶子定位分拣装置包括不合格产品剔除装置11和下位机PLC 10,所述不合格产品剔除 装置11设在机械传输带6右侧的待检测啤酒瓶5的后方,所述软件系统为NI Labview软件; 所述图形采集设备使用了NI Labview软件的图像采集模块、图像处理模块和DSC模块, 图形采集设备的输入端和上位机PC机1输出端电性连接。
[0020] 进一步地,所述图像采集模块配合摄像头一 4和摄像头二9的双摄头图像采集,图 像分辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像格式为Mono 8位图。
[0021] 进一步地,所述图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检 测等算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测。
[0022] 进一步地,所述DSC模块则是将结果传递给下位机PLC 10,并且进行了数据报表上 的统计,所述下位机PLC 10的输入端和图形采集设备的输出端电性连接。
[0023] 本文设计并实现了灌装啤酒自动检测系统,该系统主要检测内容包括了啤酒瓶盖 密封检测,啤酒液位高度,啤酒瓶内异物的检测,同时对生产量和各类次品数量统计报表功 能不良品剔除,以及实时剔除不良品,可以满足不同速度的灌装啤酒生产线,最高可以检测 40000瓶/小时,适应灌装容量在200ml—2500ml的各种透明和半透明瓶型。
[0024] 机械传输装置主要是模拟工厂啤酒传送传置,包括了变频器,电机,减速器,传送 带装置,最高可以实现传送40000瓶/小时的速度。图像采集设备包括上位机PC机1、 IEEE1394采集卡、工业摄像头、光学镜头和光源,瓶子定位分拣装置使用光电式接近开关可 以很灵敏地对传送带上的啤酒瓶位置,由下位机PLC 10发出触发信号后,使相机捕捉产品 图像,由上位机PC机1软件分析完成将信息通过串口传输给下位机PLC 10,控制气栗弹出不 合格产品,其执行框图如图2所示。
[0025] 上位机PC机1的软件主要使用了NI Labview的图像采集模块、图像处理模块和DSC 模块,图像采集模块成了双摄头图像的采集,图像分辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像 格式为Mono 8位图,图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检测等 算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测,DSC模块则是将结果传递 给下位机PLC 10,并且进行了数据报表上的统计,最终处理结果如图3-8所示。
[0026] 在此选用了国内某名厂家的啤酒100瓶,其中液位密封合格的50瓶,液位密封不合 格的50瓶,在传输带上循环测试100,1000和10000瓶。结果如下表1.2所示: 表1.2瓶内液位检测表
Figure CN108580333AD00071
表2.2瓶口封装检测
Figure CN108580333AD00072
实施例三 请参阅图1-8,本发明提供一种技术方案:基于机器视觉的液位检测平台研究与设计, 包括啤酒在线生产的检测装置系统,所述啤酒在线生产的检测装置系统分为硬件系统和软 件系统两部分,所述硬件系统分为机械传输带6、图像采集设备、和瓶子定位分拣装置三个 部分,所述图形采集设备包括上位机PC机1、摄像头一 4和摄像头二9,所述上位机PC机1设在 机械传输带6的一侧,所述摄像头一 4设在待检测啤酒瓶5的后方,摄像头一 4后方还设有背 光源2,所述背光源2也设在待检测啤酒瓶5的后方,所述摄像头二9设在待检测啤酒瓶5的正 上方,且摄像头二9的正下方和待检测啤酒瓶5的上方之间设有环形光源8,所述待检测啤酒 瓶5设有多个放置在机械传输带6的上表面,机械传输带6活动贴合在液位检测平台上表面, 所述瓶子定位分拣装置包括不合格产品剔除装置11和下位机PLC 10,所述不合格产品剔除 装置11设在机械传输带6右侧的待检测啤酒瓶5的后方,所述软件系统为NI Labview软件; 所述图形采集设备使用了NI Labview软件的图像采集模块、图像处理模块和DSC模块, 图形采集设备的输入端和上位机PC机1输出端电性连接。
[0027] 进一步地,所述图像采集模块配合摄像头一 4和摄像头二9的双摄头图像采集,图 像分辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像格式为Mono 8位图。
[0028] 进一步地,所述图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检 测等算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测。
[0029] 进一步地,所述DSC模块则是将结果传递给下位机PLC 10,并且进行了数据报表上 的统计,所述下位机PLC 10的输入端和图形采集设备的输出端电性连接。
[0030] 本文设计并实现了灌装啤酒自动检测系统,该系统主要检测内容包括了啤酒瓶盖 密封检测,啤酒液位高度,啤酒瓶内异物的检测,同时对生产量和各类次品数量统计报表功 能不良品剔除,以及实时剔除不良品,可以满足不同速度的灌装啤酒生产线,最高可以检测 40000瓶/小时,适应灌装容量在200ml—2500ml的各种透明和半透明瓶型。
[0031] 机械传输装置主要是模拟工厂啤酒传送传置,包括了变频器,电机,减速器,传送 带装置,最高可以实现传送40000瓶/小时的速度。图像采集设备包括上位机PC机1、 IEEE1394采集卡、工业摄像头、光学镜头和光源,瓶子定位分拣装置使用光电式接近开关可 以很灵敏地对传送带上的啤酒瓶位置,由下位机PLC 10发出触发信号后,使相机捕捉产品 图像,由上位机PC机1软件分析完成将信息通过串口传输给下位机PLC 10,控制气栗弹出不 合格产品,其执行框图如图2所示。
[0032] 上位机PC机1的软件主要使用了NI Labview的图像采集模块、图像处理模块和DSC 模块,图像采集模块成了双摄头图像的采集,图像分辨率为800mm*600mm,速度30fps,图像 格式为Mono 8位图,图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检测等 算法处理,其中液位的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测,DSC模块则是将结果传递 给下位机PLC 10,并且进行了数据报表上的统计,最终处理结果如图3-8所示。
[0033] 在此选用了国内某名厂家的啤酒100瓶,其中液位密封合格的50瓶,液位密封不合 格的50瓶,在传输带上循环测试100,1000和10000瓶。结果如下表1.3所示: 表1.3瓶内液位检测表
Figure CN108580333AD00081
由表1.1-1.3可知:(1)液位误差越大,漏检的概率越小;(2)检测的样本数越多,得到的 准确率越高,同时也说明在检测样本很少的情况下偶然性很大,所得到的系统准确率的结 果不可靠,(3)当被检测的样本数达到一个较大的数量级时我们设计的检测系统的准确率 可达到99%以上。
[0034] 表2.3瓶口封装检测
Figure CN108580333AD00082
由表2.1-2.3可知:在瓶盖封装检测过程中我们系统检测的准确率可达到99%,通过实 验检测证明,本系统安装在啤酒生产线上,启动后便可以完成不合格啤酒自动检测,移除功 能,不需人工参与,并且数据自行存储记录,具有极大的经济效益和社会效益。
[0035] 实验结果证明,在一定的条件下,该平台能够有效地对啤酒瓶液位和瓶盖封装进 行检测,准确率可达到99%,并通过下位机PLC将不合格啤酒剔除流水线。通过实验结果的比 较,本文采用的图像处理方案提高了检测效果,准确率高,效果好,并且该系统对机械装置 的要求不高,具有一定的可行性和现实意义。
[0036] 工作原理:啤酒通过机械传输带6被依次传送到拍摄位置,由下位机PLC 10发出触 发信号后,使摄像头一 4和摄像头二9捕捉产品图像,并把采集到的图像信息存储下来,通过 图像处理模块对采集到的图像进行一系列处理,并判定在线产品是否合格,根据处理结果 由系统发出指令,使得合格产品顺利通过装置,而不合格产品由控制系统进行剔除。
[0037]尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1. 基于机器视觉的液位检测平台研究与设计,包括啤酒在线生产的检测装置系统,所 述啤酒在线生产的检测装置系统分为硬件系统和软件系统两部分,其特征在于:所述硬件 系统分为机械传输带(6)、图像采集设备、和瓶子定位分拣装置三个部分,所述图形采集设 备包括上位机PC机(1)、摄像头一 (4)和摄像头二(9),所述上位机PC机(1)设在机械传输带 (6)的一侧,所述摄像头一⑷设在待检测啤酒瓶⑸的后方,摄像头一⑷后方还设有背光 源(2),所述背光源(2)也设在待检测啤酒瓶(5)的后方,所述摄像头二(9)设在待检测啤酒 瓶(5)的正上方,且摄像头二(9)的正下方和待检测啤酒瓶(5)的上方之间设有环形光源 (8),所述待检测啤酒瓶(5)设有多个放置在机械传输带(6)的上表面,机械传输带(6)活动 贴合在液位检测平台上表面,所述瓶子定位分拣装置包括不合格产品剔除装置(11)和下位 机PLC (10),所述不合格产品剔除装置(I 1)设在机械传输带(6)右侧的待检测啤酒瓶(5)的 后方,所述软件系统为NI Labview软件; 所述图形采集设备使用了NI Labview软件的图像采集模块、图像处理模块和DSC模块, 图形采集设备的输入端和上位机PC机(1)输出端电性连接。
2. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的液位检测平台研究与设计,其特征在于:所述 图像采集模块配合摄像头一 (4)和摄像头二(9)的双摄头图像采集,图像分辨率为800mm* 600mm,速度30fps,图像格式为Mono 8位图。
3. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的液位检测平台研究与设计,其特征在于:所述 图像处理模块对瓶盖和液位图像进了灰度变换,二值转换,边缘检测等算法处理,其中液位 的高度是进行边缘检测,瓶盖是圆周形检测。
4. 根据权利要求1所述的基于机器视觉的液位检测平台研究与设计,其特征在于:所述 DSC模块则是将结果传递给下位机PLC(IO),并且进行了数据报表上的统计,所述下位机PLC (10)的输入端和图形采集设备的输出端电性连接。
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