CN109115803A - 一种模具号编码在线成像装置、系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模具号编码在线成像装置、系统及检测方法，其中的装置用于检测瓶体的模具号编码，其包括光源和相机，所述光源设置在待测瓶体瓶底的下方，朝向待测瓶体瓶底方向进行照射；所述相机设置在待测瓶体瓶口的上方，朝向待测瓶体瓶口的方向进行拍摄。其成像效果好，具有很好的通用型和兼容性。

Description

一种模具号编码在线成像装置、系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种工业自动化视觉检测技术领域，尤其涉及一种模具号编码在线成像装置、系统及检测方法。

背景技术

目前，量产的啤酒玻璃容器普遍采用模具成型的方式加工，对加工后的成品容器，需要依靠瓶体底部的凸点编码来记录所生产的模具号信息。利用这种编码方式，可以对制瓶成型过程中特定模具所产生的制瓶缺陷进行及时的复查和追溯，有效的提高成品率和产品质量。因此，如何在线识别出不合格模具的编号具有非常重要的意义。

玻璃瓶的模具号编码一般在瓶底以上20mm范围内，编码形式是与模号一一对应的凸点序列，该凸点序列是在13个等间距位置上包含9个凸点，首尾为固定的两个凸点。目前，国内所采用的模点在线检测方式主要分成两类，基于激光折射强度变化的自动识别系统和基于CCD成像的自动识别系统。

第一类方法，例如申请号：200920226221.5的实用新型专利就提供了一种“玻璃瓶罐点状模具编码的自动识别系统”，其采用激光光源在特定角度穿过凸点，然后用传感器捕获光强变化后，通过对一维通断信号进行识别。由于传感器只能感应通断，因此纠错能力很弱，一个凸点信号错误就导致无法正确解码，该方法需要在一个旋转的平台上进行，因此对旋转速度有很强的依赖；实际操作中对于底部定位装置也存在很强的依赖性，因此实际使用效果较差。

第二类方法基于CCD成像的方式，在早前我国从美国、比利时、法国等国引进的在线检验机中开始采用，这些在线检验机的检测流程基本相同。啤酒瓶由传送带逐个进入验瓶机，经操作台检测后再由传送带分类输出。在圆形转盘旋转的过程中，通过N个相机工位拍摄的360/N的角度变化后的玻璃瓶编码图像，再通过软件合成模具编码的整幅图像然后进行识别。在专利申请201210148078中提供了另一种识别系统，但是该方法对平台稳定性、旋转匀速等外部硬件要求很高，同时对多幅图像拼接要求也同样很高，因此实际操作性不强。而在实用新型专利“一种模具编码成像装置”(申请号 201420153535.8)中提出了一种光源从瓶口顶部照射，采用CCD相机和组合短焦、大景深透镜组从底部进行观测，来一次性获得靠近玻璃瓶底侧面的成像，用于后续的识别，但是这样的系统对待观测目标、透镜组和CCD镜头的同轴性要求较高，稍有偏移会导致成像不对称畸变，因此不适合瓶体处于运动状态的在线识别，并且这个系统无法捕获模点距离瓶底较高位置的情况，此外由于透镜组的直径需要在待检测目标直径的2倍以上，因此也无法处理瓶身直径较大的情况，对于产品更换频繁的玻璃瓶生产线，也无法方便的进行自动适应性切换，实际生产灵活性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种模具号编码在线成像装置，其成像效果好，具有很好的通用性和兼容性。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种模具号编码在线成像装置，用于检测瓶体的模具号编码，其包括光源和相机，所述光源设置在待测瓶体瓶底的下方，朝向待测瓶体瓶底方向进行照射；所述相机设置在待测瓶体瓶口的上方，朝向待测瓶体瓶口的方向进行拍摄。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，还包括凸透镜，所述凸透镜设置于所述相机与所述瓶体瓶口之间的位置。

进一步，所述凸透镜为一个单凸透镜或为组合凸透镜。

进一步，所述组合凸透镜包括一平凸透镜和一双面凸透镜，所述平凸透镜和双面凸透镜共轴设置。

进一步，所述光源、瓶体、凸透镜及所述相机沿所述光源的发光方向依次共轴设置。

进一步，所述光源为环形面光源、圆形面光源或方形面光源。

本发明还提供一种模具号编码在线成像系统，其包括图像处理装置和上述任一项所述的模具号编码在线成像装置，所述图像处理装置与所述相机连接，用于接收所述相机获取的图像，对图像进行处理、分析，并判断所检测瓶体的模具号编码是否合格。

本发明还提供一种模具号编码在线检测方法，其包括：

S1：获取采集到的瓶底图像；

S2：对所述瓶底图像进行二值化操作，提取瓶底区域图像，对所述瓶底区域图像进行滤波获得瓶底外轮廓区域图像；

S3：对瓶底外轮廓区域图像中凸点所在区域进行展开，获得展开后的凸点区域图像；

S4：对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，根据滤波后的凸点区域图像上的凸点识别模具号。

进一步，在所述步骤S2中，所述对所述瓶底区域图像进行滤波获得瓶底外轮廓区域图像具体包括：

根据瓶底区域形态和位置信息对所述瓶底外轮廓区域图像进行滤波，获得稳定的瓶底外轮廓图像；

通过RANSAC拟合获取最优的瓶底外轮廓区域图像。

进一步，在所述步骤S4中，所述对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，根据滤波后的凸点区域图像上的凸点识别模具号具体包括：

利用多尺度二阶滤波器对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，并利用图像的局部极值信息进行过滤，获得去噪后的凸点图像；

利用模具号编码表中的每一组凸点序列中各个凸点之间的位置分布信息和单个凸点的形状构建贝叶斯分类器，将所述去燥后的凸点图像上的凸点的信息与所述模具号编码表中的每一组各个凸点之间的位置分布信息和所述单个凸点的形状进行匹配，估计最大后验概率，获得最优的凸点组合；

将获得的所述最优的凸点组合与模具号编码表中的凸点序列进行匹配，解码出相应的模具号数值。

与现有技术相比，本发明所提供的模具号编码在线成像装置、系统及检测方法，其可获得成像质量高、敏感对比度更好的图像，可用于不同类型待检瓶体的检测，具有很好的兼容性和通用型；识别率高，在线识别率可以稳定达到99％以上；检测速度快，可支持高达72000瓶/小时以上的检测速度，运行速度超过传统旋转平台检测方法10倍以上，对成本降低或是空间的占用，抑或整线运行的流畅性上都具有非常重要的良性影响。

附图说明

图1为本发明实施例二提供的模具号编码在线成像装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的模具号编码在线成像装置的原理图；

图3为利用本发明实施例二提供的模具号编码在线成像装置所采集的图像；

图4为本发明实施例二提供的模具号编码在线成像系统的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的模具号编码在线检测方法的流程图；

图6为利用本发明实施例三提供的模具号编码在线检测方法对图像进行处理而得到的图像。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-瓶体，2-相机，3-光源，4-凸透镜，5-凸点，6-传送带。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供了一种模具号编码在线成像装置，其用于检测瓶体的模具号编码，其包括光源和相机，所述光源设置在待测瓶体瓶底的下方，朝向待测瓶体瓶底方向进行照射；所述相机设置在待测瓶体瓶口的上方，朝向待测瓶体瓶口的方向进行拍摄。

将光源设置在待测瓶体瓶底的下方，朝向待测瓶体瓶底方向进行照射，相机置于待测瓶体的上方，可清晰观测瓶体底部凸点编码区域的图像，由于凸点对光路的折射影响，可以将底部光源的光线直接投射到相机里，而同时瓶身侧面其他平滑区域无法将光线汇聚到瓶口，依旧保持黑色背景，这样可获得成像质量高、敏感对比度更好的图像，可用于不同类型待检瓶体的检测，具有很好的兼容性和通用型。

其中的光源可采用环形面光源、圆形面光源或方形面光源，光源的尺寸优选为大于待检测瓶体的尺寸。相机可包括CCD感光元件和普通镜头。

利用该成像装置进行瓶体的模具号编码的在线检测具有很快的检测速度和很高的识别率，支持高达72000瓶/小时以上的检测速度，运行速度超过传统旋转平台检测方法10倍以上，对成本降低或是空间的占用，抑或整线运行的流畅性上都具有非常重要的良性影响。在线识别率亦可稳定达到99％以上。

实施例二

如图1所示，本实施例提供的模具号编码在线成像装置，其用于检测瓶体1的模具号编码，其包括光源3和相机2，所述光源3设置在待测瓶体瓶底的下方，朝向待测瓶体瓶底方向进行照射；所述相机2设置在待测瓶体瓶口的上方，朝向待测瓶体瓶口的方向进行拍摄。

该成像装置还可包括凸透镜4，该凸透镜4设置于所述相机2与所述瓶体1瓶口之间的位置，优选地，可使得光源3、瓶体1、凸透镜4及所述相机2沿所述光源3的发光方向依次共轴设置。该凸透镜4可采用一个单凸透镜或组合凸透镜，其中的组合凸透镜可包括一个平凸透镜和一双面凸透镜，该平凸透镜和双面凸透镜共轴设置。

该成像装置的原理图如图2、3所示，图2为该成像装置的原理图，图3为利用该成像装置采集的图像。底部的光源3在平滑的瓶体1侧壁上无法对光的路径进行调整，因此瓶体1侧壁光滑区域在成像中为暗色区域；而凸点区域由于能够通过曲面的折射，将底部的光源3的光线直接投射到相机2所在的瓶口位置，因此能够在图像中形成非常亮的光斑，从而可以进行精确的定位和提取，而且可以不需要精确的透镜组合来对光线进行大幅度调整，凸点5所在的区域即可在图像中形成非常亮的光斑，定位和提取均较为精确。由于不需要复杂而精确的透镜组合来对光线进行大幅度的调整，因此不会因为目标位置的改变，导致成像虚化、畸变等问题，能够最大程度的实现识别的稳定性和对待识别产品的通用性。

基于上述所述的模具号编码在线成像装置，本实施例还提供了模具号编码在线成像系统，其包括图像处理装置和上述所述的模具号编码在线成像装置，该图像处理装置与所述相机连接，用于接收所述相机获取的图像，对图像进行处理、分析，并判断所检测瓶体的模具号编码是否合格。

在该实施例中，如图4所示，可通过传送带6输送各个待检测瓶体，当待检测瓶体通过该成像系统时，开始对待检测瓶体拍照。可选地，可在该系统中设置光电传感器，当任意一个待检测瓶体通过成像装置时，光电传感器被触发，启动相机进行图像采集，并触发图像处理装置，当图像处理装置接收到成像装置所采集到的图像时，对图像进行及时处理，以便识别出待测瓶体的底部侧面的凸点编码。

实施例三

基于上述实施例二所述的模具号编码在线检测系统，本实施例提供的一种模具号编码在线检测方法的其中一个实施方式，如图5所示，其包括：

S1：获取采集到的瓶底图像；

S2：对所述瓶底图像进行二值化操作，提取瓶底区域图像，对所述瓶底区域图像进行滤波获得瓶底外轮廓区域图像；

S3：对瓶底外轮廓区域图像中凸点所在区域进行展开，获得展开后的凸点区域图像；

S4：对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，根据滤波后的凸点区域图像上的凸点识别模具号。

在S2中，首先对采集到的瓶底图像进行二值化操作，可采用局部二质化、固定阈值二值化或者分水岭二值化等方法，初步提取亮色区域，也即是提取瓶底区域图像，再对瓶底区域图像进行滤波获取更加精确的瓶底外轮廓区域图像，为过滤瓶底区域图像上噪点，获取更加精确的瓶底外轮廓区域图像，首先，根据瓶底区域形态和位置信息对所述瓶底外轮廓区域图像进行滤波，去除瓶底外轮廓区域周围的噪点，获取稳定的瓶底外轮廓图像，再通过RANSAC拟合精确定位瓶底外围，获得最优的瓶底外轮廓。

针对获得的最优的瓶底外轮廓，对其中的凸点所在区域进行展开，如图6所示。具体地，可根据瓶底外轮廓对瓶底外轮廓图像的中心位置进行定位，提取瓶底外轮廓图像的中心位置和半径，根据提取的瓶底外轮廓的中心位置和半径，对模具点所在的环面进行展开，可通过从直角坐标向极坐标变换的方式，采用双线性差值或变样条差值等算法进行展开。

进一步地，针对展开后的凸点区域图像再进行滤波，具体地，可利用多尺度二阶滤波器对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，获取稳定的凸点位置，然后利用局部极值信息进行过滤，例如，利用凸点的最大亮度进行过滤，滤除瓶体上不光滑区域导致的噪声，获得去燥后的凸点图像。

再利用模具号编码表中的每一组凸点序列中各个凸点之间的位置分布信息和单个凸点的形状构建贝叶斯分类器，将所述去燥后的凸点图像上的凸点的信息与所述模具号编码表中的每一组各个凸点之间的位置分布信息和所述单个凸点的形状进行匹配，估计最大后验概率，获得最优的凸点组合。也即是，将去燥后的凸点图像中的凸点序列与模具码表中的每一个凸点序列进行匹配，以凸点序列中各个凸点之间的位置分布信息和单个凸点的形状为参考进行匹配，获得匹配度，也即是计算所有可能的组合符合模具码表中的各个凸点序列的后验概率，从所有候选的组合中，选取最大概率的组合作为最优的凸点组合。再将选取的最优的凸点组合与模具号编码表中的凸点序列进行匹配，解码出相应的模具号数值，如果无法进行正确的解码，则输出不合格。

本实施例提供的模具号编码在线检测方法，其利用瓶底的区域形态和位置信息特征进行定位获得瓶底外轮廓区域图像，对其中的凸点所在的区域进行展开，经滤波处理后，获得精确的凸点区域图像，再利用贝叶斯分类器，根据凸点图像中的凸点的空间位置规则，筛选出和凸点图像最相似的模具码表上的凸点组合，进而可找出凸点图像对应的模具号。利用该方法进行模具号编码的在线检测，具有较高的识别率，可稳定达到99％以上，其对不同位置的模具点具有非常好的兼容性，对于不同待检测产品也有很好的通用性。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模具号编码在线成像装置，其用于检测瓶体的模具号编码，其特征在于，包括光源和相机，所述光源设置在待测瓶体瓶底的下方，朝向待测瓶体瓶底方向进行照射；所述相机设置在待测瓶体瓶口的上方，朝向待测瓶体瓶口的方向进行拍摄。

2.根据权利要求1所述的模具号编码在线成像装置，其特征在于，还包括凸透镜，所述凸透镜设置于所述相机与所述瓶体瓶口之间的位置。

3.根据权利要求2所述的模具号编码在线成像装置，其特征在于，所述凸透镜为一个单凸透镜或为组合凸透镜。

4.根据权利要求3所述的模具号编码在线成像装置，其特征在于，所述组合凸透镜包括一平凸透镜和一双面凸透镜，所述平凸透镜和双面凸透镜共轴设置。

5.根据权利要求2、3或4所述的模具号编码在线成像装置，其特征在于，所述光源、瓶体、凸透镜及所述相机沿所述光源的发光方向依次共轴设置。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的模具号编码在线成像装置，其特征在于，所述光源为环形面光源、圆形面光源或方形面光源。

7.一种模具号编码在线成像系统，其特征在于，包括图像处理装置和上述权利要求1至6中任一项所述的模具号编码在线成像装置，所述图像处理装置与所述相机连接，用于接收所述相机获取的图像，对图像进行处理、分析，并判断所检测瓶体的模具号编码是否合格。

8.一种模具号编码在线检测方法，其特征在于，包括：

S1：获取采集到的瓶底图像；

S2：对所述瓶底图像进行二值化操作，提取瓶底区域图像，对所述瓶底区域图像进行滤波获得瓶底外轮廓区域图像；

S3：对瓶底外轮廓区域图像中凸点所在区域进行展开，获得展开后的凸点区域图像；

S4：对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，根据滤波后的凸点区域图像上的凸点识别模具号。

9.根据权利要求8所述的模具号编码在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述对所述瓶底区域图像进行滤波获得瓶底外轮廓区域图像具体包括：

根据瓶底区域形态和位置信息对所述瓶底外轮廓区域图像进行滤波，获得稳定的瓶底外轮廓图像；

通过RANSAC拟合获取最优的瓶底外轮廓区域图像。

10.根据权利要求8所述的模具号编码在线检测方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，根据滤波后的凸点区域图像上的凸点识别模具号具体包括：

利用多尺度二阶滤波器对所述展开后的凸点区域图像进行滤波，并利用图像的局部范围内灰度的极大值进行过滤，获得去噪后的凸点图像；

利用模具号编码表中的每一组凸点序列中各个凸点之间的位置分布信息和单个凸点的形状构建贝叶斯分类器，将所述去燥后的凸点图像上的凸点的信息与所述模具号编码表中的每一组各个凸点之间的位置分布信息和所述单个凸点的形状进行匹配，估计最大后验概率，获得最优的凸点组合；

将获得的所述最优的凸点组合与模具号编码表中的凸点序列进行匹配，解码出相应的模具号数值。