一種基于視覺的白酒瓶內(nèi)異物自動(dòng)檢測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及白酒瓶內(nèi)異物自動(dòng)檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于視覺的白酒瓶內(nèi)異物自動(dòng)檢測裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，市場上的白酒瓶基本都是不透明瓶和透明異型瓶，不透明瓶主要有玻璃噴涂瓶和瓷瓶，透明異型瓶包括各種造型、有些還帶有各種刻花的玻璃透明瓶。白酒采用這些造型各異的瓶型，優(yōu)點(diǎn)是可以在瓶身做出各種效果圖案，增加美學(xué)效果，提升白酒的檔次，缺點(diǎn)是給白酒灌裝后瓶內(nèi)異物檢測帶來很大麻煩。白酒中的異物包括玻璃肩、膠塞肩、金屬肩、色點(diǎn)、白塊、纖維、毛發(fā)等微小不溶性異物，這些來源不同的不溶性異物對白酒的品牌質(zhì)量至關(guān)重要，若是這些異物隨著白酒出售到市場上，無疑會對酒的品牌和聲譽(yù)有很大的負(fù)面影響。
[0003]目前各個(gè)酒廠普遍的做法是使用人眼檢測。人眼檢測的弊端首先是成本高，以一條配置6人檢測的流水線為例，一年的人工成本和管理成本將近30萬元；人眼檢測另一個(gè)弊端是不可靠，特別是對于不透明瓶，人眼檢測是通過瓶口向里面看是否有雜質(zhì)，不透明瓶的透光性不好，瓶內(nèi)光線昏暗，而瓶口又小，因此很難看到微小雜質(zhì)，容易造成漏檢，同時(shí)人眼檢測受到人的主觀情緒影響，進(jìn)一步增加了人眼檢測的不可靠性；人眼檢測對人眼損傷也較大，由于需要注意力高度集中搜尋微小雜質(zhì)，很容易使眼睛過度疲勞，損傷視力。
[0004]因此，迫切需要一種能自動(dòng)檢測白酒瓶內(nèi)異物的裝置，代替人眼檢測。目前，只有啤酒行業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)有瓶內(nèi)異物檢測技術(shù)和裝置，但是啤酒瓶和醫(yī)藥瓶都是規(guī)則的透明瓶，這些技術(shù)無法應(yīng)用到白酒瓶內(nèi)異物檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于視覺的白酒瓶內(nèi)異物自動(dòng)檢測裝置和方法裝置和方法，解決了傳統(tǒng)人眼檢測成本高、不可靠等問題視覺裝置、強(qiáng)光源，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確檢測出瓶內(nèi)微小雜質(zhì)的目的。
[0006]本發(fā)明提出的一種基于視覺的白酒瓶內(nèi)異物自動(dòng)檢測裝置，包括視覺裝置、強(qiáng)光源、酒瓶旋轉(zhuǎn)裝置、圖像處理單元及支撐架，所述的視覺裝置包括工業(yè)攝像機(jī)、內(nèi)窺導(dǎo)光鏡，所述的酒瓶旋轉(zhuǎn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)透明底盤、自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)、電機(jī)和傳動(dòng)裝置；
[0007]可旋轉(zhuǎn)透明底盤用于放置酒瓶，自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)置于可旋轉(zhuǎn)透明底盤正上方，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸通過傳動(dòng)裝置與可旋轉(zhuǎn)透明底盤相連接，在檢測時(shí)使酒瓶通過壓緊方式固定于可旋轉(zhuǎn)透明底盤和自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)之間，由電機(jī)帶動(dòng)可旋轉(zhuǎn)透明底盤、酒瓶、自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)做同步轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0008]強(qiáng)光源設(shè)置于可旋轉(zhuǎn)透明底盤下部；內(nèi)窺導(dǎo)光鏡與工業(yè)攝像機(jī)相連接，在檢測時(shí)由酒瓶口探入酒瓶中進(jìn)行圖像采集；工業(yè)攝像機(jī)與圖像處理單元通過信號線連接；
[0009]支撐架用于支撐可旋轉(zhuǎn)透明底盤、自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)、電機(jī)、工業(yè)攝像機(jī)。
[0010]為了進(jìn)一步完善該裝置，還包括具有送入和送出酒瓶的傳送裝置，用于將酒瓶傳送至酒瓶旋轉(zhuǎn)裝置，待檢測完成后將酒瓶傳輸出去。
[0011]所述的傳送裝置包括進(jìn)瓶軌道、無雜質(zhì)出瓶軌道、有雜質(zhì)出瓶軌道、回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，其中回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)的入口與進(jìn)瓶軌道相連接，出口分別與無雜質(zhì)出瓶軌道和有雜質(zhì)出瓶軌道相連接，回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)用于將進(jìn)瓶軌道傳送來的酒瓶放置于可旋轉(zhuǎn)透明底盤并進(jìn)行檢測工作，無雜質(zhì)出瓶軌道和有雜質(zhì)出瓶軌道分別用于傳送出所檢測到的無雜質(zhì)酒的酒瓶和有雜質(zhì)酒的酒瓶。
[0012]強(qiáng)光源為多個(gè)LED光源均勻排布而成的面光源，并設(shè)置有用于光源散熱的散熱器。
[0013]自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)置有可上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)漸縮口，漸縮口的旋轉(zhuǎn)軸與可旋轉(zhuǎn)透明底盤的軸線在同一條直線上，檢測時(shí)漸縮口向下運(yùn)動(dòng)，通過漸縮口的斜面調(diào)整瓶體軸線與可旋轉(zhuǎn)透明底盤的軸線處于同一條直線上，同時(shí)壓緊瓶體。
[0014]所述的圖像處理單元為基于FPGA和DSP的嵌入式圖像處理平臺。
[0015]本發(fā)明還提出了一種基于視覺的白酒瓶內(nèi)異物自動(dòng)檢測方法，包括以下步驟:
[0016]步驟1:對裝有白酒的酒瓶進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，然后急停，使酒瓶內(nèi)酒的旋轉(zhuǎn)基本穩(wěn)，酒內(nèi)雜質(zhì)以較快速度旋轉(zhuǎn)；
[0017]步驟2:利用強(qiáng)光源從酒瓶底部照射，并將與工業(yè)攝像機(jī)相連接的內(nèi)窺導(dǎo)光鏡探入瓶口內(nèi)進(jìn)行圖像采集；
[0018]步驟3:對采集到的圖像進(jìn)行相鄰幀相減運(yùn)算，得到一組差值圖像；
[0019]步驟4:對差值圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)運(yùn)算，去除噪聲；
[0020]步驟5:進(jìn)行自適應(yīng)閾值化圖像操作，得到目標(biāo)圖像；
[0021]步驟6:對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并估算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度；
[0022]步驟7:根據(jù)目標(biāo)雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡，估算出目標(biāo)在相鄰幀圖像中移動(dòng)的像素位置范圍，并以此為標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行相鄰幀間的目標(biāo)匹配和跟蹤，若是跟蹤到連續(xù)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)路徑，則為真實(shí)的目標(biāo)，表示瓶內(nèi)有雜質(zhì)，否則無雜質(zhì)。
[0023]所述的圖像采集方法為:通過設(shè)置工業(yè)攝像機(jī)的多個(gè)曝光參數(shù)，使工業(yè)攝像機(jī)曝光時(shí)間由小到大逐漸變化，得到多種曝光時(shí)間下多幅圖像。
[0024]為了更得到更準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，步驟2中的圖像采集至少為兩組，依次對各組圖像進(jìn)行步驟3至步驟7的操作，只要有一組檢測到雜質(zhì)則表示瓶內(nèi)有雜質(zhì)，若是所有組圖像均沒有檢測到雜質(zhì)，則表明瓶內(nèi)無雜質(zhì)。
[0025]本發(fā)明通過旋轉(zhuǎn)瓶體使瓶內(nèi)液體高速旋轉(zhuǎn)，通過急停使得其內(nèi)的雜質(zhì)在瓶內(nèi)液體基本穩(wěn)定的前提下仍然高速旋轉(zhuǎn)，對該情況下的瓶內(nèi)液體進(jìn)行圖像采集和處理分析，從而實(shí)現(xiàn)了瓶內(nèi)液體雜質(zhì)的檢測；通過設(shè)置工業(yè)攝像機(jī)的多個(gè)曝光參數(shù)，得到多種曝光時(shí)間下多幅圖像，降低了瓶底折射和噴漆的不均勻?qū)е缕康讓庠吹奈詹痪鶆驅(qū)D像質(zhì)量的影響，提高了檢測的準(zhǔn)確度；采用回轉(zhuǎn)式流水線結(jié)構(gòu)，所有步驟都是瓶子在流水線上運(yùn)動(dòng)過程中完成的，系統(tǒng)只有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，沒有間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，檢測速度快。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明中系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明中工作站內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明中單個(gè)檢測工位結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明所述檢測方法的流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]如圖1所示，該裝置包括玻璃封閉的回轉(zhuǎn)工作站1，裝置的所有部件和控制系統(tǒng)都在此工作站內(nèi)，通過支撐架固定各部件的位置，回轉(zhuǎn)工作站I的入口與進(jìn)瓶軌道2相連接，出口分別與無雜質(zhì)出瓶軌道3和有雜質(zhì)出瓶軌道4相連接，人機(jī)控制界面5設(shè)置于回轉(zhuǎn)工作站I外部，酒瓶在回轉(zhuǎn)工作站I內(nèi)回轉(zhuǎn)一圈即可完成被檢測。
[0032]如圖2所示，回轉(zhuǎn)工作站I內(nèi)部是一個(gè)回轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，按照酒瓶進(jìn)入回轉(zhuǎn)盤后所經(jīng)過的處理工序，分為高速旋轉(zhuǎn)區(qū)、靜止區(qū)、檢測區(qū)和分揀區(qū)。酒瓶由進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)送入回轉(zhuǎn)工作站I中的回轉(zhuǎn)平臺的高速旋轉(zhuǎn)區(qū)，在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)由電機(jī)和同步帶輪帶動(dòng)透明底盤進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)和急停，隨后進(jìn)入靜止區(qū)；在靜止區(qū)內(nèi)瓶內(nèi)酒體旋轉(zhuǎn)基本穩(wěn)定，而雜質(zhì)仍以較快速度旋轉(zhuǎn)，隨后進(jìn)入檢測區(qū)。在檢測區(qū)使用機(jī)器視覺的方法對酒瓶進(jìn)行檢測，并將有、無雜質(zhì)的檢測結(jié)果傳送給分揀機(jī)構(gòu)控制單元，同時(shí)將酒瓶送入分揀區(qū)。分揀機(jī)構(gòu)依據(jù)分揀機(jī)構(gòu)控制單元的指令，通過出瓶機(jī)構(gòu)和軌道將酒瓶送出回轉(zhuǎn)工作站I?；剞D(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)及相應(yīng)傳送酒瓶的導(dǎo)軌構(gòu)成了回轉(zhuǎn)式流水線結(jié)構(gòu)，再檢測過程中所有環(huán)節(jié)瓶子在流水線上沒有靜止環(huán)節(jié)，大大節(jié)省了批量檢測的時(shí)間。
[0033]如圖3所示，每個(gè)檢測工位都有一套視覺裝置、強(qiáng)光源、酒瓶旋轉(zhuǎn)裝置和圖像處理單元。視覺裝置由工業(yè)攝像機(jī)7、內(nèi)窺導(dǎo)光鏡8組成，強(qiáng)光源由LED強(qiáng)光源12、散熱器14組成，LED強(qiáng)光源12由均勻排布的LED燈組成，散熱器14用于LED強(qiáng)光源12散熱，LED強(qiáng)光源12發(fā)出的光透過瓶體10和瓶內(nèi)酒體及異物，被內(nèi)窺導(dǎo)光鏡8聚焦到工業(yè)攝像機(jī)7的感光面，形成瓶內(nèi)酒體和異物圖像。酒瓶旋轉(zhuǎn)裝置包括可旋轉(zhuǎn)透明底盤11、自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)9、電機(jī)15和傳動(dòng)裝置13，自動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)9設(shè)置有可上下和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)漸縮口，漸縮口的旋轉(zhuǎn)軸與可旋轉(zhuǎn)透明底盤11的軸線在同一條直線上，檢測時(shí)漸縮口向下運(yùn)動(dòng)，通過漸縮口的斜面調(diào)整瓶體10軸線與可旋轉(zhuǎn)透明底盤11的軸線處于同一條直線上，同時(shí)壓緊瓶體，電機(jī)15通過傳動(dòng)裝置13帶動(dòng)同軸壓緊機(jī)構(gòu)9的漸縮口、瓶體10和可旋轉(zhuǎn)透明底盤11 一起高速旋轉(zhuǎn)或停止。圖像處理單元為嵌入式處理平臺16，是基于FPGA和DSP的嵌入式圖像處理平臺，圖像處理的大部分算法在FPGA上硬件