瓶口缺陷檢測方法
2023-09-11 17:04:05 3
瓶口缺陷檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種瓶口缺陷檢測方法，包括：S1、對所述瓶口進行檢測區域劃分，分為第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環區域，並對各區域進行檢測；S2、將各檢測結果匯總，輸出對瓶口的綜合檢測結果，若所有檢測項結果均為正常，則輸出該瓶口檢測正常，否則輸出該瓶口檢測異常。本發明提出的瓶口缺陷檢測方法，檢測速度快、精度高、性能穩定、調試方便，適用於高速自動化流水線上對瓶口缺陷的長時間實時不間斷檢測。
【專利說明】瓶口缺陷檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業自動化檢測【技術領域】，特別涉及一種瓶口缺陷檢測方法。
【背景技術】
[0002]目前，我國的食品安全管理體系快速推進，民眾對於食品安全的關注程度愈加增強，歐洲的HACCP標準和我國的GB4927-91標準均對啤酒瓶空瓶的檢測提出了嚴格的要求。在現有的啤酒、飲料和藥品的生產過程中，都要求灌裝容器滿足相應的質量標準，生產每一步均需要進行檢查，當不合格瓶流入市場，不但消費者可能會受到傷害，對於產品生產廠家其經濟和聲譽亦會受到損害。目前啤酒瓶空瓶檢測主要依靠人工檢測的方法實現，但是人工檢測存在以下幾個缺點:(1)檢測速度慢，效率低下。近些年我國以啤酒為代表的玻璃品飲品的產量快速增加，啤酒產量自2002年以來一直穩居世界首位，啤酒生產線速度國內也快速增加到兩萬四到四萬瓶每小時，國外最快速度超過七萬瓶每小時。這樣的速度下依靠人工進行檢測已經難以實現；(2)隨著近些年人力成本的快速增加，人工檢測變得愈加昂貴；(3)人檢工作需要人員量大，但該工作枯燥、強度大，願意從事該工作的年輕人越來越少，導致企業招工難；(4)由於受到人員疲勞、情緒等影響，人檢後的酒瓶質量和質量一致性均較差，難以滿足日益提高的質量要求。所以，採用自動化方法對玻璃瓶空瓶進行檢測的玻璃瓶空瓶驗瓶機正在國內外被快速推廣使用。
[0003]國外的玻璃瓶空瓶驗瓶機已經有一些成功的案例，其產品在歐美地區擁有廣泛的客戶群，但進口驗瓶機用於國內啤酒生產企業存在如下的問題:(I)價格昂貴，供貨周期長，我國啤酒年產量和生產線數量均居世界首位，但高昂的價格和維護成本卻非大部分企業所能承受的，且一般前期供貨和售後維修周期均較長；(2)標準不同，進口驗瓶機大多基於歐洲檢測標準設計算法和參數，與我國的國家標準存在不相符合的情況，給啤酒生產廠商帶來困擾；(3)瓶源不同，我國的啤酒瓶大於80%為回收瓶，20%為新瓶，而在歐洲比例相反。我國的新瓶生產一般為多家玻璃瓶廠同時生產，新瓶質量、外形也各有差異。回收瓶多為多次使用，瓶體磕損、劃傷、裂紋較為嚴重。在這種情況下若採用進口驗瓶機則失去了對國內瓶源以及各生產商質量要求的靈活性，往往無法滿足國內啤酒生產商的需求，使進口驗瓶機出現「水土不服」的情況。所以，研究和大力發展具有完全自主智慧財產權的自有品牌驗瓶機設備對於提升我國自有核心技術的掌控和科技創新能力具有重要意義，對我國食品飲料行業衛生安全的提升具有實際價值。
[0004]作為玻璃瓶空瓶檢測的重要環節，瓶口檢測被啤酒生產廠商極為看重，當瓶口破損嚴重時，可能會對飲用者造成傷害，而即使微小的缺損，也會由於漏氣導致酒在運輸儲存過程中快速變質，所以瓶口檢測要求具有很高的精度。另一方面，由於瓶口缺陷的瓶子一般為廢棄瓶，所以大多啤酒生產廠商將瓶口檢測不合格的瓶子直接剔除擊碎，而如側壁、瓶底等環節檢測不合格的瓶子則回洗瓶機再次清洗後回到鏈道再進行空瓶檢測。所以要求瓶口檢測的誤剔除率必須很低，否則大量合格瓶被誤剔除擊碎會造成啤酒生產企業可觀的經濟損失。[0005]目前針對瓶口檢測的研究工作已經在一些高校進行。但是由於驗瓶機產品要求高速、穩定、高精度、適應性強、便於工程師調試等諸多實際要求，在玻璃瓶瓶口檢測的算法設計過程中需要權衡上述各種因素，特別是速度和穩定性方面的要求，開發適合於工業化推廣的玻璃瓶空瓶瓶口檢測算法。
【發明內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]本發明要解決的技術問題是:如何提供一種高速高精度瓶口缺陷檢測方法，用於解決現有的高速玻璃瓶灌裝自動化生產流水線上空瓶瓶口缺陷檢測方法的速度慢、精度低和穩定性差的問題。
[0008](二)技術方案
[0009]為解決上述問題，本發明提供一種瓶口缺陷檢測方法，包括:S1、對所述瓶口進行檢測區域劃分，分為第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環區域，並對各區域進行檢測；S2、將各檢測結果匯總，輸出對瓶口的綜合檢測結果，若所有檢測項結果均為正常，則輸出該瓶口檢測正常，否則輸出該瓶口檢測異常。
[0010]優選地，在所述步驟SI中採用並行計算機制同時對所述第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環區域進行檢測，各項檢測並行完成。
[0011]優選地，對所述第一內環區域進行檢測包括:S111、對所述第一內環區域濾波後進行二值化操作，正常區域為黑色，異常區域為白色；S112、對所述白色區域進行連通域分析，當最大連通域面積大於給定閾值時，則返回第一內環檢測異常，否則返回第一內環檢測正
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[0012]優選地，對所述評估環區域進行檢測包括:S131、將所述評估環區域濾波後進行二值化處理，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後進行極坐標展開；S132、沿所述評估環徑向方向觀察每列像素的白色像素個數，若某列白色像素個數超過給定範圍，則標記該列為不合格；S133、若檢測到某列不合格，則錯誤值增加，反之若合格則錯誤值減少，若錯誤值峰值超過給定閾值，則輸出不合格，若輸出為不合格，則返回評估環檢測異常，否則返回評估環檢測正常。
[0013]優選地，對所述密封環區域進行檢測包括:S141、將所述密封環區域濾波後進行二值化處理，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後進行極坐標展開；S142、沿密封環徑向方向觀察每列像素的白色像素個數，若某列白像素個數低於給定值，則標記該列為不合格；
S143、若檢測到某列不合格，則錯誤值增加，反之若合格則錯誤值減少，若錯誤值峰值超過給定閾值，則輸出不合格，若輸出為不合格，則返回密封環檢測異常，否則返回密封環檢測正常。
[0014]優選地，對所述內密封環區域進行檢測包括:S151、將內密封環區域濾波後利用灰度閾值對該區域進行圖像分割，小於該閾值區域設置灰度為黑色，作為背景區域，大於該閾值區域灰度不變，作為前景區域；S152、將前景區域求平均值後加上灰度偏置後作為閾值，將前景區域進行二值化處理，小於該閾值的設為黑色，大於該閾值的設為白色；S153、將白色區域進行開運算，去除細小條紋和小塊虛假區域的影響；S154、計算白色區域的連通域信息，設定連通域面積、寬度和高度等檢測項的上下限，至少存在一個連通域所有信息同時在限定範圍內時返回內密封環異常，否則返回內密封環正常。
[0015](三)有益效果
[0016]本發明提出的瓶口缺陷檢測方法，檢測速度快、精度高、性能穩定、調試方便，適用於高速自動化流水線上對瓶口缺陷的長時間實時不間斷檢測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為依照本發明一種實施方式的瓶口缺陷檢測方法的流程示意圖；
[0018]圖2為依照本發明一種實施方式的瓶口檢測圖像示意圖；
[0019]圖3為依照本發明一種實施方式的瓶口檢測圖像採集系統示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0021]本發明提供了一種瓶口缺陷檢測方法，包括:
[0022]S1、對瓶口進行檢測區域劃分，採用並行計算機制同時第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環等區域進行檢測；
[0023]S2、將各檢測結果匯總，最終輸出對瓶口的綜合檢測結果，若存在不少於I項檢測項輸出異常，則檢測結果為異常，否則檢測結果為正常。
[0024]其中，所述步驟SI中的採用並行計算機制同時第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環等區域進行檢測，各檢測項並行完成，各項在檢測過程中沒有耦合關係，其具體流程為:
[0025]S11、第一內環檢測，首先對區域濾波、二值化操作，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後對白色區域進行連通域分析，若最大面積超過閾值，則返回第一內環檢測異常，否則返回第一內環檢測正常；
[0026]S12、第二內環檢測，其檢測流程與第一內環檢測相同；
[0027]S13、評估環檢測，首先對區域濾波、二值化操作，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後沿評估環徑向方向對每列像素的白色像素個數進行統計，當某列的白色像素個數在正常範圍以外時，標記該列為不合格，若加權不合格列超過給定閾值，則返回評估環檢測異常，否則返回評估環檢測正常；
[0028]S14、密封環檢測，首先對區域濾波、二值化操作，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後沿密封環徑向方向對每列像素的白色像素個數進行統計，若某列白色像素個數小於給定值，則標記該列不合格，若加權不合格列超過給定閾值，則返回密封環檢測異常，否則返回密封環檢測正常；
[0029]S15、內密封環檢測，首先對分為灰度值不變的前景區域和為黑色的背景區域。然後進行二值化處理，小於閾值的設為黑色，即背景區域，大於閾值的設為白色，第三將白色區域進行開運算，第四計算白色區域的連通域信息，設定連通域面積、寬度和高度等檢測項的上下限，至少存在一個連通域所有信息同時在限定範圍內時返回內密封環異常，否則返回內密封環正常。
[0030]本實施例中提出的瓶口缺陷檢測方法的流程如圖1所示。所拍攝的圖像和各檢測區域標記如圖2所示。其中外側圓形亮環為密封環，內側圓形亮環為內密封環，第一內環在密封環和內密封環之間，第二內環在內密封環以內，密封環向內外延展一定寬度後的區域為評估環。瓶口圖像的採集系統如圖3所示，其中環形的LED光源2傾斜照射瓶體3中的瓶口，光線經瓶口表面反射後進入C⑶相機I。當瓶口表面光滑完整時，圖像為完整規範的亮環形狀，而當瓶口表面缺損時，圖像的亮環出現斷開或附有大塊白斑現象。
[0031]檢測的主要步驟包括:
[0032]Sll.第一內環檢測。當瓶口存在較大缺口或磨口時，會在第一內環區域出現較大面積的白斑，第一內環區域的檢測即主要針對上述缺陷進行檢測。其檢測方法為:
[0033]S111、對第一內環區域濾波後進行二值化操作，使正常區域呈黑色，異常區域呈白色；
[0034]S112、對白色區域進行連通域分析，當最大連通域面積大於給定閾值時，則返回第一內環檢測異常，否則返回第一內環檢測正常；
[0035]S12.第二內環檢測。當有較大異物堵塞在瓶口，則可能在第二內環區域出現較大面積的白斑。第二內環區域的檢測即主要針對上述缺陷進行檢測。其檢測方法與第一內環檢測相同，在此不再贅述。
[0036]S13.評估環檢測。當瓶口存在缺損時，會出現密封環斷開的情況，若存在磨口時，會出現密封環周圍出現較大白斑的情況。評估環區域的檢測即主要針對上述缺陷進行檢測。其檢測方法為:
[0037]S131、將評估環區域濾波後進行二值化處理，然後進行極坐標展開；
[0038]S132、沿評估環徑向方向觀察每列像素的白色像素個數，若某列白色像素個數超過給定範圍，則標記該列為不合格；
[0039]S133、若檢測到某列不合格，則錯誤值增加，反之若合格則錯誤值降低。若錯誤值峰值超過給定閾值，則輸出不合格。
[0040]若輸出為不合格，則返回評估環檢測異常，否則返回評估環檢測正常。
[0041]S14.密封環檢測。當瓶口存在缺損時，密封環會斷開，密封環檢測即針對該種缺陷進行檢測，也是各檢測項中最重要的一項，其檢測方法為:
[0042]S141、將密封環區域濾波後進行二值化處理，然後進行極坐標展開；
[0043]S142、沿密封環徑向方向觀察每列像素的白色像素個數，若某列白像素個數低於給定值，則標記該列為不合格。；
[0044]S143、若檢測到某列不合格，則錯誤值增加，反之若合格則錯誤值降低，若錯誤值峰值超過給定閾值，則輸出不合格。
[0045]若輸出為不合格，則返回密封環檢測異常，否則返回密封環檢測正常。
[0046]S15.內密封環檢測。當瓶口內沿出現破損時，會出現內密封環出現白斑，但是由於瓶口內沿的形狀各異，導致內密封環成像各異，其亮度、寬度和紋理各不相同，這就增加了檢測的難度，內密封環的檢測方法為:
[0047]S151、將內密封環區域濾波後利用灰度閾值對該區域進行圖像分割，小於該閾值區域設置灰度為黑色，作為背景區域；大於該閾值區域灰度不變，作為前景區域；
[0048]S152、將前景區域求平均值後加上灰度偏置後作為閾值，將前景區域進行二值化處理，小於該閾值的設為黑色，大於該閾值的設為白色；[0049]S153、將白色區域進行開運算，去除細小條紋和小塊虛假區域的影響；
[0050]S154、計算白色區域的連通域信息，設定連通域面積、寬度和高度等檢測項的上下限，至少存在一個連通域所有信息同時在限定範圍內時返回內密封環異常，否則返回內密封環正常。
[0051]S2.檢測結果匯總。將各檢測項的檢測結果進行綜合後輸出最終的結果，若所有定位項和檢測項結果均為正常，則輸出該瓶口檢測正常，否則輸出該瓶口檢測異常。
[0052]綜上所述，本發明具有以下幾點優勢:
[0053]1.檢測速度快。在算法層面，各個檢測項完全獨立，因此在程序編制時可採用多線程並行計算。當採集圖像為640X480像素，在I5CPU的計算機上進行運算，每幅圖像的運算時間在14ms以內，該速度可以滿足目前世界上最快的啤酒生產線的需要。
[0054]2.檢測精度高，誤檢率低。利用本方法可以準確檢出瓶口 5_2的缺損。同時能夠有效抵抗幹擾，誤檢率不高於0.1%。
[0055]3.性能穩定。本算法生成的檢測程序運行過程中內存佔用和吞吐量小，且在參數設置不合理或非瓶口圖像輸入時不會造成運行錯誤。因此長時間運行難以出現死機、內存耗盡等運行異常情況發生。
[0056]4.工程師調試方便，對工程師的要求較低。檢測結果對除精度閾值外的參數不敏感；同時需設定的參數直觀易懂，參數設定可以通過簡單分析圖像得到調整方向。因此理論水平和經驗不太高的工程師也可勝任現場調試工作。
[0057]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種瓶口缺陷檢測方法，其特徵在於，包括:S1、對所述瓶口進行檢測區域劃分，分為第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環區域，並對各區域進行檢測；S2、將各檢測結果匯總，輸出對瓶口的綜合檢測結果，若所有檢測項結果均為正常，則輸出該瓶口檢測正常，否則輸出該瓶口檢測異常。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述步驟SI中採用並行計算機制同時對所述第一內環、第二內環、評估環、密封環和內密封環區域進行檢測，各項檢測並行完成。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，對所述第一內環區域進行檢測包括:S111、對所述第一內環區域濾波後進行二值化操作，正常區域為黑色，異常區域為白色；S112、對所述白色區域進行連通域分析，當最大連通域面積大於給定閾值時，則返回第一內環檢測異常，否則返回第一內環檢測正常。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，對所述評估環區域進行檢測包括:S131、將所述評估環區域濾波後進行二值化處理，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後進行極坐標展開；S132、沿所述評估環徑向方向觀察每列像素的白色像素個數，若某列白色像素個數超過給定範圍，則標記該列為不合格；S133、若檢測到某列不合格，則錯誤值增加，反之若合格則錯誤值減少，若錯誤值峰值超過給定閾值，則輸出不合格，若輸出為不合格，則返回評估環檢測異常，否則返回評估環檢測正常。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，對所述密封環區域進行檢測包括:S141、將所述密封環區域濾波後進行二值化處理，正常區域為黑色，異常區域為白色，然後進行極坐標展開；S142、沿密封環徑向方向觀察每列像素的白色像素個數，若某列白像素個數低於給定值，則標記該列為不合格；5143、若檢測到某列不合格，則錯誤值增加，反之若合格則錯誤值減少，若錯誤值峰值超過給定閾值，則輸出不合格，若輸出為不合格，則返回密封環檢測異常，否則返回密封環檢測正常。
6.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，對所述內密封環區域進行檢測包括:S151、將內密封環區域濾波後利用灰度閾值對該區域進行圖像分割，小於該閾值區域設置灰度為黑色，作為背景區域，大於該閾值區域灰度不變，作為前景區域；S152、將前景區域求平均值後加上灰度偏置後作為閾值，將前景區域進行二值化處理，小於該閾值的設為黑色，大於該閾值的設為白色；S153、將白色區域進行開運算，去除細小條紋和小塊虛假區域的影響；S154、計算白色區域的連通域信息，設定連通域面積、寬度和高度等檢測項的上下限，至少存在一個連通域所有信息同時在限定範圍內時返回內密封環異常，否則返回內密封環正常。
【文檔編號】G01N21/892GK103529053SQ201310452499
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】王貴錦, 張淳, 孟龍, 張樹君 申請人:清華大學, 山東明佳包裝檢測科技有限公司