一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測系統及方法與流程
2023-10-16 22:26:09 2
本發明涉及機器視覺與工業產品質量檢測領域，尤其是一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測系統及方法。
背景技術：
在白酒瓶蓋出廠前，需使用自動貼標機在瓶蓋柱面上粘貼商標。由於自動貼標機在正常工作時可能出現漏貼，因而需要對瓶蓋進行貼標檢測，若使用人工檢測，將消耗大量人力資源並且檢測效率不高。因此，需要一類自動檢測裝置對瓶蓋是否貼標進行快速在線檢測。
目前，機器視覺技術在自動檢測領域的應用越來越廣，白酒瓶蓋貼標檢測的已有方法，主要是採用線陣相機與旋轉摩擦輪的配合來提取瓶蓋的表面信息。對於高達4到5釐米的白酒瓶蓋，其側面用來粘貼標籤、防偽等信息。線陣相機可以捕獲特定面上一條線的顏色信息，在摩擦輪的帶動下，瓶蓋隨著摩擦輪繞軸線轉動，線陣相機就可以捕捉瓶蓋一周的N條線的信息，最後再將線上的信息組合拼接得到瓶蓋柱面圖像。
由於實際生產環節的環境比較複雜，此方法存在以下問題：
(1)利用摩擦輪旋轉技術結合線陣相機來檢測瓶蓋柱面信息，雖然圖像精度得到保證，但因摩擦輪旋轉耗時與傳送帶配合摩擦輪起停耗時，系統檢測速度最高只能達到120個/分鐘。為了降低生產成本，需提高檢測效率，每分鐘檢測300個以上，顯然這種方法不適用。
(2)瓶蓋隨摩擦輪轉動時可能出現打滑現象，當打滑時，採集到的瓶蓋圖像信息將不完整，嚴重影響瓶蓋的貼標檢測，很可能將已貼標籤瓶蓋當作漏貼瓶蓋剔除出去。
(3)可能有額外振動幹擾摩擦輪的穩定運行。
為解決上述問題本發明提出一種新型的基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測系統及方法。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測系統及方法。
本發明採用的技術方案如下：
一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測系統，其特徵在於包括傳送帶、動作觸發系統、鏡面成像系統、剔廢控制系統和剔廢系統，所述動作出發系統包括光觸發傳感器和超聲波測距傳感器；所述鏡面成像系統包括面陣相機、相機支架和平面鏡；所述剔廢控制系統包括上位機和可編程邏輯控制器；所述剔廢系統包括噴嘴、剔廢箱和防倒蓋板。
更進一步地，所述面陣相機垂直於傳送帶，鏡頭正面朝向傳送帶，鏡頭軸線與傳送帶的交點位於傳送帶的中線上。
更進一步地，所述平面鏡有兩個，分別對稱設置在傳送帶兩側，平面鏡與傳送帶構成的二面角的大小是β，β的大小為：
H是相機鏡片到傳送帶的距離，L是傳送帶寬度值的一半。
更進一步地，所述面陣相機的多光譜光源設置成與瓶蓋一樣的顏色。
更進一步地，所述防倒蓋板設置在剔廢系統處傳送帶上方，防倒蓋板與瓶蓋頂面的距離為0.25cm-0.5cm。
更進一步地，該系統還包括定時控制系統和鉗型機構。
一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測方法，其特徵在於包括，
步驟(1)光電傳感器檢測傳送帶上的瓶蓋是否到達鏡面成像系統，檢測瓶蓋到達後進入步驟(2)；
步驟(2)面陣相機採集瓶蓋圖像信息，所述圖像信息包括瓶蓋的俯視圖和平面鏡中反射的瓶蓋柱面信息，平面鏡反射的瓶蓋柱面信息之和為瓶蓋的全部柱面信息；
步驟(3)將採集到的圖像信息還原為真實圖像的比例大小並判斷瓶蓋是否貼標；
步驟(4)將判斷結果生成控制指令傳輸給剔廢裝置並控制剔除動作。更進一步地，所述步驟(4)包括：
步驟(4-1)根據步驟(3)的判斷結果，瓶蓋貼標時標誌位設定為0，瓶蓋未貼標時標誌位設定為1；
步驟(4-2)對傳送帶上的瓶蓋依次計數並將計數值存儲在N個循環存儲空間中；
步驟(4-3)瓶蓋到達剔除系統時，確定該瓶蓋所在的存儲空間並獲取瓶蓋的標誌位；
步驟(4-4)瓶蓋的標誌位為0時，不剔除瓶蓋，瓶蓋的標誌位為1時，剔除瓶蓋並計數。
更進一步地，所述步驟(4-4)中上位機檢測到用戶操作指令時，優先執行用戶指令。
綜上所述，由於採用了上述技術方案，本發明的有益效果是：
1、結構簡單，機械成本低；
2、瓶蓋貼標檢測速度快，系統檢測效率高；
3、不存在瓶蓋打滑現象，瓶蓋貼標檢測準確度高
附圖說明
本發明將通過例子並參照附圖的方式說明，其中：
圖1:瓶蓋貼標檢測系統整體結構圖
其中1-傳送帶、2-剔廢箱、3-面陣相機、4-相機支架、5-上位機、6-平面鏡、7-光觸發傳感器、8-放倒蓋板、9-噴嘴、10-超聲波測距傳感器、11-可編程邏輯控制器
圖2：成像系統結構圖
圖3：剔廢系統結構圖
圖4：存儲瓶蓋計數值算法流程圖
具體實施方式
本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書中公開的任一特徵，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。
一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測系統，其特徵在於包括傳送帶、動作觸發系統、鏡面成像系統、剔廢控制系統和剔廢系統，所述動作出發系統包括光觸發傳感器和超聲波測距傳感器；所述鏡面成像系統包括面陣相機、相機支架和平面鏡；所述剔廢控制系統包括上位機和可編程邏輯控制器；所述剔廢系統包括噴嘴、剔廢箱和放倒蓋板。
更進一步地，所述面陣相機垂直於傳送帶，鏡頭正面朝向傳送帶，鏡頭軸線與傳送帶的交點位於傳送帶的中線上。
更進一步地，所述平面鏡有兩個，分別對稱設置在傳送帶兩側，平面鏡與傳送帶構成的二面角的大小是β，β的大小為：
H是相機鏡片到傳送帶的距離，L是傳送帶寬度值的一半。
更進一步地，所述面陣相機的多光譜光源設置成與瓶蓋一樣的顏色。本發明中採用多光譜光源，其具有照明和排除幹擾兩個功能，由於本發明中瓶蓋顏色與標籤顏色明顯不同，把光譜光源顏色設置為與瓶蓋顏色一樣，在上位機得到的視覺信息中可以排除掉瓶蓋信息的幹擾，使標籤特徵更加明顯，判斷效率更高。
更進一步地，所述放倒蓋板設置在剔廢系統處傳送帶上方，防倒蓋板與瓶蓋頂面的距離為0.25cm-0.5cm，其既能完成防倒功能，同時不影響瓶蓋正常移動。剔廢系統氣嘴噴氣時，倒帶蓋板可以保護瓶蓋不在氣流的作用下彈出檢測系統，同時又防止瓶蓋被噴嘴氣流彈到放倒蓋板上導致不能正確剔廢。
更進一步地，該系統還包括定時控制系統和鉗型機構，當瓶蓋緊密相連時必然發生多剔的情況，本發明加入定時控制系統和鉗型機構，定時控制系統(由單片機組成的微型控制系統)每個一定時間(毫秒)控制鉗型機構張開，釋放瓶蓋，保證各瓶蓋間保持距離且距離相同，距離設置為大於氣嘴最大工作長度。
一種基於機器視覺的鏡面成像瓶蓋表面貼標檢測方法，其特徵在於包括，
步驟(1)光電傳感器檢測傳送帶上的瓶蓋是否到達鏡面成像系統，檢測瓶蓋到達後進入步驟(2)；
步驟(2)面陣相機採集瓶蓋圖像信息，所述圖像信息包括瓶蓋的俯視圖和平面鏡中反射的瓶蓋柱面信息，平面鏡反射的瓶蓋柱面信息之和為瓶蓋的全部柱面信息；
步驟(3)將採集到的圖像信息還原為真實圖像的比例大小並判斷瓶蓋是否貼標；
步驟(4)將判斷結果生成控制指令傳輸給剔廢裝置並控制剔除動作。
更進一步地，將採集到的圖像信息還原為真實圖像的比例大小的過程為：
其中w為物體的長度，u為像的長度，h為面陣相機鏡片到傳送帶的距離，α為物體所在平面與豎直平面構成的二面角大小。
利用上述過程，上位機將成像系統採集到的圖像信息還原為真實圖像比例大小。
更進一步地，所述步驟(4)包括：
步驟(4-1)根據步驟(3)的判斷結果，瓶蓋貼標時標誌位設定為0，瓶蓋未貼標時標誌位設定為1；
步驟(4-2)對傳送帶上的瓶蓋依次計數並將計數值存儲在N個循環存儲空間中；
步驟(4-3)瓶蓋到達剔除系統時，確定該瓶蓋所在的存儲空間並獲取瓶蓋的標誌位；
步驟(4-4)瓶蓋的標誌位為0時，不剔除瓶蓋，瓶蓋的標誌位為1時，剔除瓶蓋。
為了能夠正確剔除缺陷瓶蓋，保證剔除的瓶蓋與缺陷瓶蓋一一對應，需要對每個瓶蓋設定標誌位。使用循環標誌法，開闢一段內存地址，完成對缺陷瓶蓋剔除，算法過程如下：
1)對可編程邏輯控制器內存地址所指向的存儲空間進行初始化；
2)當第一個光電觸發傳感器7(從左至右看)檢測到瓶蓋到達，可編程邏輯控制器對瓶蓋進行計數，稱為初始計數；
3)面陣相機捕獲瓶蓋圖像，由上位機對其進行處理，並將檢測結果發送給可編程邏輯控制器，並在其所在的存儲空間內的對應標誌位進行標誌，瓶蓋貼標時標誌位設定為0，瓶蓋未貼標時標誌位設定為1；
4)當鏡面成像系統後面兩個光電傳感器依次檢測到瓶蓋時，分別對瓶蓋進行計數並存儲計數值和標誌位信息；
5)瓶蓋到達剔除系統時，在該瓶蓋所在存儲空間內獲取瓶蓋的標誌位，根據標誌位信息判斷是否剔除瓶蓋。
為了確保連剔除工位正確，需將檢測結果存儲在正確的地址中，並且保證在此過程中檢測結果不被後面的檢測數據覆蓋，將存儲結果依次存放到存儲空間的下一個地址中，形成數據堆。實施例1是對上述過程的解釋，如圖4所示，SP為內存堆棧地址指針，MB1、MB2、MB3為存儲空間地址名，用於存放瓶蓋的計數值，瓶蓋的計數值存儲在變量MB0中，SP＝N/M，N表示某一瓶蓋的計數值，M表示存儲循環周期，SP表示瓶蓋計數值與存儲循環周期取餘數。本實施例中M＝3，根據SP＝0、1、2，分別將MB0的結果存儲在MB1、MB2、MB3的存儲空間內。
更進一步地，所述步驟(4-4)中上位機檢測到用戶操作指令時，優先執行用戶指令，執行完用戶指令後等待下一幅圖像信息的傳遞；若無操作指令，將繼續進入等待下一幅圖像信息傳遞模式。
兩平面鏡反射的瓶蓋柱面信息之和為瓶蓋的全部柱面信息，瓶蓋不需旋轉360°成像系統即可獲取瓶蓋的全部柱面信息。
本發明並不局限於前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。