目前啤酒生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越重視產(chǎn)品質(zhì)量，越來(lái)越多的企業(yè)在灌裝生產(chǎn)線(xiàn)上使用了各種自動(dòng)檢測設備，以期提高檢測的可靠性。傳統的灌裝線(xiàn)空瓶檢驗方式是人工燈光檢測。但在現代高速灌裝線(xiàn)上，由于視覺(jué)疲勞等原因，僅靠傳統的人工類(lèi)光檢測不能保證可靠性，而且啤酒瓶的兩個(gè)重要部位——瓶口和瓶底無(wú)法檢測，造成部分漏氣瓶和瓶底贓物瓶流入市場(chǎng)，給企業(yè)形象造成損害。

 
1  前言 
    
    目前國外基于圖像處理技術(shù)的空瓶在線(xiàn)檢測系統已相對成熟且有大量產(chǎn)品投放市場(chǎng)，如：德國的MIHO系統、HEUFT系統；美國INDUSTRIALDYNAMICSCOMPANY，LTD的OMNIVISIONI系統。我國在這方面則比較落后。

    當前我國多數啤酒生產(chǎn)廠(chǎng)家正在向每小時(shí)四萬(wàn)瓶以上的生產(chǎn)線(xiàn)方向發(fā)展，在這種速度下依靠人工檢測將變得異常困難，他們急需大量的空瓶在線(xiàn)檢測設備。而國外產(chǎn)品售價(jià)過(guò)高且維護困難，對于多數中小啤酒廠(chǎng)而言門(mén)檻過(guò)高。�� 

2  系統設計目標的確定

    在參考國外各公司機型的基礎上，分析當前中國企業(yè)需要和目前我們的技術(shù)力量的情況，確定了本系統設計的目標是：��

    (1)將瓶底檢測與瓶口檢測模塊作為系統的基本模塊，首先保證完成；將外壁檢測模塊、內壁檢測模塊、殘留液檢測模塊、透明物檢測模塊作為附加模塊，留待以后擴展。

    (2)系統檢測速度為：瓶徑64mm時(shí)為42000瓶/h。

    (3)瓶底檢測分辨率及剔除率為：無(wú)標志和無(wú)磨損瓶：大小為2.5mm×2.5mm時(shí)，剔除率98%；大小為3.0mm×3.0mm時(shí)，剔除率99%。有標志、磨損、深色、色差時(shí)：大小為3.5mm×3.5mm時(shí)，剔除率98%；大小為4.0mm×4.0mm時(shí)，剔除率99%。�� 

    (4)可對混色瓶或深色瓶進(jìn)行處理。�� 

3  系統設計方案的確定�� 

    3.1  系統總方案選擇�� 

    本系統有3種方案可供選擇：一種方案是直接購買(mǎi)國外的機器視覺(jué)系統，在該系統的基礎上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；第二種方案是采用圖像卡加工業(yè)控制計算機，并配以自我研制的控制軟件，考慮到處理速度的需要，需采用多系統的工業(yè)控制計算機；第三種方案是采用分級控制系統，即以工業(yè)控制機完成上層的控制管理工作，下層配以由DSP芯片為核心的系統，完成圖像采集與圖像處理工作。�� 

    第一種方案雖然開(kāi)發(fā)速度快，但一來(lái)系統昂貴，且以后每生產(chǎn)一臺都必須支付軟件注冊費，二來(lái)能夠達到速度要求的現成視覺(jué)系統也幾乎不存在，故該方案被放棄。第三種方案由于開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(cháng)，不利于占領(lǐng)市場(chǎng)且該方案建立在算法已經(jīng)完全成熟的基礎上，因而，該方案被作為未來(lái)完善的方向而推遲采用。最終，第二種方案在現階段被采用。�� 

    3.2  系統總體方案確定��

    待檢測的空瓶由傳送帶送來(lái)。到達混瓶與色差補償光源位置時(shí)，該光源閃光，混瓶與色差傳感器對透射光進(jìn)行檢測，并把檢測結果送色差補償電路以便對瓶底檢測時(shí)光源亮度進(jìn)行補償。當空瓶到達瓶底檢測位置時(shí)，在色差補償電路與攝像機光源同步電路的作用下，光源閃光且快門(mén)打開(kāi)，通過(guò)成像系統使攝像機成像。所成圖像經(jīng)圖像采集卡送入瓶底計算機進(jìn)行處理，處理后如有污物，則通過(guò)32路I/O卡送出剔除信號，該信號經(jīng)放大，控制剔除機構將該瓶推離傳送帶。當空瓶進(jìn)入瓶口處理位置時(shí)，進(jìn)行瓶口處理，處理過(guò)程與瓶底基本相似。瓶底處理總控管理計算機與瓶口處理計算機通過(guò)串口進(jìn)行狀態(tài)通訊，以保證系統協(xié)調工作。雙系統公用同一觸摸屏進(jìn)行顯示與操作，通過(guò)觸摸屏切換電路完成兩系統之間的切換工作。

4  系統軟件設計�� 
 
    4.1  模塊劃分�� 

    系統軟件分為三大模塊：系統管理與用戶(hù)界面模塊、瓶口處理模塊(瓶底處理模塊)、機器控制與雙機通訊模塊。系統管理與用戶(hù)界面模塊的功能主要是完成生產(chǎn)數據的管理、系統各模塊之間的協(xié)調以及系統設置參數的輸入與存儲。瓶口處理模塊(瓶底處理模塊)是系統的核心，完成圖像的采集、處理、污點(diǎn)與破損的判斷，以及剔除信號的發(fā)送工作。由于處理方法的不同。瓶口處理模塊應在瓶口處理機上運行，而瓶底處理模塊則只可在瓶底處理機上運行。 

    機器控制與雙機通訊模塊完成對機器啟停、速度控制、故障診斷以及雙機之間的通訊功能。 

    4.2  軟件系統結構�� 

    為了實(shí)現以上3個(gè)模塊同步協(xié)調工作，系統開(kāi)辟了3個(gè)線(xiàn)程。其中主線(xiàn)程完成系統管理與用戶(hù)界面功能，兩個(gè)輔助線(xiàn)程分別完成瓶底(瓶口)處理功能和機器控制與雙機通訊功能。三個(gè)線(xiàn)程之間通過(guò)全局變量完成通訊工作。通過(guò)事件進(jìn)行線(xiàn)程之間的同步工作。�� 

    4.3  瓶口與瓶底處理模塊的實(shí)現�� 

    由于該系統對處理速度的要求較高，一般的圖像處理方法并不適合。我們采用了簡(jiǎn)單二值化與統計方法很好地解決了該問(wèn)題。

    在瓶口檢測方面，我們通過(guò)特殊成像裝置，使閃光燈光線(xiàn)照射到瓶口密封面上并返回攝像機。一個(gè)完好的平面反射光線(xiàn)應為完整且光滑的圓環(huán)，若有破損，則圓環(huán)斷裂(貫通破損)或圓環(huán)出現內凹(內沿破損)或圓環(huán)出現外凸(外沿破損)，用戶(hù)可以通過(guò)設定三個(gè)極限值來(lái)定義斷裂、內凹、外凸的大小。系統通過(guò)將實(shí)際斷裂、內凹、外凸的大小與設定值進(jìn)行比較以決定是否剔除。為了避免由于瓶子本向傾斜而造成的誤判，該模塊通過(guò)一定方法實(shí)現了對瓶口位置自動(dòng)進(jìn)行跟蹤的功能。

    在瓶底檢測方面，首先對圖像采集卡得到的灰度圖像進(jìn)行二值化，然后通過(guò)統計方法，對各個(gè)獨立污點(diǎn)計算其大小，將得到的污點(diǎn)大小值與用戶(hù)設定允許污點(diǎn)大小值進(jìn)行比較，以決定是否剔除。�� 

5  結束語(yǔ) 

    系統很好地解決了空啤酒瓶在線(xiàn)檢測問(wèn)題，且價(jià)格較底，很好地滿(mǎn)足了大多數中小啤酒生產(chǎn)廠(chǎng)家的需要，取得了較好的經(jīng)濟效益。另外，該系統的開(kāi)發(fā)成功對其它飲料瓶在線(xiàn)檢測系統的研制也有很好的參考價(jià)值。 (peter)