包裝檢測(cè)過(guò)程中的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用研究

1、包裝檢測(cè)過(guò)程中的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用研究 【摘 要】視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)是建立在計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究基礎(chǔ)上的一門(mén)新興檢測(cè)技術(shù)，基于視覺(jué)傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、效率高、組成簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線、非接觸檢測(cè)及監(jiān)控。本文分析了引用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的必要性，介紹了機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用研究，以供參考。 【關(guān)鍵詞】包裝檢測(cè) 機(jī)器 視覺(jué)應(yīng)用 研究 1 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理及影響因素 1.1 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要特點(diǎn)是可以提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不適合人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺(jué)難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺(jué)來(lái)替代人工視覺(jué)；另外，在大批量工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，用應(yīng)用機(jī)器

2、視覺(jué)檢測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量明顯要比人工方式速度快，精度高，而且能夠大大提高生產(chǎn)自動(dòng)化的程度。根據(jù)印刷的重復(fù)性原理，印刷缺陷在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)高速攝像頭連續(xù)拍攝印刷圖案，并將其與一個(gè)完好無(wú)缺的基準(zhǔn)圖像作比較，當(dāng)二者差異（這種差異對(duì)應(yīng)著印刷過(guò)程中產(chǎn)生的各種缺陷，如污漬、飛沫、色差等）超出了設(shè)定的范圍時(shí)，機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)即判定印刷過(guò)程中產(chǎn)生，保存缺陷圖案并用聲光報(bào)警，同時(shí)控制貼標(biāo)機(jī)對(duì)有缺陷的紙張進(jìn)行貼標(biāo)。 1.2 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的影響因素 在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的過(guò)程中隨著張力的變化和速度的波動(dòng)，紙張?jiān)谇斑M(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生蛇行跑動(dòng)的現(xiàn)象，表現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)方向不同程度的拉伸，以及寬度方向不同程度的偏移，給圖像的采集和對(duì)比造成困難

3、；同時(shí)由于卷筒生產(chǎn)過(guò)程中再現(xiàn)性差，無(wú)法真正獲得理想的模板，假設(shè)理想的模板并非完整無(wú)缺，而待測(cè)圖像無(wú)論用何種圖像復(fù)原算法或?qū)R算法，只能從圖像輪廓上與模板匹配，缺陷細(xì)節(jié)和材料形變細(xì)節(jié)仍然無(wú)法分離。 2 引用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的必要性分析 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)印刷競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，精美印刷產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，使得產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)變得非常復(fù)雜。由于檢測(cè)的持續(xù)性和穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生疲勞和漏檢的現(xiàn)象，造成質(zhì)量事故。隨著計(jì)算機(jī)軟件和硬件的發(fā)展，對(duì)圖像處理速度的提高以及各種相關(guān)理論的不斷完善，使得包裝的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)變得切實(shí)可行。并且此種檢測(cè)設(shè)備代價(jià)低，靈活性高，易于調(diào)試，工作環(huán)境要求低。以玻璃瓶檢測(cè)為例，其質(zhì)量直接關(guān)系到包裝的安全，如果

4、玻璃瓶的瓶體上有“皺紋”或者氣泡，那么在受到產(chǎn)品的壓力后可能會(huì)出現(xiàn)爆瓶的危險(xiǎn)情況，給各方帶來(lái)危害。在包裝過(guò)程中，容易出現(xiàn)包裝隱患的環(huán)節(jié)也十分需要機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的引入，比如在玻璃瓶的灌裝環(huán)節(jié)，有些灌裝頭是需要接觸并壓在瓶口上完成灌裝的，如果出現(xiàn)壓損瓶口的情況，那么機(jī)器視覺(jué)設(shè)備可以清楚地檢測(cè)出這一問(wèn)題。而如果沒(méi)有安裝機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備，那么帶有玻璃碎屑的產(chǎn)品流通到市場(chǎng)上，不但會(huì)對(duì)消費(fèi)者的身體健康造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也會(huì)影響企業(yè)的品牌和聲譽(yù)。有研究表明，在玻璃瓶重復(fù)使用5次后，其綜合安全指標(biāo)就會(huì)下降50%。因此，有必要引入機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)產(chǎn)品包裝的質(zhì)量檢測(cè)，以防不合格的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。 3 機(jī)器視覺(jué)檢

5、測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用研究 3.1 實(shí)例分析 隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)變得越來(lái)越可靠和成熟，制造商們開(kāi)始發(fā)現(xiàn)它很容易被整合到包裝線上。由于機(jī)器視覺(jué)和檢查系統(tǒng)發(fā)展迅速，更多的可供于質(zhì)量控制的工具已經(jīng)在許多制造商的包裝過(guò)程中越來(lái)越普及。例如某品牌的快速消費(fèi)品，它由印度的一家兩片罐制造商生產(chǎn)，當(dāng)蓋子從線路上運(yùn)輸下來(lái)時(shí)，該公司使用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢查每個(gè)蓋子，這樣可以使蓋子到達(dá)最后包裝位置之前將損壞的剔出。該公司最初安裝了8套圖像系統(tǒng)，現(xiàn)在已增加到18套。 對(duì)一些早期的圖像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它們需要獲得功率更大的空氣調(diào)節(jié)裝置來(lái)冷卻電子部件，該空氣調(diào)節(jié)裝置經(jīng)常會(huì)出問(wèn)題，并且維護(hù)費(fèi)用非常昂貴。同時(shí)這些系統(tǒng)已經(jīng)降低了工藝周期，這已

6、成為提高生產(chǎn)率的一個(gè)主要障礙。但視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在緊縮包裝方面提供了許多功能。它能將兩套系統(tǒng)安裝在原來(lái)只能安裝一套老系統(tǒng)的空間內(nèi)，這樣可以節(jié)省空間，并完全避開(kāi)了對(duì)空氣調(diào)節(jié)裝置的需求。這是因?yàn)橄到y(tǒng)的復(fù)雜性經(jīng)良好的設(shè)計(jì)后變得更簡(jiǎn)單，成本更低。 3.2 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)用流程分析 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠捕獲包裝的圖像并將它送至一個(gè)plc處，這樣就可以進(jìn)行比較，以防止發(fā)生包裝方面的缺陷現(xiàn)象，該plc由工程師和質(zhì)控人員預(yù)編程。在plc已經(jīng)確定包裝的良好或損壞狀態(tài)以后，將結(jié)果儲(chǔ)存并且進(jìn)行跟蹤，直到該包裝達(dá)到被丟棄狀態(tài)。在丟棄狀態(tài)時(shí)，從plc發(fā)出的一個(gè)信號(hào)能夠激活丟棄機(jī)械裝置，它會(huì)把損壞的包裝從傳送帶上移除。

7、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)的菜單非常簡(jiǎn)便，易于工作，它甚至可以提供聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)收集功能，這為包裝系統(tǒng)的全面集成打下了非常好的基礎(chǔ)。讀碼照相機(jī)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的最新發(fā)展表現(xiàn)在轉(zhuǎn)換鏡頭上，某眼鏡制造商能夠使鏡頭在暴露于陽(yáng)光下時(shí)變黑。一些公司已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)行一種新型機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以保證在鏡頭紙板盒上行精確的標(biāo)記。舊的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不足以使得公司實(shí)行整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化，最新的cognex lnsight 4001高分辨率圖像感應(yīng)器能夠讀出二維編碼，這些編碼能夠指示盒狀標(biāo)簽機(jī)的末端狀態(tài)。 將某二維蝕刻模型轉(zhuǎn)移到機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的鏡頭上，這是一種類似于條形碼的東西，形狀為正方形，并且沒(méi)有垂直線，由一系列小點(diǎn)所組成。優(yōu)點(diǎn)是可

8、以得到許多數(shù)字，它們可以形成一個(gè)非常小的標(biāo)記，被稱為數(shù)據(jù)模型。其他的數(shù)字式圖像系統(tǒng)有時(shí)候會(huì)混淆數(shù)字。這種新型編碼能夠確保鏡頭處于合適的紙板箱內(nèi)，而且該編碼也包含前面步驟涉及到的更多信息。包含在該我碼內(nèi)的信息有為哪個(gè)眼所設(shè)計(jì)、放大強(qiáng)度以及顏色色彩。cognex傳感器的分辨率為1024x768，它被安裝于某閉合室內(nèi)。如此級(jí)別的分辨率非常重要，因?yàn)樗沟霉灸軌颢@得整個(gè)鏡頭而非一部分透鏡的一幅圖像來(lái)用于鑒定。該系統(tǒng)的運(yùn)行速度為20透鏡/min。傳動(dòng)帶將每個(gè)透鏡帶入閉合傳感器室內(nèi)。cognex傳感器使用由rauscher編寫(xiě)的軟件來(lái)采用某種模式查找工具來(lái)定位二維編碼，該編碼被懸于傳感櫥的頂端。從編碼中

9、得到一串12個(gè)數(shù)字并被送往rockwell提供的一種plc，該plc能夠編譯編碼并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息至印刷和標(biāo)簽機(jī)。透鏡從傳感櫥中退出并被移至紙箱成形機(jī)器內(nèi)。然后將紙板箱通過(guò)標(biāo)簽機(jī)進(jìn)行傳輸，在標(biāo)簽機(jī)上它們將會(huì)從印刷和應(yīng)用標(biāo)簽機(jī)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲好魳?biāo)簽的鑒定。做這項(xiàng)工作的主要原因是因?yàn)橄胧股a(chǎn)工藝的其他部分也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 4 機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展研究現(xiàn)狀 在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)包裝檢測(cè)研究的時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)也比較成熟，有一些大型廠家憑借其雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，開(kāi)發(fā)研制了多種包裝檢測(cè)機(jī)器。國(guó)內(nèi)在這方面與國(guó)外存在差距。 如今，國(guó)內(nèi)的一些研究單位和企業(yè)也開(kāi)始轉(zhuǎn)向?qū)嵱眯詸C(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究，已經(jīng)涌現(xiàn)了很多機(jī)器視覺(jué)公司。但同國(guó)外產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)廠家在技術(shù)方面還有很大差距，產(chǎn)品的精度與穩(wěn)定性還無(wú)法與國(guó)外產(chǎn)品相比擬，但是在價(jià)格方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品具有優(yōu)勢(shì)。目前，在機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)上已有多家公司和研發(fā)單外投入了開(kāi)發(fā)。 結(jié)語(yǔ) 在進(jìn)行大批量的工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量人工地進(jìn)行視覺(jué)檢查不但質(zhì)量效率不高，而且精度也很低。使用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)能夠大大提高