義烏市易開(kāi)蓋實(shí)業(yè)公司 周 揚(yáng)

基于機(jī)器視覺(jué)的易開(kāi)蓋卷邊檢測(cè)

義烏市易開(kāi)蓋實(shí)業(yè)公司 周 揚(yáng)

本文提出一種運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)易開(kāi)蓋卷邊缺陷的方法，利用低角度紅色環(huán)形光源與高速相機(jī)進(jìn)行卷邊圖像采集，采集的圖片經(jīng)過(guò)圖像處理，極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。以計(jì)算厚度數(shù)組標(biāo)準(zhǔn)差的方式識(shí)別卷邊缺陷。實(shí)踐表明，本文所使用的方法，可靠穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)1500次/分鐘的卷邊缺陷在線自動(dòng)檢測(cè)。

機(jī)器視覺(jué)；在線檢測(cè)；易開(kāi)蓋

引言

易開(kāi)蓋的卷邊質(zhì)量是影響封罐性能的關(guān)鍵點(diǎn)。卷邊破損作為A類缺陷，在成品蓋總的比列必須控制在百萬(wàn)分之一以下，確切的說(shuō)，應(yīng)該杜絕此類缺陷進(jìn)行封罐工序。鐵質(zhì)易開(kāi)蓋由于片料生產(chǎn)的緣故，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法避免產(chǎn)生卷邊破損的蓋子，而且一次能夠產(chǎn)生一模多個(gè)缺陷蓋子，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將批量產(chǎn)生這種蓋子。后工序由于這類缺陷的存在，設(shè)備故障將顯著增加，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。目前國(guó)內(nèi)公司多采用人工目測(cè)的方法進(jìn)行卷邊缺陷檢測(cè)，由于卷邊區(qū)域非常狹窄，通過(guò)肉眼分辨極易疲勞且效率偏低，無(wú)法保證大批量蓋子的卷邊缺陷的穩(wěn)定可靠性，而且由于德國(guó)contec基本蓋設(shè)備每通道每秒產(chǎn)生25只蓋子，人眼無(wú)法做到實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。機(jī)器視覺(jué)是用機(jī)器代替人眼來(lái)做檢測(cè)和判斷，具有高效率，高精度，高穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，非常適合卷邊缺陷這類狹窄區(qū)域的檢測(cè)，應(yīng)用機(jī)器視覺(jué)對(duì)卷邊進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)成為必要。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由光纖傳感器，編碼器，環(huán)形光源，鏡頭，工業(yè)相機(jī)，工控計(jì)算機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制卡以及高速踢蓋電磁閥等組成，如圖一所示：

圖一 機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)檢測(cè)流程分解如下：（1）觸發(fā)部分：蓋子通過(guò)自動(dòng)流水線進(jìn)入視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)蓋子檔住光纖對(duì)射傳感器時(shí)，傳感器產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給工業(yè)相機(jī)，同時(shí)編碼器和運(yùn)動(dòng)控制卡確定蓋子位置。（2）采集部分：相機(jī)接到觸發(fā)信號(hào)后，觸發(fā)頻閃控制器工作，光源進(jìn)行一次頻閃打光，同時(shí)相機(jī)進(jìn)行200微妙的延時(shí)拍攝。（3）處理部分：拍攝完成后，通過(guò)千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口將蓋子圖像數(shù)據(jù)傳給工控計(jì)算機(jī)的檢測(cè)程序，并進(jìn)行卷邊區(qū)域的檢測(cè)。（4）踢蓋部分：檢測(cè)程序?qū)⒔Y(jié)果輸出給I/O運(yùn)動(dòng)控制卡。如果檢測(cè)的蓋子有缺陷，PLC輸入將端接收到運(yùn)動(dòng)控制通過(guò)固態(tài)繼電器發(fā)出的信號(hào)，并控制高速電磁閥將卷邊缺陷剔除。

2.圖像特征及檢測(cè)算法

鐵質(zhì)易開(kāi)蓋涂膜顏色大致分為黃色，銀白，暗綠三種顏色，易開(kāi)蓋Y300蓋子直徑大小約79.2mm,卷邊高度約1.95mm。由于著重檢測(cè)卷邊區(qū)域的缺陷，采用了一款直徑175mm低角度的紅色環(huán)形LED光源，配合頻閃控制器，可使光源的點(diǎn)亮在1μs-1023μs之間可調(diào)，延長(zhǎng)光源的使用壽命。為了滿足1500EPM*2的檢測(cè)速度，相機(jī)采用了basler AC640-90的黑白30萬(wàn)像素，同時(shí)配合12mm的定焦1.8F的CCTV鏡頭，把相機(jī)延時(shí)拍攝時(shí)間控制在200μs，減少圖像拖影現(xiàn)象。圖二，蓋子在高速生產(chǎn)線運(yùn)動(dòng)時(shí)候拍攝的典型卷邊缺陷蓋缺陷，可以看出圖像非常清晰，光照均勻，卷邊區(qū)域缺陷明顯。

圖二 蓋子高速運(yùn)動(dòng)中拍攝的圖片

圖像處理可以分成如下流程：

（1）首要任務(wù)是編寫以VC++和Halcon混合編程的軟件，通過(guò)open_framegrabber及grab_image_async進(jìn)行圖像的采集工作。

（2）采集圖片后，確定蓋子在圖片中的中心并計(jì)算出卷邊最外邊界的直徑。基于這些信息后才能對(duì)卷邊區(qū)域進(jìn)行極坐標(biāo)變換。從采集圖像上看，皮帶與卷邊區(qū)域邊界較為明顯，為了縮短處理時(shí)間，直接采用Threshold的二值化的分割處理，合并連通區(qū)域，并進(jìn)行特征提取。處理結(jié)果可以得出，中心位置的行坐標(biāo)及列坐標(biāo)，并且計(jì)算出蓋子最大直徑。

（3）采用雙線性的插值算法進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，其中小半徑可以用卷邊最大半徑減去12，大半徑由卷邊最大半徑加上8，定于并得出卷邊區(qū)域的極坐標(biāo)變化后的1600*40的矩形圖像。由于卷邊區(qū)域厚度大概只有10個(gè)像素，需要高準(zhǔn)確度的提取卷邊邊緣的輪廓。通過(guò)9*3的中值濾波抑制噪聲，再使用亞像素精度算子，較好的提取卷邊的外輪廓及內(nèi)輪廓。下之后對(duì)內(nèi)外輪廓每一列提取一個(gè)點(diǎn)組成2個(gè)包含1600個(gè)行坐標(biāo)的數(shù)組，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算：

可以得出卷邊固定弧度下的厚度標(biāo)準(zhǔn)差，并且得出最大標(biāo)準(zhǔn)差所在的位置。通過(guò)定義標(biāo)準(zhǔn)差的范圍，判斷卷邊是否存在缺陷。處理結(jié)果如下圖三所示，可以看出處理時(shí)間只用了7.9ms，處理速度非常快。

圖三 實(shí)際生產(chǎn)中的檢測(cè)界面

3.結(jié)束語(yǔ)

本文所使用的卷邊缺陷檢測(cè)算法，異與國(guó)外設(shè)備的對(duì)比度或者模式識(shí)別的處理方式，但是充分考慮了生產(chǎn)實(shí)際的檢測(cè)目的，同時(shí)在VC++多線程編寫下，雙通道同時(shí)在線檢測(cè)算法部分只需10ms處理時(shí)間，完全滿足了Contec基本蓋設(shè)備的每分鐘1500次*2的蓋子在線檢測(cè)，保證了后工序BRUDERER高速成型生產(chǎn)效率，同時(shí)也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。

[1]周文舉.基于機(jī)器視覺(jué)的在線高速檢測(cè)與精確控制研究及應(yīng)用[D].上海大學(xué),2013.

[2]斯蒂格.尤里奇.機(jī)器視覺(jué)算法與應(yīng)用(雙語(yǔ)版)[M].清華大學(xué)出版社,2010.

周揚(yáng)，現(xiàn)供職于義烏市易開(kāi)蓋實(shí)業(yè)公司，主要從事機(jī)器視覺(jué)與自動(dòng)控制研發(fā)。