專利名稱：一種保健酒中雜質自動檢測方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于基于視覺的自動檢測技術領域，涉及一種保健酒中雜質自動檢測方
法和裝置。
背景技術：
我國的保健酒類產品產量和消費總量已居世界前列。近年來，隨著消費水平的提高和相關法律、法規的完善，保健酒的產品質量變得越來越重要。
由于生產工藝、封裝技術以及一些人為因素的影響，如在灌裝和封裝過程中過濾不佳、容器未清洗干凈或者封裝時碰撞等原因，酒液中可能存在有玻璃碎屑、黑渣、纖維、毛發和蚊蟲等雜質。這些雜質人體所造成的危害非常大，如果混在酒中被人飲用，可能使咽喉、食道和胃部不適，引起消化道疾病，甚至一些有害物質可能被吸收進入人體引起中毒。 從現行生產線上看，減少或消除雜質的主要方法是增加灌裝過濾工位和空瓶檢測工位。灌裝設備中安裝的過濾網，使液體里的雜質在灌裝的時候不進入瓶內，空瓶檢測主要是根據機器視覺原理，使用高速攝像機獲取空瓶圖像，判斷瓶內是否有雜質，并能把含有雜質的次品剔除出生產線。但從雜質類型和產生雜質的根源上分析，灌裝過程中帶來的雜質只是酒業中雜質的一部分，也就是說酒的過濾措施只能是減少雜質的一個方面，而不能從根本上消除次品酒流入市場。從生產線實際調查研究中發現，成品酒液內存在的雜質很大一部分是由于封口扎蓋的時候，由于扎刀的旋轉作用力，使瓶口部分的小玻屑脫落，并且扎蓋過程中有可能掉入橡膠屑和塑料屑等雜質，因此，生產線上針對成品酒的檢測是生產過程中的一個重要部分，是控制產品質量的關鍵環節。
目前，各酒廠絕大部分采用人工檢查法，即大量的質檢工人在生產線上依靠肉眼對酒進行逐瓶檢測。其檢測結果主觀性強，檢測效率低、精度低，工人勞動強度大且容易疲勞，漏檢率更是隨之攀升。國內外出現的一些自動檢測設備均是針對圓形規則瓶的檢測，且其檢測的一般為透明的溶液，針對保健酒的扁平狀瓶裝的半透明酒液，申請號200810143460.4公開了一種瓶裝液體內的可見異物在線視覺檢測裝置，該發明把異物分為黑色和白色，分為兩個工位采用多臺相機進行跟蹤方式拍照檢測。申請號200810143630.9公開了一種生產線異型瓶裝液體中異物機器視覺識別方法及裝置，該裝置采用兩個檢測工位多個相機進行檢測。這兩個發明均采用多個相機進行跟蹤拍攝，并且分工位進行檢測，因此成本相對較高，并且跟蹤拍攝方式中產生的抖動和跟蹤誤差對系統穩定性有著嚴重的影響，因此至今沒有很好的檢測設備和方法出現。
發明內容
針對現有保健酒液檢測中存在的人工檢測效率低、速度慢、精度低、漏檢率高、檢測人員容易疲勞等問題，本發明所要解決的技術問題是提供了一種保健酒中雜質自動檢測方法和裝置，該方法和裝置實施更簡便，檢測精度和效率較之現有設備和方法更高。
為實現上述目的，本發明的技術方案為 —種保健酒中雜質自動檢測裝置，其特征在于，包括可旋轉的檢測輪盤、將保健酒瓶體導入檢測輪盤的進瓶機構、將保健酒瓶體導出檢測輪盤的出瓶機構、用于剔除次品保健酒瓶體的分揀機構、用于夾持保健酒瓶體和將保健酒瓶體翻轉的機械手、檢測支架、用于對保健酒瓶體拍攝圖像的攝像機和鏡頭、光源和微處理器； 所述的進瓶機構、檢測輪盤、出瓶機構和分揀機構依次連接；所述的機械手設置在檢測輪盤上隨檢測輪盤旋轉； 所述的檢測支架固定設置，不隨檢測輪盤旋轉，檢測支架上設有所述的攝像機、鏡頭和光源；在保健酒瓶體處于倒置狀態時，攝像機、鏡頭和光源與所述的保健酒瓶體處于同一水平位置； 攝像機與微處理器的輸入端連接，微處理器的輸出端與分揀機構連接。
進瓶機構包括絞龍、進瓶擋板、導入傳送帶和導入輪盤。
出瓶機構包括出瓶擋板、導出輪盤和出瓶傳送帶。 分揀機構包括撥叉、撥叉轉軸、撥叉電機、分揀位光電傳感器、正品傳送帶和次品傳送帶。 —種保健酒中雜質自動檢測方法，其特征在于，包括以下步驟 l)將保健酒瓶體導入到檢測輪盤中，機械手夾持住保健酒瓶體并翻轉； 2)在保健瓶體處于倒置狀態時，此時保健酒瓶體保持勻速運動，獲取此時保健
酒瓶體的序列圖像； 3)由計算機將獲取的序列圖像進行定位，再利用序列圖像中運動與靜止對象在時間和空間上的差異性區分瓶身干擾與液體內部異物，識別出圖像中的運動目標，判斷保健酒瓶體內是否有雜質；如果判定某一保健酒瓶體內存在雜質，則控制分揀機構在存在雜質的該保健酒瓶體導出檢測輪盤時將該保健酒瓶體剔除。圖像處理技術來識別保健酒瓶體中是否有雜質的技術為現有技術。
—種保健酒中雜質自動檢測裝置，它主要由傳送帶、檢測機柜、絞龍、導入輪盤、檢測輪盤、機械手、導軌、導出輪盤、撥叉、圖像獲取及檢測裝置、光源和支架等組成。 所述傳送帶包括導入傳送帶和導出傳送帶，導入傳送帶把保健酒產品導入檢測機柜，導出傳送帶分為正品傳送帶和次品傳送帶。所述絞龍安裝在檢測機柜里的打入傳送帶上。 所述檢測機柜中有檢測輪盤、機械手、翻轉軌道、光源、攝像機、鏡頭、支架和光電傳感器。所述檢測輪盤上裝有一圈等間距機械手，所述機械手與翻轉軌道相連，可以使機械手夾持保健酒沿著翻轉軌道翻轉，所述機械手包括夾具、滾珠和彈簧，所述光源為LED面板光源，所述鏡頭安裝在攝像機上，所述攝像機和光電傳感器固定在支架上，所述撥叉安裝在導出傳送帶上，把產品分別撥入正品傳送帶和次品傳送帶。
所述導入傳送帶、導入輪盤、檢測輪盤、導出輪盤和導出傳送帶依次配合銜接，將保健酒由導入傳送帶進入，并有導出傳送帶導出。
本發明的工作過程如下
a、灌裝后的保健酒產品經過導入傳送帶進入檢測機，絞龍把保健酒瓶分成等間距，然后保健酒產品進入導入輪盤，導入輪盤將其傳送至檢測輪盤。 b、勻速運轉的檢測輪盤上安裝有一圈等間距的機械手，當保健酒從導入輪盤傳送過來時，檢測輪盤上的凸輪頂住機械手上的滾珠，使機械手張開，夾持傳送過來的保健酒。 c、夾持保健酒的機械手沿著彎曲預定形狀的導軌運動，使保健酒瓶由正立翻轉為倒立。 d、當保健酒進入檢測區后，通過背部面板光源的照射，高速攝像機獲取同一瓶保健酒的序列圖像，利用序列圖像中運動與靜止對象在時間和空間上的差異性，計算機區分出瓶身干擾與液體內部異物，克服了瓶身干擾所帶來的影響，判斷瓶內是否含有玻璃碎屑、橡皮屑、纖維、黑渣、頭發絲等雜質。 e、離開檢測區域后，機械手繼續沿導軌運轉，使保健酒產品由倒立翻轉為正立，并進入導出輪盤，檢測輪盤上的凸輪頂住機械手上的滾珠，使機械手張開，保健酒產品由由導出輪盤進入導出傳送帶。 f、保健酒進入次品分離區域時，通過撥叉的運動把不合格產品和合格產品分離，不合格產品進入次品傳送帶，合格品通過正品傳送帶進入生產線的下一環節。
本發明具有的有益效果是 本發明與現有檢測方法和檢測設備相比，具有以下優點和突出進步性 1、成本低、結構簡單。本發明僅采用一個工位一臺攝像機進行檢測，極大的減
少了視覺成像部分器件的數量，降低了裝置的復雜性和成本。 2、穩定性好。本發明中攝像機和光源采用固定，不采用跟蹤拍攝方式，消除了系統跟蹤帶來的抖動和跟蹤不穩定的缺陷，使系統更加穩定可靠。 3、速度快、精度高。檢測輪盤連續運轉，且導入、機械手翻轉、導出和分揀動
作同步連續運行，因此速度與間隙式運轉相比大大提高。本發明采用高分辨率攝像機獲
取保健酒圖像，分辨率在50微米以下，其檢測精度遠遠高于人工檢測。 4、安全潔凈生產。本發明無需人手工搬運，實現了安全潔凈生產，更能與其它
自動化設備配合，構建自動化生產流水線，實現生產現場的無人化，杜絕了因工作人員
的介入可能帶來的對產品質量的影響。 5、節省人力資源成本。本發明能將大量燈檢工作人員從枯燥、重復的勞動中解脫出來，解放了人力資源，提高了生產效率。
圖1為保健酒自動檢測裝置結構圖(俯視)； 圖2為保健酒自動檢測裝置旋轉結構剖視圖(側視)； 圖3為保健酒自動檢測裝置旋轉結構剖視圖(正視)； 圖4為機械手結構視圖(俯視)； 圖5為機械手夾持結構剖視圖； 圖6機械手反轉示意圖； 圖7為控制系統框圖8為獲取的序列圖像示意圖；圖9為定位算法示意圖；圖10為檢測結果圖。圖中標號說明l光源2機械手3檢測機柜4保健酒瓶5導出輪盤6出瓶擋板7出瓶傳送帶8撥叉9正品傳送帶10次品傳送帶ll撥叉轉軸12分揀位光電傳感器13絞龍14導入傳送帶15進瓶擋板16進瓶光電傳感器17導入輪盤18凸輪19檢測輪盤20檢測輪盤支撐軸21攝像機22鏡頭23檢測支架24撥叉電機25機械手連桿26滑軌27相機支架28光源支架29機械手彈簧30機械手滑套31機械手轉軸32檢測輪盤電機33傳送帶電機34機械手支點35夾具36彈簧37壓片38滾珠軸39滾珠40-定位框41-LED背光源42-液面
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
實施例1 : 本發明主要包括進瓶機構、檢測機構、出瓶機構和分揀機構四大部分。本發 明主要根據機器視覺原理，僅采用相對檢測機柜靜止的一臺攝像機獲取運動的保健酒圖 像，根據保健酒瓶壁進行定位后，取瓶內區域圖像進行差分計算，利用序列圖像中運動 與靜止對象在時間和空間上的差異性區分瓶身干擾與液體內部異物，準確判別出產品內 是否含有雜質，并把不合格品自動分離出生產線。
各部分的作用與功能如下 如圖1所示，進瓶機構包括絞龍13、導入傳送帶14、進瓶擋板15和導入輪盤 17。啟動系統后，保健酒產品通過導入傳送帶14一個接一個進入檢測機柜3，在經過絞 龍13的時候，保健酒被絞龍13分成等間距進入導入輪盤17。導入輪盤17和檢測輪盤 19是切線式銜接，并且保持相等的線速度。當保健酒產品進入檢測輪盤19的時候，檢 測輪盤19上的機械手2被凸輪18頂起，從而使機械手2張開，正好抓住傳送過來的保健 酒瓶。機械手2夾持著保健酒和檢測輪盤19 一起沿著檢測輪盤支撐軸20旋轉的同時， 機械手2夾持保健酒翻轉(反轉過程和動作見圖2中的敘述)，使其由正置轉為倒立，同 時，機械手2夾持保健酒將進入檢測區域。檢測區域主要有光源l、攝像機21、鏡頭22 和檢測支架23。其中，檢測支架23主要是為了固定攝像機21、鏡頭22和光源1。當保 健酒進入檢測工位的時候，PLC給攝像機21和光源1發出n個觸發脈沖信號(準確給出 觸發信號主要是因為保健酒在進瓶的時候觸發進瓶光電傳感器16， PLC接收進瓶光電傳感器16信號后，通過檢測輪盤19的運行速度和光電傳感器距離檢測工位的距離計算，確 定保健酒到達檢測工位的同時觸發攝像機21和光源1)，每個觸發信號間隔時間為t，脈沖 到達的時，在光源l點亮的同時，攝像機21拍攝一幀圖像，n個觸發脈沖使攝像機21獲 取n幀圖像(n—般取大于3的整數，例如n二7)。當保健酒離開檢測區域后，機械手2 抓住保健酒使之由倒立翻轉為正置。導出和分揀機構包括導出輪盤5、出瓶擋板6、出瓶 傳送帶7、撥叉8(作用是通過撥叉的運轉，使保健酒進入正品傳送帶或者次品傳送帶)、 正品傳送帶9、次品傳送帶10和撥叉轉軸11。其中，導出輪盤5與檢測輪盤19相切， 出瓶傳送帶7與導出輪盤5相連，撥叉8安裝在出瓶傳送帶7上，撥叉轉軸ll的轉動帶 動撥叉8運動，從而使被檢測保健酒進入正品傳送帶9或者次品傳送帶10。
圖2為保健酒自動檢測裝置側視圖。保健酒產品進入導入輪盤17后，機械手2 抓取保健酒瓶，并沿著檢測輪盤19運轉。機械手2的一端與滑軌26相連，滑軌26是一 條固定形狀的軌道，由于滑軌26的彎曲形狀，機械手2沿滑軌26運動的時候夾持保健酒 瓶由正置翻轉為倒立，當機械手2離開檢測工位的時候，由于滑軌26向下和向內彎曲， 所以機械手2夾持保健酒由倒立翻轉為正置。保健酒產品進入分揀工位時，撥叉電機24 帶動撥叉轉軸ll旋轉，從而使撥叉8發生運動，切換保健酒產品的運行軌道，詳細翻轉 過程見圖6的說明。 如圖3所示，圖像獲取機構由檢測支架23、相機支架27、光源支架28、光源 1、攝像機21和鏡頭22組成。其中，檢測支架23固定在檢測輪盤支撐軸20上，相機支 架27和光源支架28固定在檢測支架23上，攝像機21和鏡頭22固定在相機支架27上， 光源1固定在光源支架28上。 圖4和圖5為機械手正視和側視圖。機械手由機械手滑套30、機械手支點34、 機械手連桿25、夾具35、彈簧36、壓片37、滾珠軸38、滾珠39和機械手轉軸31組成。 其中，機械手滑套30在滑軌26上滑動，機械手轉軸31固定在檢測輪盤19上，滾珠軸38 從滾珠39中間穿過，并把滾珠39固定在壓片37上，當機械手2到達檢測輪盤19與導出 輪盤5相切的位置時，凸輪18頂住機械手2上的滾珠39，使固定滾珠39的滾珠軸38帶 動壓片37運動，使機械手支點34往夾具35方向壓，并使彈簧36壓縮，從而使機械手2 上的夾具35張開。當機械手2離開導入輪盤17的時候，滾珠39離開凸輪18，由于彈簧 36的作用，使機械手2的夾具35合攏，從而夾持住保健酒產品。 圖6為機械手反轉示意圖。圖中從左至右的時間段為機械手2夾持保健酒瓶4由 檢測工位檢測后，直到機械手2翻轉，使保健酒瓶4由倒立到正置。機械手轉軸31固定 在檢測輪盤19上，機械手2與檢測輪盤19同步旋轉，機械手滑套30在滑軌26上滑動， 由于滑軌26的彎曲形狀，使機械手2慢慢傾斜，至到反轉180度，從而使保健酒瓶4由 倒立翻轉為正置。 圖7為控制系統框圖。本發明是集光、機、電、計算機、數字圖像處理技術為 一體的綜合性設備，其機械、電控、視覺檢測部分必須互相協調工作，共同構成一個有 機的整體。PLC是控制系統的底層控制器件，它負責控制檢測輪盤電機、撥叉電機和傳 送帶電機的運轉，并且控制外部蜂鳴器、按鈕和光源，同時還負責接收光電傳感器信號 和給攝像機提供觸發信號。計算機是上層控制系統，主要負責圖像采集和圖像處理，并 且與觸摸顯示屏、打印機、鼠標和鍵盤相連。計算機把圖像檢測結果信號傳送給PLC，
7當次品到達分揀位置時，PLC向撥叉電機發送信號，把次品撥到次品傳送帶。
圖8為獲取系列圖像示意圖。由對圖1至圖3的分析可知，攝像機、鏡頭和光 源固定在檢測機柜中，而保健酒產品被機械手夾持后圓周運動，當保健酒經過攝像機前 時，PLC給攝像機n個觸發脈沖，使攝像機獲取n幀圖像，每張圖像中，LED背光源在 攝像機視野范圍內不發生變化，而瓶體逐次從左往右移動。 圖9為定位算法示意圖。由于檢測算法只需要針對瓶內雜質進行判斷，因此， 需要給瓶體位置進行定位。定位算法的原理和過程如下設圖像為f(x， y)，首先對圖像 f(x， y)進行固定閾值的二值化運算(如8位灰度圖像設定閾值為70)，得到其二值化圖像 g(x， y)，然后對g(x， y)進行水平方向投影，設Nx為g(x， y)中第x列水平投影白色像 素點數的累計個數，即當g(x，》)=255，則K加1。投影得到的Nx將有兩個峰值，設 為H和Nj，則i和j的值即為兩條邊Ll和L2的x軸坐標值。設m為定位線LO的x軸 坐標值，則m二(i+j)/2，因此確定了定位線LO。由于瓶體形狀大小固定，以此，預先人 為設置定位框大小，并使定位框的中心對稱軸為LO。從而得到穩定的瓶體定位。
圖10為檢測結果圖。得到定位框后，只需要對定位框里的區域進行檢測，判斷 瓶內是否有運動的雜質目標。本發明采用多幀差分法，即采用第一幀圖像為標準圖像， 后面每一幀圖像與之相減，如差分后得到的結果有白色點，則判斷該瓶內有雜質，為不 合格品。 本發明的具體檢測過程如下 本發明采用一套固定的攝像系統獲取運動的保健酒產品序列圖像，利用序列圖 像中運動與靜止對象在時間和空間上的差異性區分瓶身干擾與液體內部異物，識別出圖 像中的運動目標，判斷產品內是否有雜質。本發明裝置的工作步驟如下
步驟l:保健酒由導入傳送帶進入檢測機柜，通過安裝在導入傳送帶上的絞 龍，保健酒產品被分成等間距，絞龍緊挨著導入輪盤，導入輪盤與檢測輪盤切線式銜 接，使得機械手可以準確而且順暢的抓取保健酒瓶，當機械手進入導出輪盤和檢測輪盤 銜接區域的時候，凸輪頂起機械手上的滾輪，使機械手張開，在導入輪盤與檢測輪盤銜 接處，機械手抓取導入輪盤上的保健酒瓶，離開銜接區域時，滾輪離開凸輪，機械手合 攏，從而抓住瓶并沿檢測輪盤的轉動而傳送。 步驟2:檢測輪盤的旋轉，帶動機械手上的連桿沿著預設定的彎曲軌道滑動， 從而改變機械手的狀態，使其夾持的瓶子由正置變為倒立，由于翻轉過程平滑穩定，因 此不會產生氣泡，由于瓶子的翻轉，使瓶內液體和液體中可能存在的雜質發生運動，從 而為下一步對瓶體拍照時，雜質相對于瓶體發生運動而從圖像上把雜質分離出來。
步驟3:當機械手夾持瓶子翻轉，使其完全豎直倒立后，由于此段滑軌與水平 面平行，并且為一與檢測輪盤同圓心的形狀，因此瓶體與檢測輪盤同角速度運轉，進入 檢測區域時，光電傳感器觸發靜止的攝像機獲取勻速運動的瓶體序列圖像，攝像機把序 列圖像傳輸入計算機并進行處理。存儲在計算機中的處理算法通過圖像預處理、圖像定 位、運動目標提取好圖像識別等步驟判斷該瓶內是否含有雜質，并把檢測結果信號傳給 PLC。 步驟4:當瓶離開檢測區域后，機械手上的連桿繼續沿著滑軌繼續滑動，滑軌 的彎曲形狀使機械手夾持瓶子由倒立翻轉為正置。
步驟5:當機械手進入檢測輪盤與導出輪盤相銜接的區域時，凸輪頂起機械手 上的滾輪，使機械手張開，瓶子進入導出輪盤，然后進入導出傳送帶上，瓶子到達撥叉 之前觸發該位置的光電傳感器，傳感器把信號傳輸給PLC， PLC根據次品結果及其位 置，準確判斷經過撥叉時的產品是否為次品，若為次品，則發出脈沖控制步進電機運 轉，使撥叉運動，把次品撥入次品傳送帶。若為正品，則撥叉不運動，產品進入正品傳 送帶，從而完成整個系統的功能。
權利要求
一種保健酒中雜質自動檢測裝置，其特征在于，包括可旋轉的檢測輪盤、將保健酒瓶體導入檢測輪盤的進瓶機構、將保健酒瓶體導出檢測輪盤的出瓶機構、用于剔除次品保健酒瓶體的分揀機構、用于夾持保健酒瓶體和將保健酒瓶體翻轉的機械手、檢測支架、用于對保健酒瓶體拍攝圖像的攝像機和鏡頭、光源和微處理器；所述的進瓶機構、檢測輪盤、出瓶機構和分揀機構依次連接；所述的機械手設置在檢測輪盤上隨檢測輪盤旋轉；所述的檢測支架固定設置，不隨檢測輪盤旋轉，檢測支架上設有所述的攝像機、鏡頭和光源；在保健酒瓶體處于倒置狀態時，攝像機、鏡頭和光源與所述的保健酒瓶體處于同一水平位置；攝像機與微處理器的輸入端連接，微處理器的輸出端與分揀機構連接。
2. —種保健酒中雜質自動檢測方法，其特征在于，包括以下步驟1) 將保健酒瓶體導入到檢測輪盤中，機械手夾持住保健酒瓶體并翻轉；2) 在保健瓶體處于倒置狀態時，此時保健酒瓶體保持勻速運動，獲取此時保健酒瓶 體的序列圖像；3) 由計算機將獲取的序列圖像進行定位，再利用序列圖像中運動與靜止對象在時間 和空間上的差異性區分瓶身干擾與液體內部異物，識別出圖像中的運動目標，判斷保健 酒瓶體內是否有雜質；如果判定某一保健酒瓶體內存在雜質，則控制分揀機構在存在雜 質的該保健酒瓶體導出檢測輪盤時將該保健酒瓶體剔除。
全文摘要
本發明公開了一種保健酒中雜質自動檢測方法和裝置，該裝置包括檢測輪盤、進瓶機構、出瓶機構、用于剔除次品保健酒瓶體的分揀機構、用于夾持保健酒瓶體和將保健酒瓶體翻轉的機械手、檢測支架、用于對保健酒瓶體拍攝圖像的攝像機和鏡頭、光源和微處理器。其方法包括以下步驟將保健酒瓶體導入到檢測輪盤中，機械手夾持住保健酒瓶體并翻轉；在保健瓶體處于倒置狀態時，此時保健酒瓶體保持勻速運動，獲取此時保健酒瓶體的序列圖像；由計算機將獲取的序列圖像進行定位，再判斷保健酒瓶體內是否有雜質；控制分揀機構將次品保健酒瓶體剔除。該裝置和方法具有成本低、檢測速度快、可靠性高、檢測準確率高等優點。
文檔編號G01N21/896GK101692056SQ200910044539
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月15日 優先權日2009年10月15日
發明者劉良江, 周博文, 張輝, 曹麟, 王耀南, 章倢, 肖方良, 葛繼 申請人:湖南大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
