基于机器视觉的香水瓶口径检测系统设计

吴奕锴 王 宇

（1.广州中学，广州 510520；2.广东省智能制造研究所，广州 510000）

随着生活水平的提高，人们对生活品质的追求越来越高，使用香水的人也越来越多。各种各样的香水瓶也越来越多，尤其是以玻璃材质的香水瓶最为居多。每一种玻璃香水瓶的制作加工工艺都是不一样的，其最后的质检要求也是不同的。随着计算机技术的迅速发展，机器视觉技术在检测、测量应用方面逐渐广泛[1-4]。机器视觉测量具有非接触性、精度高、自动化智能水平高等优点，已被广泛用于许多工业测量领域。张天将机器视觉应用于弯管空间参数，在特定的测量条件下解决了大尺寸复杂弯管空间参数的问题。王中飞利用机器视觉测量微片状物厚度的方法，降低了测量系统成本，提高了测量速度。朱晓林将机器视觉用于机械零件，实现了一般平面曲线的测量。B M Kumar将机器视觉用于测量旋转工件的表面粗糙度。

我国对机器视觉技术应用于工业在线测量检测的研究起步较晚。基于图像处理技术，一些科研机构和高校开展了香水瓶瓶口缺陷的检测。但是，对于多口的玻璃香水瓶瓶口的测量检测，涉及不多。目前的玻璃香水瓶口径的测量检测依然依靠人工完成，检测效率较低，而且多口玻璃香水瓶测量检测的误差较大，出错率较高。因此，研究所设计了一种基于机器视觉技术的玻璃香水瓶口径检测装置。

1 系统整体结构框架设计

整个系统主要由两个部分组成：硬件部分和软件部分，两部分之间通过千兆网口通信，整体框架如图1所示。

图1 系统整体框架图

香水瓶触发采集传感器，图像采集模块中的工业相机开始采集香水瓶瓶口图像，经过一系列的数学形态学处理，提取香水瓶瓶口特征，进行测量检测[5]。

2 系统硬件设计

2.1 相机与光源

系统的硬件主要包括PC控制端、相机、镜头、光源、传感器等[6]。香水瓶瓶口为多层口且为玻璃材质，因此工业相机选用高帧率200万像素工业相机，如图2所示，以满足香水瓶瓶口产线的快速识别检测。

在光源方面，考虑到香水瓶是玻璃材质，瓶口会反光，结合生产线实际使用工况，选用红光无影光源来配合图像采集[7]。灯珠角度45°，可以很好地抑制从香水瓶瓶口表面反射的光，同时也能避开环境光的影响，以获得高质量的图像，光源如图3所示。

图2 工业相机

图3 环形光源

2.2 多传感器融合

对香水瓶瓶口尺寸测量检测生产线而言，测量检测软件系统的稳定性、可靠性是生产线实现自动化、智能化的前提[8]。在香水瓶瓶口测量检测软件系统中的图像采集部分和图像处理部分，分别由采集触发传感器和图像处理触发传感器来完成，各传感器的选型及参数如表1所示。

表1 传感器硬件选型与参数

3 系统软件框架设计

3.1 软件框架设计

系统软件处理流程如图4所示，主要包括传图像采集部分、预处理部分、标定测量检测部分。传感器触发后，相机开始采集香水瓶瓶口图像，香水瓶触发位移传感器后，图像部分开始一系列的处理，最后由软件对香水瓶瓶口尺寸进行测量检测，并显示结果[9]。

图4 系统软件框架图

3.2 软件系统界面设计

软件界面运行于PC工控机上，采用VS环境开发。通过软件界面可以创建检测模板，设置好检测区域参数，打开相机进行实时图像采集，进行香水瓶产品的实时识别检测，并将处理得到的结果显示在软件界面上，如图5所示。

图5 系统软件界面

4 试验与分析

在实际生产中，快速准确地对香水瓶瓶口尺寸进行测量检测，是提高香水瓶产品检测效率的关键。基于机器视觉技术的玻璃香水瓶口径检测系统，通过多传感器融合技术，获取香水瓶瓶口图像，经过处理分析识别软件系统，实现自动化测量检测。在相同数量、相同瓶口口径的情况下，测量检测系统和人工检测同一批香水瓶瓶口尺寸时的对比结果如表2所示。

表2 试验数据

从试验结果可以看出，在系统测量检测100个合格香水瓶产品的试验中，分别进行了6组试验，系统的误检率均在4%内，且比较稳定。系统所用时间均在250s左右，高效且稳定。可见，系统满足了自动化高效的要求，且合格率高。

5 结语

玻璃香水瓶口径检测系统具有较好的测量检测性，该系统的误检率均不超过4%，在误差范围内系统所用时间均在250s左右，保证了检测的高效性且系统稳定。新的操作系统可以高效、高质地测量检测香水瓶瓶口口径，达到了香水瓶瓶口径测量检测自动化的项目要求，有较高的应用推广价值。