机器视觉技术由于具有非接触、高速度、高精度等特点,被广泛应用于汽车、机械加工、电子、包装、食品等各个行业。本课题利用机器视觉技术研制了一台集光、机、电于一体的针对空啤酒瓶的在线空瓶检测系统,该系统以视觉检测代替传统的人工检测实现对灌装前空瓶质量的检测。随着国内啤酒产量的日益增长,灌装前对啤酒瓶的质量及卫生检测显得更加重要,由于国外验瓶机系统价格昂贵并且也无法很好的适应国内回收瓶质量参差不齐的现状,在国内的应用受到了较大限制,因此开发具有自主知识产权、低成本且适合国内啤酒行业的空瓶检验系统是国内啤酒生产企业发展的迫切需要,也是我国啤酒装备制造业发展的必然趋势。本课题根据啤酒生产线的实际工艺以及检测系统的基本检测要求,开发设计了一套基于机器视觉的在线空瓶检验系统。该套在线空瓶检测系统以机械、电子、软件、图像等技术为基础,结合各种辅助器件协调工作,实现检测并剔除有缺陷或有异物等不合格的空啤酒瓶。为了完成该系统的设计和开发,本课题主要包括如下工作:一、针对啤酒灌装生产线的工艺特点及空瓶在线检测要求,本着高性能、精结构、低成本的原则,设计了在线空瓶检测系统的的硬件总体结构,主要包括以下四个方面的设计:(1)系统整体硬件结构的设计;(2)图像采集系统的设计和硬件选型;(3)图像处理系统的硬件设计和选型;(4)剔除控制系统的设计。二、以VC++为软件开发平台,以C/C++为开发语言开发了系统的所有软件部分,包括系统软件结构、系统界面及系统数据库,并编写了全部的图像处理程序。基于模块化的设计思想,整个系统软件主要包括瓶口图像采集模块、瓶底图像采集模块、瓶壁图像采集模块、瓶口图像处理模块、瓶底图像处理模块、瓶壁图像处理模块、用户界面模块以及剔除控制模块,各个模块以线程或进程为容器,彼此之前通过线程与线程之间和进程与进程之间的通讯机制实现模块间的数据交换,从而保证了整个软件的实时性、可靠性和稳定性。三、研究开发了空啤酒瓶瓶口、瓶底和瓶壁的质量检测算法。瓶口和瓶底检测的关键是边缘的检测和圆心的定位,通过比较,针对性的提出了优于Hough变换算法和重心法等常规圆心定位算法的基于旋转线段灰度变化梯度最大值扫描求圆心法,该方法非常适合于瓶口和瓶底的边缘检测,并结合标准圆方程计算圆心的方法,实现了圆心的精确定位。所有算法都在VC中利用C++语言实现,并通过实验和测试证明了其正确性。四、设计了系统的剔除控制单元。基于低成本、紧凑性和高自主知识产权的考虑,该系统选择了运动控制卡和数据采集卡的控制方案,并利用VC进行控制程序开发。在线空瓶检测系统中,控制程序是运行于一个独立线程的程序模块。五、通过实际测试的方式,以实验数据为依据,分析并验证了所研究的算法和程序的正确性、软件的可用性以及整套系统的可靠性和稳定性。本课题通过理论研究、实际应用开发以及在测试平台上所做的大量实验和测试,证明了本课题所提出的集光、机、电算于一体的在线空瓶检测系统结构合理、性能稳定以及图像检测算法具有足够高的精度。目前研发的样机运行稳定、可靠,各项指标已达到或超过预期目标。