目前啤酒生產企業越來越重視產品質量，越來越多的企業在灌裝生產線上使用了各種自動檢測設備，以期提高檢測的可靠性。傳統的灌裝線空瓶檢驗方式是人工燈光檢測。但在現代高速灌裝線上，由于視覺疲勞等原因，僅靠傳統的人工類光檢測不能保證可靠性，而且啤酒瓶的兩個重要部位——瓶口和瓶底無法檢測，造成部分漏氣瓶和瓶底贓物瓶流入市場，給企業形象造成損害。

 
1  前言 
    
    目前國外基于圖像處理技術的空瓶在線檢測系統已相對成熟且有大量產品投放市場，如：德國的MIHO系統、HEUFT系統；美國INDUSTRIALDYNAMICSCOMPANY，LTD的OMNIVISIONI系統。我國在這方面則比較落后。

    當前我國多數啤酒生產廠家正在向每小時四萬瓶以上的生產線方向發展，在這種速度下依靠人工檢測將變得異常困難，他們急需大量的空瓶在線檢測設備。而國外產品售價過高且維護困難，對于多數中小啤酒廠而言門檻過高。�� 

2  系統設計目標的確定

    在參考國外各公司機型的基礎上，分析當前中國企業需要和目前我們的技術力量的情況，確定了本系統設計的目標是：��

    (1)將瓶底檢測與瓶口檢測模塊作為系統的基本模塊，首先保證完成；將外壁檢測模塊、內壁檢測模塊、殘留液檢測模塊、透明物檢測模塊作為附加模塊，留待以后擴展。

    (2)系統檢測速度為：瓶徑64mm時為42000瓶/h。

    (3)瓶底檢測分辨率及剔除率為：無標志和無磨損瓶：大小為2.5mm×2.5mm時，剔除率98%；大小為3.0mm×3.0mm時，剔除率99%。有標志、磨損、深色、色差時：大小為3.5mm×3.5mm時，剔除率98%；大小為4.0mm×4.0mm時，剔除率99%。�� 

    (4)可對混色瓶或深色瓶進行處理。�� 

3  系統設計方案的確定�� 

    3.1  系統總方案選擇�� 

    本系統有3種方案可供選擇：一種方案是直接購買國外的機器視覺系統，在該系統的基礎上進行二次開發；第二種方案是采用圖像卡加工業控制計算機，并配以自我研制的控制軟件，考慮到處理速度的需要，需采用多系統的工業控制計算機；第三種方案是采用分級控制系統，即以工業控制機完成上層的控制管理工作，下層配以由DSP芯片為核心的系統，完成圖像采集與圖像處理工作。�� 

    第一種方案雖然開發速度快，但一來系統昂貴，且以后每生產一臺都必須支付軟件注冊費，二來能夠達到速度要求的現成視覺系統也幾乎不存在，故該方案被放棄。第三種方案由于開發周期過長，不利于占領市場且該方案建立在算法已經完全成熟的基礎上，因而，該方案被作為未來完善的方向而推遲采用。最終，第二種方案在現階段被采用。�� 

    3.2  系統總體方案確定��

    待檢測的空瓶由傳送帶送來。到達混瓶與色差補償光源位置時，該光源閃光，混瓶與色差傳感器對透射光進行檢測，并把檢測結果送色差補償電路以便對瓶底檢測時光源亮度進行補償。當空瓶到達瓶底檢測位置時，在色差補償電路與攝像機光源同步電路的作用下，光源閃光且快門打開，通過成像系統使攝像機成像。所成圖像經圖像采集卡送入瓶底計算機進行處理，處理后如有污物，則通過32路I/O卡送出剔除信號，該信號經放大，控制剔除機構將該瓶推離傳送帶。當空瓶進入瓶口處理位置時，進行瓶口處理，處理過程與瓶底基本相似。瓶底處理總控管理計算機與瓶口處理計算機通過串口進行狀態通訊，以保證系統協調工作。雙系統公用同一觸摸屏進行顯示與操作，通過觸摸屏切換電路完成兩系統之間的切換工作。

4  系統軟件設計�� 
 
    4.1  模塊劃分�� 

    系統軟件分為三大模塊：系統管理與用戶界面模塊、瓶口處理模塊(瓶底處理模塊)、機器控制與雙機通訊模塊。系統管理與用戶界面模塊的功能主要是完成生產數據的管理、系統各模塊之間的協調以及系統設置參數的輸入與存儲。瓶口處理模塊(瓶底處理模塊)是系統的核心，完成圖像的采集、處理、污點與破損的判斷，以及剔除信號的發送工作。由于處理方法的不同。瓶口處理模塊應在瓶口處理機上運行，而瓶底處理模塊則只可在瓶底處理機上運行。 

    機器控制與雙機通訊模塊完成對機器啟停、速度控制、故障診斷以及雙機之間的通訊功能。 

    4.2  軟件系統結構�� 

    為了實現以上3個模塊同步協調工作，系統開辟了3個線程。其中主線程完成系統管理與用戶界面功能，兩個輔助線程分別完成瓶底(瓶口)處理功能和機器控制與雙機通訊功能。三個線程之間通過全局變量完成通訊工作。通過事件進行線程之間的同步工作。�� 

    4.3  瓶口與瓶底處理模塊的實現�� 

    由于該系統對處理速度的要求較高，一般的圖像處理方法并不適合。我們采用了簡單二值化與統計方法很好地解決了該問題。

    在瓶口檢測方面，我們通過特殊成像裝置，使閃光燈光線照射到瓶口密封面上并返回攝像機。一個完好的平面反射光線應為完整且光滑的圓環，若有破損，則圓環斷裂(貫通破損)或圓環出現內凹(內沿破損)或圓環出現外凸(外沿破損)，用戶可以通過設定三個極限值來定義斷裂、內凹、外凸的大小。系統通過將實際斷裂、內凹、外凸的大小與設定值進行比較以決定是否剔除。為了避免由于瓶子本向傾斜而造成的誤判，該模塊通過一定方法實現了對瓶口位置自動進行跟蹤的功能。

    在瓶底檢測方面，首先對圖像采集卡得到的灰度圖像進行二值化，然后通過統計方法，對各個獨立污點計算其大小，將得到的污點大小值與用戶設定允許污點大小值進行比較，以決定是否剔除。�� 

5  結束語 

    系統很好地解決了空啤酒瓶在線檢測問題，且價格較底，很好地滿足了大多數中小啤酒生產廠家的需要，取得了較好的經濟效益。另外，該系統的開發成功對其它飲料瓶在線檢測系統的研制也有很好的參考價值。 (peter)