啤酒空瓶自动检测流水线的探讨

0.引言

啤酒空瓶自动检测流水线是在巨大的市场需求和光、机、电等技术的飞速发展下诞生的,并以其高速度、高精度、高度自动化的特点,成为了如今高速自动化流水生产线上的重要设备之一,是光、机、电、多传感器、计算机、数字图像处理和机器视觉等技术有机结合的集中体现,有着极高的科技含量和技术难度。

1.空瓶自动检测的市场需求

随着社会经济的发展,啤酒市场的不断完善与成熟,消费者对产品质量的要求越来越高,对啤酒工艺和设备的要求也越来越高。由于现在灌装速度20,000/h瓶以上的灌装机在我国已相当普及,并且随着啤酒量需求的增大和灌装生产线技术水平的提高,灌装速度已达到每小时4.8万瓶～6万瓶。对啤酒灌装前的空瓶检测速度也是要求越来越高,以前我国靠人工检测空瓶已无法满足生产的需要。而在国外高速生产线上,针对容器、产品包装、喷码字符的在线检测,普遍采用了机器视觉自动检测技术,提高了检测速度。同时随着啤酒瓶爆炸伤人事故的频繁发生,实现啤酒瓶的自动检测显得尤为紧迫和重要。[1]在国外,对啤酒空瓶的检验大部分已实现由自动化设备代替人眼对不合格、残次啤酒瓶进行挑拣和剔除,并且已有相当多的国外企业已经开发研制了空瓶检测系统。如:德国的M IHO系统、HEUFT系统;美国的INDUST RIAL DYNAMICS COM PANY,L TD的OM NIVISION I 系统。然而,在国内,由我国自主研发的适应我国现状的空瓶检测流水线还相当少。国外产品虽然设备性能等方面比较好,但价格比较昂贵,维修、维护费用也较高。而国内产品,虽然价格相对国外产品较低,但检测速度、精度等方面性能还不是很完备,误检率相对较高。所以,国内许多啤酒生产企业尤其是中小型的啤酒生产企业在没有足够资金投入的情况下,相对用人力较廉价,大部分仍然采用人工检测,既耗费人力、物力、财力,漏检的几率又高。而只有部分大型的啤酒生产厂家用大量的资金投入,引进国外具有先进技术水平的空瓶检测设备,但有很多引进的设备都是闲置的,从引进后试用一段时间就不再使用了。为什么会出现这种情况呢?经调查研究,是因为国外的先进设备精确度太高,要求质量也很高,我国本身生产的很多合格的啤酒瓶也被空瓶检测设备所剔出,不能够满足我国实际国情的需要。所以,市场的迫切需要下,研制适应中国国情的啤酒空瓶检测流水线成为国内很多科研部门的重点研究项目。

2.空瓶自动检测流水线的检测功能

空瓶自动检测流水线是工业检测中的典型应用,是集光、机、电、多传感器、计算机、数字图像处理和机器视觉等技术为一体的综合性高科技产品。其视觉检测、电控、机械等部分必须相互协调工作,构成一个有机的整体,达到协调统一。

图空瓶自动检测流水线的整体结构图

空瓶自动检测流水线的基本工作流程:以啤酒空瓶自动检测为例,啤酒空瓶在经过洗瓶机洗瓶后,输送给检测机。在入口处空瓶由分瓶机分开瓶间距离,经过瓶底清洁器,擦净瓶底。由空瓶传送带进行传送,当空瓶运动到各个检测位时,在此位置的光电传感器检测到空瓶,发出信号给检测机,检测机启动CCD摄像机及时抓拍空瓶图像,然后把图像传送给信息处理系统进行分析处理,得出空瓶是否合格的结果。检测合格的空瓶被送出检测机进入下一个工序,检测不合格的空瓶在检测机出口处被击出器击出。

啤酒空瓶自动检测主要对空瓶进行以下方面的检测:

1)瓶口检测识别有缺陷的瓶口,可靠检测表面有破损和裂纹的瓶子。精准图像定位,能够自动匹配瓶口环面的大小,提高检测精度,有效减少误检率。如图2a)所示。

2)瓶底检测识别存在于瓶底的破损、污泥、霉斑、异物。经过偏光处理,一些不明显的缺陷特征,例如划痕、残留物、透明薄膜和吸管等,也能可靠的识别出来。并且通过算法增强边缘防磨条部位的检测,有效减少漏检率。如图2b)。

a)瓶口检测实例b)瓶底检测图

图2瓶口、瓶底检测图例

3)瓶身检测识别存在于侧壁的破损、污泥、霉斑和标纸残留。经过偏光处理,一些不明显的缺陷特征,例如残留物、透明薄膜和吸管等,也能可靠识别。检测时使用二部摄像机,把瓶子旋转90°,实现全方位检测。见图1所示。

4)残留碱液检测使用高频发射器-接收器组合原理,检测残留在瓶内的水和碱液。检测精度高,即使残留物非常少,也能够可靠识别。如图1所示。

3.电气控制系统的总体结构[5][6][7]

结合啤酒空瓶检测的实际,设计了以LED光源和CCD摄像机作为成像单元,以FPGA和DSP为图像采集和处理单元,以PL C、工控机和变频器作为现场控制单元的空瓶检测系统。系统总体结构分为三个部分:成像单元、图像采集和处理单元、控制管理单元。如图3所示:

1-LE D光源2-CCD摄像机3-图像采集器4-工控机5-P L C6-击瓶器

DS变频器交流电机

图3

啤酒空瓶自动检测流水线的探讨

【摘要】在啤酒工业的生产中,为了保证产品的质量,在罐装前需要对回收空瓶的质量进行检查。传统的验瓶方式往往采用人工验瓶,精度和速度都很难达到啤酒生产厂家的要求,很难保证检测的质量。自动检测已成功地应用于许多生产行业中,所以采用自动检测来代替人工检测已成为当今社会发展的必然趋势。可以有效克服人工验瓶的不足,大大提高了生产效率和生产的自动化程度。这里,着重对啤酒空瓶自动检测流水线的总体检测内容和电气控制结构进行了简单的介绍。

【关键词】啤酒空瓶;检测;电气控制

1

7-P8-9-

C CD(Charg e C oupled Deice,电荷耦合

)、L ED(L ight Em itting Dio de,发光二极管)光源构成,负责原

始图像数据的采集,CCD 摄像机向图像处理模块输出模拟视频信号。对于不同的检测项目,需要设置不同位置的CCD 摄像机与L ED 光源进行检测。

图像采集与处理单元负责接收模拟视频信号,对模拟视频信号进行模/数转换,根据检测目的对图像数据进行处理运算,并将运算结果传送至控制管理单元。

控制单元是由工控机、PL C 、变频器、击瓶器、光电传感器等器件构成的控制系统,用来完成玻璃瓶在传送带上的定位、不合格空瓶的击出操作、传送带的速度控制等功能,工控机可以实时记录、统计、显示、打印各种检测数据。

空瓶自动检测流水线的电气控制系统的控制过程:当空瓶传输到某一检测模块时,触发光电传感器,光电传感器给PLC 发出信号,PLC 控制L ED 光源和Dalsa P2-24黑白线扫描CCD 摄像机对啤酒空瓶的瓶口、瓶底、瓶身分别进行拍照,并分别将数字图像信息传送到FPGA 芯片(SpartanXL 系列的XCS30x l 型)中,进行采集和预处理,然后,通过DSP(TM S320C6201芯片)利用小波变换等算法进行高速的运算,并识别是否为坏瓶,如检测为坏瓶,将该检测结果传送给工控机,工控机再给PL C 发出相应的命令,通过编码器和PL C 对坏瓶进行定位,并通过PL C 控制击出器将坏瓶平稳的击出流水线。

4.结论

啤酒空瓶自动检测流水线在科技飞速发展的今天,是啤酒生产线中不可或缺的一部分。国外产品的市场份额比重很大,价格居高不下,

虽然国产验瓶机已投入生产,但部分尖端核心技术还是掌握在发达国家的生产商手里。本文对空瓶自动检测流水线的市场需求和对啤酒空瓶的各个检测模块进行了简单的介绍,并讨论了空瓶自动检测电气控制系统的思路及其基本结构。采用了更加完善的电气自动控制系统,【

参考文献】[1]赫东锋,王玉林.啤酒瓶在线检测系统的研制.轻工机械,2004,2:78～80.[2]段峰.基于机器视觉的智能空瓶检测机器人研究.湖南大学硕士学位论文.

2002,3.

[3]段峰,王耀南,刘焕军.基于机器视觉的智能空瓶检测机器人研究.仪器仪表学报,2004,10.

[4]严筱永.基于图像的啤酒瓶瓶口与瓶底污损自动检测.南京理工大学硕士学位论文.

[5]王程,蔡晋辉,周泽魁.啤酒液位与杂质自动检测系统的结构设计和开发.工业控制计算机,2004,17(10):14～15.

[6]边绍辉.用于啤酒瓶视觉检测的实时图像处理器的设计与开发.浙江大学硕士学位论文.

[7]尹林中.管制玻璃瓶缺陷检测.合肥工业大学硕士学位论文.