啤酒瓶口机器视觉缺陷检测开题报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：基于机器视觉的啤酒

瓶口缺陷检测研究

学院（系）：电气工程学院

年级专业： 07级精密仪器与

机械1班

学生姓名：**

指导教师：**

完成日期： 2011年3月 19 日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

(1)

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

(2)

三、研究步骤、方法及措施

(3)

四、研究工作进度

(3)

五、主要参考文献

(3)

六、指导教师意见

(6)

指导教师签字：

年月日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果：□通过□完善后通过□未通过

负责人签字：

年月日

说明：

1.开题报告版面设置为：B5纸，上下页边距分别为

2.5cm和2cm，左右页边距分别为2.4cm和2cm。

2.开题报告正文标题及内容，宋体，小四号，行间距为固定值20磅。

3.本科毕业设计（论文）开题报告一般不少于1000字。

4.页面不够可加页

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

1、国内外研究动态

国外较早的开展了抑郁机器视觉方面的产品检测研究，目前机器视觉检测产品在国外的生产线上应用的非常广泛[1]。同样基于视觉的空瓶检测系统很早就已经投入现场使用。在发达国家，利用机器视觉对空啤酒瓶检测研究的时间较长，技术也比较成熟，有一些大型厂家凭借其雄厚的经济实力，开发研制了多种验瓶机。美国工业动力有限公司开发了两种检测技术[2]：采用传感器技术空瓶验瓶机和采用摄像技术的全方位空瓶验瓶机，采用传感器技术空瓶验瓶机采用高分辨率的双基座扫描系统，包括圆周扫描和左右扫描，以检测瓶底的异物。此外还配合颜色自动补偿系统、检测微量残余液体的红外线检测技术、瓶口破损检测器、高瓶检测器等，对空瓶瓶底的厚度、密度、颜色变化、瓶口及残余液体等进行精确检测。采用摄像技术的全方位空瓶验瓶机利用光学系统、高分辨率摄像部件和自动变焦镜头，可检测瓶口缺陷，瓶壁内外，瓶底裂纹、污垢异物，瓶内胶膜透明物等。目前的检测速度每小时可以检测瓶口、瓶底7.2万个、瓶身4.5万个[3]。

国内的啤酒厂在技术方面与国外存在差距。近几年来国内比较有实力的啤酒厂花费昂贵的费用向国外购买这种检测系统。国外在这项研究方面做的较好的是德国，我国规模较大的啤酒制造厂商如青啤集团、华润集团、燕京啤酒集团等购买的基本上是德国的KRONES[1]公司的产品。以前，针对视觉方面的研究国内主要注重于算法方面，均是针对特定检测对象来设计具体解决问题的算法。现如今，国内的一些研究单位和企业已经开始转向实用性机器视觉系统的开发研究[5]。已经涌现了很多机器视觉公司如北京大恒、深圳视觉龙等公司。同国外产品相比，国内厂家在技术方面还有很大差距，产品的精度与稳定性还无法与国外产品相比拟，但是在价格方面国内产品具有优势。目前，在空瓶检测系统上已有多家公司和研发单外投入了开发。如湖南大学开发了一套基于视觉的空瓶检测系统，并在实验室进行了模拟[4]。

2、本课题选题意义

玻璃制品裂纹缺陷的检测方法可以分为三种：第一种是传统的人工灯

光检测方法，由于它易受人眼分辨能力和容易疲劳等主观因素的影响，又无法保质保量的完成生产任务，而且增加了生产厂家巨大的人工成本和管理成本，对检测者的身心健康有损；第二种是利用机械装置与工业品进行接触的检测方法，这种方法虽然在质量和速度上能满足生产的需要，但它存在检测设备的成本代价高，灵活性差等缺点；第三种就是本课题所采用的方法，即利用计算机视觉检测进行检测的方法[6]。伴随着计算机软件和硬件的发展，对图像处理速度的提高以及各种相关理论的不断完善，这一方法变得切实可行。并且此种检测设备代价低，灵活性高，易于调试和工作环境要求低。

玻璃瓶的质量直接关系到包装的安全，如果玻璃瓶的瓶体上有“皱纹”或者气泡，那么在受到啤酒的压力后可能会出现爆瓶的危险情况，给各方带来危害.在包装过程中，容易出现包装隐患的环节也十分需要机器视觉技术的引入，比如在玻璃瓶的灌装环节，有些灌装头是需要接触并压在瓶口上完成灌装的，如果出现压损瓶口的情况，那么机器视觉设备可以清楚的检测出这一问题。而如果没有安装机器视觉检测设备，那么带有玻璃碎屑的产品流通到市场上，不但会对消费者的身体健康造成严重影响，同时也会影响企业的品牌和声誉[7]。目前啤酒生产企业越来越重视产品质量，越来越多的企业在灌装生产线上使用了各种自动检测设备，以期提高检测的可靠性。传统的灌装线空瓶检验方式是人工灯光检测。但在现代高速灌装线上，由于视觉疲劳等原因，仅靠传统的人工类光检测不能保证可靠性，而且啤酒瓶的两个重要部位——瓶口和瓶底无法检测，造成部分因瓶口缺陷导致的漏气瓶和瓶底脏物瓶流入市场，给消费者带来伤害的同时也使企业形象造成损害。究其原因，我国的啤酒瓶以回收再利用为主，啤酒瓶在流通过程中不可避免地会发生碰撞，其强度指标随着使用时间的延长而逐步降低。有研究表明，啤酒瓶重复使用5次后，其综合安全指标就会下降50%[23]。因此，有必要加强啤酒瓶的质量检测，以防不合格的啤酒瓶进入市场。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

1、图像采集、处理和运算硬件方案的确定

2、系统平台的搭建

3、啤酒瓶口图像处理、缺陷检测算法的研究

4、机器视觉软件的开发

5、外围自动化控制模块的开发

三、研究步骤、方法及措施

空啤酒瓶检测系统是由图像采集、图像处理、自动分拣等组成，首先要采集到高质量的图像，因此图像采集装置十分关键。所以本文在研究啤酒瓶检测方案中，结合实际情况设计出啤酒瓶口检测平台。啤酒瓶作为一种特殊的玻璃制品，具有反射和折射的性能，需要设计一套适合的成像装置，以获取质量较高的瓶口图像，为后续的图像处理及缺陷识别做好准备。很据系统构成，采用LED环型光源，从瓶口正上方垂直向下照射，光线反射，通过镜头，聚焦至CCD传感器，将光信号转换为电信号，再经图像采集卡，转换为数字信号，传给计算机进行处理。

作为高精度、高速度、非接触性的检测系统，在视觉方面涉及到光学设计与图像采集，需要辅以精密机械来减少测量误差。因此，系统应该是集光电、机械、软件于一体的复杂体系。在设计过程中，要充分考虑到企业生产过程中的指标要求。中国啤酒瓶标准（GB4544-1996）该标准规定了啤酒瓶的产品分类、技术要求、试验方法及标志、包装要求。其中明确指出，瓶口缺陷的指标为口部尖刺，这一指标可以作为瓶口检测的特征提取。

针对基于机器视觉的啤酒瓶口检测系统，设计思路入下：

首先，确定检测系统组成部件，根据各个部件的型号、功能、特性来确定最终的系统组成。

其次，根据系统各部件之间的顺序关系，整理出信号的输入输出顺序，并找出其中的转换关系。

然后，比较各种转换关系的优劣，根据系统设计的检测精度要求与实际应用要求确定转换算法。

最终，设计用户平台界面，完成软件程序编写及仿真。

四、研究工作进度

第1~4周查阅相关资料

第5~8周确定方案，建立监测系统