藥品生產(chǎn)線瓶蓋縫隙的視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)研究

王海棟+趙巨峰+高秀敏

摘要： 結(jié)合藥品生產(chǎn)線瓶蓋縫隙檢測(cè)的具體需求，提出一種視覺(jué)成像采集系統(tǒng)的篩選與設(shè)計(jì)思路以及在此基礎(chǔ)上的視覺(jué)圖像處理方法。分析了視覺(jué)圖像信息采集系統(tǒng)與具體生產(chǎn)線需求的關(guān)系，確定了圖像采集系統(tǒng)的參數(shù)，設(shè)計(jì)了透射式照明與成像采集系統(tǒng)架構(gòu)。在獲取視覺(jué)圖像后，提出使用區(qū)域標(biāo)記算法、canny邊緣檢測(cè)算法、黑白二值化算法等，自動(dòng)尋找瓶蓋區(qū)域并確定瓶蓋縫隙的像素寬度，最終給出實(shí)際物理寬度。測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)測(cè)量的準(zhǔn)確率為100%，最大誤差值為0.016 mm，最大誤差百分比為2.73%，平均誤差百分比為1.15%。

關(guān)鍵詞： 視覺(jué)檢測(cè)； 瓶蓋縫隙； 在線自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)： TB96文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.1005-5630.2016.04.001

Abstract： According to demand of gap detection of cap in the drug production line，a method was proposed to solve the problem.The proposed method includes the selection and design for visual imaging system，and the image processing algorithm based on the system.The relationship between visual image capture system and production line was analyzed.The authors determined the parameter of image capture system and designed the structure of transillumination and image acquisition system.After the acquisition of the image，region labeling algorithm，and the canny edge detection algorithmbinary algorithm were used to automatically search the cap area and calculate the width of pixels of the gap.Finally，the actual physical width was obtained from the pixels width.The experimental results demonstrate that the accuracy of the propose method is 100%，and the maximal error is 0.016 mm.The results also give out that the maximal error 2.73%，and the average error is 1.15%.

Keywords： vision inspection； gap of cap； online automation operation

引言

隨著我國(guó)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的在線自動(dòng)化提出了更高的要求[1]，人工檢測(cè)的低效與長(zhǎng)期成本迫使產(chǎn)業(yè)升級(jí)，“機(jī)器換人”成了必經(jīng)之路。

視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)充分結(jié)合光電檢測(cè)、圖像處理等技術(shù)，通過(guò)整合設(shè)計(jì)將其應(yīng)用于生產(chǎn)線，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的尺寸、瑕疵等進(jìn)行快速檢測(cè)與判別，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的自動(dòng)化檢測(cè)與運(yùn)行[2-3]。這類(lèi)技術(shù)具有非接觸、定制化、速度快等優(yōu)點(diǎn)[4-5]。視覺(jué)檢測(cè)是一個(gè)朝陽(yáng)行業(yè)，市場(chǎng)潛力巨大，隨著“機(jī)器換人”的深入，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)線的應(yīng)用越來(lái)越普遍[6]。

視覺(jué)成像采集與處理算法設(shè)計(jì)在視覺(jué)檢測(cè)中是最重要的，設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)與處理方法是實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確率、高效率檢測(cè)能力的關(guān)鍵。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文結(jié)合具體的藥品生產(chǎn)線瓶蓋縫隙檢測(cè)需求，重點(diǎn)解決了視覺(jué)成像采集系統(tǒng)的篩選與設(shè)計(jì)，以及在此基礎(chǔ)上的處理算法研究。

1在線系統(tǒng)的視覺(jué)檢測(cè)

對(duì)于一個(gè)針對(duì)生產(chǎn)線的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，主要包括機(jī)械架構(gòu)與照明裝置組裝（機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐與照明設(shè)備），成像系統(tǒng)與視覺(jué)檢測(cè)辨識(shí)算法設(shè)計(jì)與研發(fā)（成像相機(jī)、數(shù)據(jù)采集與視覺(jué)處理系統(tǒng)）。典型的視覺(jué)檢測(cè)在線系統(tǒng)如圖1（a）所示。在整個(gè)系統(tǒng)中，機(jī)械支撐架構(gòu)承載相機(jī)面向生產(chǎn)線，照明系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行照明，CCD或CMOS工業(yè)相機(jī)高速采集生產(chǎn)線的圖像，經(jīng)采集之后進(jìn)入工業(yè)計(jì)算機(jī)，通過(guò)工業(yè)計(jì)算的視覺(jué)檢測(cè)軟件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。在線作業(yè)中，最主要的是精度與速度，精度是保證準(zhǔn)確率的關(guān)鍵，而速度是生產(chǎn)線正常運(yùn)行的要求。因此，在整個(gè)系統(tǒng)中，視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)是最核心的技術(shù)，類(lèi)似于“人腦”的思考與判斷。

杭州一個(gè)制藥廠家的實(shí)際藥品生產(chǎn)線中，如圖1（b）所示，要求橡膠軟蓋子的帽檐與瓶體之間的距離不能超過(guò)1 mm，且藥瓶移動(dòng)的速度為750個(gè)/min。為找出生產(chǎn)線上不符合要求的瓶子，采用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀。

2瓶蓋縫隙的視覺(jué)檢測(cè)

2.1與生產(chǎn)線匹配的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)檢測(cè)距離為1 mm，以及檢測(cè)速度必須滿足750個(gè)/min的要求，需要選擇合適的相機(jī)與計(jì)算設(shè)備。

計(jì)算設(shè)備一般采用工業(yè)電腦，選購(gòu)了一款技嘉GB-BXI7H-4500BRIX的工控電腦，內(nèi)存8 GB，128 GB的固態(tài)硬盤(pán)，USB 3.0接口，可擴(kuò)展，性能非常好，以符合后期處理算法軟件的實(shí)時(shí)處理。對(duì)于相機(jī)，需要能夠快速獲取視覺(jué)信息，且只要包含瓶子瓶蓋即可；此外，生產(chǎn)線上的瓶子靠相互擠壓運(yùn)動(dòng)，因此相機(jī)采集信息的速度要快，以減少成像中的抖動(dòng)模糊；USB類(lèi)的相機(jī)更佳，接口最方便。對(duì)相機(jī)的選擇進(jìn)行具體分析。