包装检测过程中的机器视觉应用研究

【摘 要】视觉检测技术是建立在计算机视觉研究基础上的一门新兴检测技术，基于视觉传感器的检测系统具有抗干扰能力强、效率高、组成简单等优点，非常适合生产现场的在线、非接触检测及监控。本文分析了引用机器视觉检测的必要性，介绍了机器视觉检测系统的实用研究，以供参考。

【关键词】包装检测 机器 视觉应用 研究

1 机器视觉检测系统的工作原理及影响因素

1.1 机器视觉检测系统的工作原理

机器视觉系统主要特点是可以提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；另外，在大批量工业生产过程中，用应用机器视觉检测产品质量明显要比人工方式速度快，精度高，而且能够大大提高生产自动化的程度。根据印刷的重复性原理，印刷缺陷在线监测系统通过高速摄像头连续拍摄印刷图案，并将其与一个完好无缺的基准图像作比较，当二者差异（这种差异对应着印刷过程中产生的各种缺陷，如污渍、飞沫、色差等）超出了设定的范围时，机器视觉检测系统即判定印刷过程中产生，保存缺陷图案并用声光报警，同时控制贴标机对有缺陷的纸张进行贴标。

1.2 机器视觉检测系统的影响因素

在机器视觉检测的过程中随着张力的变化和速度的波动，纸张在前进过程中会产生蛇行跑动的现象，表现在运动方向不同程度的拉伸，以及宽度方向不同程度的偏移，给图像的采集和对比造成困难；同时由于卷筒生产过程中再现性差，无法真正获得理想的模板，假设理想的模板并非完整无缺，而待测图像无论用何种图像复原算法或对齐算法，只能从图像轮廓上与模板匹配，缺陷细节和材料形变细节仍然无法分离。

2 引用机器视觉检测的必要性分析

近年来，国内印刷竞争日趋激烈，精美印刷产品不断涌现，使得产品包装设计变得非常复杂。由于检测的持续性和稳定性，容易产生疲劳和漏检的现象，造成质量事故。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，使得包装的机器视觉检测变得切实可行。并且此种检测设备代价低，灵活性高，易于调试，工作环境要求低。以玻璃瓶检测为例，其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，那么在受到产品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地检测出这一问题。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。有研究表明，在玻璃瓶重复使用5次后，其综合安全指标就会下降50%。因此，有必要引入机器视觉检测系统，加强产品包装的质量检测，以防不合格的产品进入市场。

3 机器视觉检测系统的实用研究

3.1 实例分析

随着机器视觉技术变得越来越可靠和成熟，制造商们开始发现它很容易被整合到包装线上。由于机器视觉和检查系统发展迅速，更多的可供于质量控制的工具已经在许多制造商的包装过程中越来越普及。例如某品牌的快速消费品，它由印度的一家两片罐制造商生产，当盖子从线路上运输下来时，该公司使用机器视觉检测系统来检查每个盖子，这样可以使盖子到达最后包装位置之前将损坏的剔出。该公司最初安装了8套图像系统，现在已增加到18套。 对一些早期的图像系统来说，它们需要获得功率更大的空气调节装置来冷却电子部件，该空气调节装置经常会出问题，并且维护费用非常昂贵。同时这些系统已经降低了工艺周期，这已成为提高生产率的一个主要障碍。但视觉检测系统在紧缩包装方面提供了许多功能。它能将两套系统安装在原来只能安装一套老系统的空间内，这样可以节省空间，并完全避开了对空气调节装置的需求。这是因为系统的复杂性经良好的设计后变得更简单，成本更低。

3.2 机器视觉检测系统实用流程分析

机器视觉检测系统能够捕获包装的图像并将它送至一个PLC处，这样就可以进行比较，以防止发生包装方面的缺陷现象，该PLC由工程师和质控人员预编程。在PLC已经确定包装的良好或损坏状态以后，将结果储存并且进行跟踪，直到该包装达到被丢弃状态。在丢弃状态时，从PLC发出的一个信号能够激活丢弃机械装置，它会把损坏的包装从传送带上移除。

机器视觉检测的菜单非常简便，易于工作，它甚至可以提供联网和数据收集功能，这为包装系统的全面集成打下了非常好的基础。读码照相机机器视觉技术的最新发展表现在转换镜头上，某眼镜制造商能够使镜头在暴露于阳光下时变黑。一些公司已经开始运行一种新型机器视觉系统，该系统可以保证在镜头纸板盒上行精确的标记。旧的机器视觉系统不足以使得公司实行整个生产线的自动化，最新的Cognex lnsight 4001高分辨率图像感应器能够读出二维编码，这些编码能够指示盒状标签机的末端状态。

将某二维蚀刻模型转移到机器视觉检测系统的镜头上，这是一种类似于条形码的东西，形状为正方形，并且没有垂直线，由一系列小点所组成。优点是可以得到许多数字，它们可以形成一个非常小的标记，被称为数据模型。其他的数字式图像系统有时候会混淆数字。这种新型编码能够确保镜头处于合适的纸板箱内，而且该编码也包含前面步骤涉及到的更多信息。包含在该小编码内的信息有为哪个眼所设计、放大强度以及颜彩。Cognex传感器的分辨率为1024x768，它被安装于某闭合室内。如此级别的分辨率非常重要，因为它使得公司能够获得整个镜头而非一部分透镜的一幅图像来用于鉴定。该系统的运行速度为20透镜/min。传动带将每个透镜带入闭合传感器室内。Cognex传感器使用由Rauscher编写的软件来采用某种模式查找工具来定位二维编码，该编码被悬于传感橱的顶端。从编码中得到一串12个数字并被送往Rockwell提供的一种PLC，该PLC能够编译编码并通过网络发送信息至印刷和标签机。透镜从传感橱中退出并被移至纸箱成形机器内。然后将纸板箱通过标签机进行传输，在标签机上它们将会从印刷和应用标签机上进行适当的压敏标签的鉴定。做这项工作的主要原因是因为想使生产工艺的其他部分也能实现自动化。

4 机器视觉检测系统的发展研究现状

在西方发达国家，利用机器视觉对包装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，开发研制了多种包装检测机器。国内在这方面与国外存在差距。

如今，国内的一些研究单位和企业也开始转向实用性机器视觉系统的开发研究，已经涌现了很多机器视觉公司。但同国外产品相比，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，在机器视觉检测系统上已有多家公司和研发单外投入了开发。

结语

在进行大批量的工业生产中，对产品质量人工地进行视觉检查不但质量效率不高，而且精度也很低。使用机器视觉检测系统能够大大提高自动化的程度和生产效率，而且机器视觉检测系统容易实现检测信息的集成，将有很大的发展空间。

参考文献

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[2]郑友琴，袁旭军.用CCD实现精密的长度测量[J].电测与仪表，2013年02期.