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奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统研发及关键技术研究

作　者: 朱明
导　师: 曾其勇
学　校: 中国计量学院
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 奶粉罐缺陷检测机器视觉最小二乘法拟合 Blob分析
分类号: TP274.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要

奶粉罐是一种特殊的食品包装容器，对其质量要求随着家长们的普遍关注变得越来越高。然而在生产过程中不可避免会有异物（油漆、胶粒、污物等）出现在罐体的内壁以及底部位置。这些异物一旦未被发现，在灌装过程中与食品混合在一起，长时间会产生化学变化，经人食用后，可能造成较严重的后果。为实现奶粉罐内壁缺陷的自动检测，本文针对某企业奶粉罐的实际生产环境，研发了奶粉罐内壁缺陷的视觉检测系统，并对几个关键技术进行了研究。论文的主要研究工作包括：（1）根据企业对检测系统提出的主要技术指标和要求，设计了奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统的总体方案和工作流程。（2）系统硬件设计与搭建。根据检测环境和技术指标要求，对系统的光源、相机、镜头和图像采集卡进行了选型设计；并设计了相应的定位与控制系统，实现对奶粉罐图像的实时获取以及对不合格奶粉罐的精确剔除。（3）算法研究与系统软件设计。通过图像滤波和图像增强方式对罐体图像进行预处理，改善图像质量，凸显图像特征；根据软件设计方案，采用LabVIEW技术编写了系统软件，并从参数设置、检测监控、数据管理三个部分对软件系统的主要模块及其功能进行详细介绍。（4）检测环境的照明是视觉检测系统的关键技术之一。经过试验对比，选择碗状LED光源，并采用散射照明方式，以解决检测对象材质反射性强问题。（5）奶粉罐罐体的准确定位和罐壁缺陷的有效检测的算法研究是另一关键技术。采用最小二乘拟合圆法完成罐口定位，并在此基础上对传统的Hough变换进行改进，完成喷胶焊缝定位，从而实现罐体的准确定位，为罐壁检测区域的确定建立基础；针对奶粉罐内壁缺陷特征，将其分别归类为点缺陷、线缺陷和面缺陷，配合使用Blob算法，完成对不同类型缺陷的准确识别与标记。（6）在实验室对奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统进行了静态检测实验，结果表明本文的算法对于奶粉罐罐体变形检测效果较好，但仍存在一些过检现象；改进调试后，检测系统现已安装到奶粉罐生产线上运行，通过现场检测，其结果表明研发的奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统稳定性和准确性较好，生产线动态检测识别准确率达到99.70%，可以满足奶粉罐在线质量检测的要求。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目次  9-12
图清单  12-14
表清单  14-15
1 绪论  15-26
  1.1 课题研究背景与意义  15-16
  1.2 机器视觉技术简介  16-18
    1.2.1 机器视觉的概念  16-17
    1.2.2 机器视觉系统及其基本构成  17-18
  1.3 机器视觉技术的应用与研究现状  18-23
    1.3.1 机器视觉在工业检测上的应用  18-20
    1.3.2 表面缺陷视觉检测研究与应用  20-23
  1.4 课题的主要研究内容及组织结构  23-26
    1.4.1 课题的主要研究内容  23-24
    1.4.2 本文的组织结构  24-26
2 奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统总体方案设计  26-35
  2.1 检测系统需求分析  26-28
    2.1.1 主要技术指标  26
    2.1.2 技术要求  26-27
    2.1.3 检测系统研究的关键问题及难点  27-28
  2.2 检测系统总体方案  28-30
  2.3 检测系统功能模块设计  30-31
  2.4 检测系统开发平台简介  31-34
    2.4.1 虚拟仪器系统的构成  31-32
    2.4.2 LabVIEW 简介  32-33
    2.4.3 NI-IMAQ Vision  33-34
  2.5 本章小结  34-35
3 奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统硬件设计  35-50
  3.1 照明系统设计  35-40
    3.1.1 光源  35-37
    3.1.2 照明方式  37-39
    3.1.3 照明环境  39
    3.1.4 本系统照明方案设计  39-40
  3.2 图像采集系统设计  40-45
    3.2.1 相机的分类与选型  40-43
    3.2.2 镜头选型  43-44
    3.2.3 图像采集卡的选取  44
    3.2.4 图像采集系统搭建  44-45
  3.3 定位与控制系统设计  45-49
    3.3.1 光电传感器  45-46
    3.3.2 编码器  46-47
    3.3.3 PLC 通讯与控制  47-48
    3.3.4 剔除装置设计  48-49
  3.4 本章小结  49-50
4 奶粉罐内壁缺陷检测算法研究  50-74
  4.1 检测系统算法设计  50-53
    4.1.1 奶粉罐构造及其成像特点  50-52
    4.1.2 奶粉罐内壁缺陷定义  52-53
    4.1.3 缺陷检测算法设计  53
  4.2 图像预处理  53-58
    4.2.1 图像滤波  54-55
    4.2.2 图像增强  55-58
  4.3 罐体图像定位  58-65
    4.3.1 重心定位法  59-60
    4.3.2 最小二乘拟合圆法  60-62
    4.3.3 Hough 变换  62-63
    4.3.4 Hough 变换改进及系统定位方案确定  63-65
  4.4 罐体缺陷检测  65-72
    4.4.1 奶粉罐罐体变形检测  65-66
    4.4.2 内壁/罐底缺陷检测  66-72
      4.4.2.1 奶粉罐罐内图像特点  66-67
      4.4.2.2 内壁检测区域划分  67-68
      4.4.2.3 Blob 分析  68-70
      4.4.2.4 奶粉罐内壁缺陷特征分析  70-72
  4.5 本章小结  72-74
5 奶粉罐内壁缺陷视觉检测系统软件设计及测试  74-83
  5.1 软件系统功能概述  74
  5.2 软件主要功能模块  74-80
    5.2.1 参数设置模块  74-77
    5.2.2 检测监控模块  77
    5.2.3 数据管理模块  77-80
  5.3 系统测试  80-82
    5.3.1 实验室静态检测实验  80-81
    5.3.2 生产线现场动态检测  81-82
  5.4 本章小结  82-83
6 总结与展望  83-86
  6.1 总结  83-84
  6.2 展望  84-86
参考文献  86-90
作者简历  90

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