CN114018947B - 一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，包括传送带机构和依次安装在其上的顶面检测模块、侧面检测模块及喷气剔除模块，传送带机构包括依次相连中间高两端低的三段式传送带；顶面检测模块包括第一顶面检测模块和第二顶面检测模块；侧面检测模块包括外暗箱、内暗箱和工业相机；外暗箱横跨第一段传送带末端和第三段传送带首端，内暗箱设于外暗箱内的第二段传送带上，四个工业相机设于内暗箱内，工业相机的拍摄角度与内、外暗箱的进出口错开设置，用于拍摄瓶盖侧面图像，内暗箱内还设有与工业相机配合的侧面检测光源。本发明可以有效减少外界光线的影响，保证采集得到的瓶盖图像均匀清晰，为后续瑕疵检测的准确性提供保障。
Description
技术领域
本发明属于产品检测领域，涉及一种流水线上的瓶盖瑕疵检测技术，具体涉及一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置。
背景技术
瓶盖在各种产品外包装中非常常见，无瑕疵、无裂纹的瓶盖能可靠地保护瓶内的产品，避免产品溢出、变质和浪费，无划痕、无脏污的瓶盖能提高消费者对产品的满意度，因此瓶盖瑕疵检测是外包装生产企业不可忽视的一个问题。
传统的瓶盖瑕疵检测是人工完成的，工人们需要在灯光下将瓶盖翻转几次才能最可靠地发现瑕疵，甚至为了减少漏检，某些工厂会经过两到三轮的人工检测，人力成本高且效果不理想。
机器视觉能代替人眼高效可靠地完成枯燥的重复性工作，可以降低企业的人力成本，因此广泛应用于工业流水线上。而一套合理可靠的智能检测装置如同人的眼睛一样重要，直接影响最终的检测效果，申请号为CN201110048984.7的发明专利申请公开了一种基于机器视觉的瓶盖表面瑕疵的智能检测方法，在瓶盖上方布置环形光源和一台工业相机采集瓶盖图片，预先提取合格瓶盖的特征参数，计算待测瓶盖与合格瓶盖特征参数的差值是否在误差宽容度范围内，但该装置只用于检测瓶盖顶面瑕疵，且未解决表面光滑的瓶盖在采集图像时易反光影响特征参数提取和比对的问题。申请号为CN202010645152.2的发明专利申请公开了一种旋转式的化妆品瓶盖瑕疵检测***，在瓶盖的顶面和侧面各布置一个微距摄像头和一个超声波探伤传感器，当位于转盘上的薄膜压力传感器检测到瓶盖时，顶面摄像头先采集顶面图像并上传给工业计算机，然后转盘转一圈，两个超声波探伤传感器检测瓶盖顶面和侧面是否有凹陷和裂纹，同时侧面摄像头采集侧面图像并上传给工业计算机，工业计算机通过三维建模和与预设三维图像对比，若检测出瑕疵，则通过指示灯和蜂鸣器提示，但是该装置未考虑某些瓶盖的高反光特性，也未考虑外界光线对于成像质量的影响，检测准确性得不到保障。
发明内容
本发明的目的是针对几种不同形状的高反光塑料瓶盖在采集图像时易反光的问题，设计合理的打光方案，提出一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，用于解决现有技术中视觉检测所拍摄图像受到外界光线干扰过大，导致检测准确性达不到设计要求的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用技术手段如下：
一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于，包括
传送带机构，包括依次相连的三段式传送带，用于持续输送待检测的高反光塑料瓶盖，其中，位于中间的第二段传送带的传送高度高于首尾两段传送带高度；
顶面检测模块，设于第一段传送带上方，用于拍摄高反光塑料瓶盖的顶面图像；和
侧面检测模块，至少包括外暗箱、内暗箱和四个用于侧面检测的工业相机，四个工业相机分别为第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机和第四工业相机；所述外暗箱横跨第一段传送带末端和第三段传送带首端，外暗箱两端分别设有瓶盖进出的进、出料口；
所述内暗箱设于外暗箱内，且位于第二段传送带上方，四个用于侧面检测的工业相机等高度的设于内暗箱内，用于对经过内暗箱内的瓶盖拍摄侧面图像，内暗箱内还设有与工业相机配合的侧面检测光源。
进一步地，所述传送带机构的三段式传送带采用分体式或者一体式，分体式时，三根传送带首尾平滑相连，且同速运行；一体式时，在第二段传送带两端的两侧采用压辊保证第二段传送带的传送高度高于首尾两段。
进一步地，所述第二段传送带沿着输送方向依次包括上坡段、水平段和下坡段，所述内暗箱设于水平段上方。
进一步地，所述第二段传送带的上坡段和下坡段的坡度均为5～10度。
进一步地，所述内暗箱由柱型壳体设于柱型壳体顶部的半球顶盖，所述侧面检测光源为设于半球顶盖内的环形光源；四个用于侧面检测的工业相机呈90度夹角分布在柱型壳体四周；沿着传送带输送方向，柱型壳体下部设有供瓶盖进出的进、出料口。
进一步地，所述柱型壳体上的进、出料口高于外暗箱两端的进、出料口，使得外界环境光无法通过外暗箱两端的进、出料口和内暗箱的进、出料口进入内暗箱内部，对瓶盖侧面拍摄造成干扰；四个用于侧面检测的工业相机的拍摄方向均与进、出料口错开。
进一步地，所述顶面检测模块有两种，分别为用于柱型瓶盖检测的第一顶面检测模块和用于异形瓶盖检测的第二顶面检测模块；
其中，第一顶面检测模块包括没有底板的立方箱体、白色光源和用于顶面检测的第一工业相机，所述立方箱体悬挂安装在第一段传送带上方，第五工业相机设于立方箱体内顶部，垂直向下拍摄，所述白色光源为设于立方箱体中部内壁的环形光源；
所述第二顶面检测模块包括半球形无影光源和第二工业相机，所述半球形无影光源顶部中间设有拍摄孔，半球形无影光源悬挂安装在第一段传送带上方，第六工业相机安装于拍摄孔处，垂直向下拍摄。
进一步地，所述半球形无影光源包括半球形壳体，所述半球形壳体底部四周设有向上照射的环形光源，所述半球形壳体内表面设有反光面。
进一步地，所述反光面为白色反光面。
进一步地，所述顶面检测模块和侧面检测模块均设有用于检测瓶盖是否运动到检测位置的位置感应器。
进一步地，所述侧面检测模块下游的传送带机构设有喷气剔除模块，所述喷气剔除模块包括气泵、电磁阀和喷嘴，所述喷嘴设有传送带侧方，并通过气管与气泵相连，所述电磁阀设于气管上，用于控制喷嘴是否吹气，当通过顶面检测模块和侧面检测模块检测到不合格产品时，通过电磁阀打开喷嘴将不合格产品吹走。
进一步地，所述传送带机构的传送带表面反光特性较弱，表面较粗糙，且两侧的金属框架较低或与传送带上表面齐平。
进一步地，本发明还包括计算机和PLC控制器，所述PLC控制器与所有光电开关相连，PLC控制器与计算机通过数据线相连，接受计算机的指令。
进一步地，所述光电开关均为对射型光电开关，将感应到的信号传递给PLC。
作为优选，所有工业相机的输入信号引脚与PLC控制器连接，由PLC控制器触发拍照，所有工业相机的输出网口与工业计算机连接，将图像传给工业计算机进行图像处理与检测。
作为优选，所述电磁阀为二位二通电磁阀，由PLC所有工业相机的控制导通或截止，且PLC所有工业相机的与工业计算机通过网线连接，用于传递信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是；
本发明充分考虑了几种不同形状高反光塑料瓶盖的差异，设计不同的打光方式，解决瓶盖图像反光的问题，使采集的图像均匀清晰，提出一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，用于为此类的研究或相关装置的研发提供参考，同时也可以解决企业在类似产品生产中人工检测效率低、效果不佳的问题。
附图说明
图1为本发明实施例高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的瓶盖类型图。
图3为本发明实施例第一顶面检测模块的光路图。
图4为本发明实施例第二顶面检测模块的光路图。
图5为本发明实施例侧面检测模块的光路图。
图6为本发明实施例的机电连接框图。
图7为本发明实施例中一体式传送带结构示意图。
图1中：100-传送带机构，101-第一段传送带，102-第二段传送带，103-第三段传送带，104-上坡段，105-水平段，106-下坡段，107-压辊；
200-第一顶面检测模块，201-立方箱体，202-第二环形光源，203-第五工业相机，204-第一光电开关；
300-第二顶面检测模块，301-半球形无影光源，302-第六工业相机，303-半球形壳体，304-第三环形光源，305-第二光电开关；
400-侧面检测模块，41-外暗箱，411-进料口，412-出料口，42-内暗箱，421-柱型壳体，422-半球顶盖，423-进料口，424-出料口，43-第一工业相机，44-第二工业相机，45-第三工业相机，46-第四工业相机，47-第三光电开关，48-第一环形光源；
500-喷气剔除模块，501-气泵，502-气管，503-电磁阀，504-喷嘴；
600-塑料瓶盖，700-光线。
具体实施方式
现以几种形状的高反光塑料材质的化妆品瓶盖为具体实施例，结合附图对本发明作进一步说明：
如图1至图6所示，本发明实施例提供一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，包括
传送带机构100，包括依次相连的三段式传送带，用于持续输送待检测的高反光的塑料瓶盖600，其中，位于中间的第二段传送带102的传送高度高于首尾两段传送带高度，以便于减少外面环境光对于拍摄塑料瓶盖600侧面造成干扰；
顶面检测模块，设于第一段传送带101上方，用于拍摄高反光的塑料瓶盖600的顶面图像；和
侧面检测模块400，至少包括外暗箱41、内暗箱42和四个用于侧面检测的工业相机，所述外暗箱41横跨第一段传送带101末端和第三段传送带103首端，外暗箱41两端分别设有瓶盖进出的进料口411、出料口412；
所述内暗箱42设于外暗箱41内，且位于第二段传送带102上方，四个用于侧面检测的工业相机等高度的设于内暗箱42内，用于对经过内暗箱42内的瓶盖拍摄侧面图像，内暗箱42内还设有与工业相机配合的侧面检测光源。
所述传送带机构100的三段式传送带采用分体式或者一体式，分体式时，三根传送带首尾平滑相连，且同速运行。
如图1和图7所示，本发明采用实施例采用一体式，在第二段传送带102两端的两侧采用压辊107保证第二段传送带102的传送高度高于首尾两段。对于第二段传送带102，所述第二段传送带102沿着输送方向依次包括上坡段104、水平段105和下坡段106，所述内暗箱42设于水平段105上方。作为一种较优实施例，所述第二段传送带102的上坡段104和下坡段106的坡度均为5～10度。
作为一种具体实施例，如图1和图5所示，所述内暗箱42由柱型壳体421设于柱型壳体421顶部的半球顶盖422，柱型壳体421通过支架(图中未画出)悬挂安装在第二段传送带102上方，所述侧面检测光源为设于半球顶盖422内侧的第一环形光源48，第一环形光源48照射角度为斜向下；四个用于侧面检测的工业相机呈90度夹角分布在柱型壳体421四周，具体的，可以在柱型壳体421四周开始四个安装孔，将工业相机固定在安装孔内，四个工业相机分别为第一工业相机43、第二工业相机44、第三工业相机43和第四工业相机44；沿着传送带输送方向，柱型壳体421下部设有供瓶盖进出的进料口423、出料口424，大小与瓶盖大小相当即可。
进一步优选，如图5所示，所述柱型壳体421上的进料口423、出料口424高于外暗箱41两端的进料口411、出料口412；四个用于侧面检测的工业相机的拍摄方向均与进料口411、423、出料口423、424错开，这样可以进一步减少外界环境对于侧面拍摄的干扰，保证所拍摄到的瓶盖侧面尽可能处于均匀光环境。
作为一种具体实施例，如图1和图2所示，所述顶面检测模块有两种，分别为用于柱型瓶盖检测的第一顶面检测模块200和用于异形瓶盖检测的第二顶面检测模块300，瓶盖形状有很多，典型的类型如图2所示，A为规则的圆柱形瓶盖，B为凸台试瓶盖，C为顶部半球形瓶盖，当然实际类型不限于这三种，均可以通过本发明进行检测。
如图1和图3所示，第一顶面检测模块200包括没有底板的立方箱体201、白色光源和用于顶面检测的第五工业相机203，所述立方箱体201悬挂(悬挂支架图中未画出)安装在第一段传送带101上方，第一工业相机43设于立方箱体201内顶部，垂直向下拍摄，所述白色光源为设于立方箱体201中部内壁的第二环形光源202，照射方向垂直向下。
如图1和图4所示，所述第二顶面检测模块300包括半球形无影光源301和第六工业相机302，所述半球形无影光源301顶部中间设有拍摄孔，半球形无影光源301悬挂安装在第一段传送带101上方，第六工业相机302安装于拍摄孔处，垂直向下拍摄。所述半球形无影光源301包括半球形壳体303，所述半球形壳体303底部四周设有向上照射的第三环形光源304，所述半球形壳体303内表面设有反光面，光源反射后照射在瓶盖顶部，作为一种更优实施例，所述反光面为白色反光面。
为了提高自动化程度，如图6所示，本发明还包括PLC控制器，所述顶面检测模块和侧面检测模块400均设有用于检测瓶盖是否运动到检测位置的位置感应器，本实施例中所述位置感应器采用光电开关，具体为对射型光电开关，光电开关均与PLC控制器相连，本发明上述实施例具有三个光电开关，分别对应控制不同的检测模块，第一光电开关204通过支架安装于第一顶面检测模块200的立方箱体201下方的传送带两侧，用于触发第五工业相机203拍摄；第二光电开关305通过支架安装于第二顶面检测模块300的半球形无影光源301下方的传送带两侧，用于触发第六工业相机302拍摄；第三光电开关47安装于侧面检测模块400的内暗箱42底部两侧，用于触发第一至第四工业相机44拍摄；检测到瓶盖经过相应位置时，通过PLC控制器启动相应的工业相机拍照。
作为一种具体实施例，如图1所示，所述侧面检测模块400下游的传送带机构100设有喷气剔除模块500，所述喷气剔除模块500包括气泵501、电磁阀503和喷嘴504，所述喷嘴504设有传送带侧方，并通过气管502与气泵501相连，所述电磁阀503设于气管502上，用于控制喷嘴504是否吹气，当通过顶面检测模块和侧面检测模块400检测到不合格产品时，通过电磁阀503打开喷嘴504将不合格产品吹走。
作为一种优选实施例，本发明电磁阀503为二位二通电磁阀503，可以通过PLC控制器控制导通或者截止；所述喷嘴504的喷口宽度与瓶盖宽度相近，喷嘴504形状整体为扁平状，且应避免扇形而使气流发散气压降低，喷嘴504通过磁座固定在传送带侧面的金属框架上。
为了完成对瓶盖缺陷的检测，如图6所示，本发明还包括计算机，计算机通过数据线与PLC控制器、所有工业相机相连，计算机内预置视觉检测软件或者基于视觉缺陷检测的神经网络模型，所有工业相机拍摄的瓶盖端面图像和侧面图像都通过数据线导入到计算机，计算机根据视觉检测技术识别缺陷。
本发明使用方法如下：
以检测如图2左的标准圆柱形瓶盖为例，此时需选用第一顶面检测模块200，说明整个装置的工作流程：所述瓶盖在所述传送带上等距排列匀速传输，当所述瓶盖被传输至所述第一顶面检测模块200下方时，所述第一光电开关204感应到物体经过而触发该工位的第五工业相机203采集瓶盖图像，图像经过计算机的图像处理模块进行检测，若检测到瑕疵，则向PLC控制器发送信号，PLC控制器开始计时，待所述瓶盖到达传送带末端的喷气剔除模块500，即计时结束时使用高压气体将瓶盖精准剔除；若顶面检测未发现瑕疵，则瓶盖继续传送，当到达所述侧面检测模块400时，第三光电开关47检测到瓶盖处于拍摄位置时，侧面检测模块400的四个工业相机被同时触发而采集图像，若检测到瑕疵，则发送信号给PLC控制器，PLC控制器开始计时，待瓶盖到达所述喷气剔除模块500时，计时结束时将其剔除；若未检测到瑕疵，则合格瓶盖继续传输至所述传送带末端。
所拍摄的图像经过数据线传送给计算机，通过计算机内置的算法或者软件判断是否存在缺陷，如果存在缺陷，发出控制指令，通过喷气剔除模块500将不合格的瓶盖侧向吹走，当然可以在与喷嘴504相对一侧设置废瓶盖收集箱进行收集，统一处理。
本发明顶面检测模块和侧面检测模块400的光源即可常开，也可以与相应的工业相机联动，在拍摄时打开。
需要说明的是，本发明的核心发明构思在于硬件***搭建，通过本发明上述***能够拍摄高质量照片，减少照片拍摄对于视觉造成的干扰，因此，本发明并不限定具体的缺陷识别软件和算法，比如可以采用发明公开CN110542692A轴承滚珠表面缺陷视觉检测***公开的识别算法或者申请号为CN201110048984.7的发明专利申请公开了一种基于机器视觉的瓶盖表面瑕疵的智能检测方法，也可以采用基于OpenCV的视觉识别算法，具体形式不限。
需要说明的是，为了提高自动化，或者便于设备运行所需的一些控制开关均采用现有技术成熟技术或者产品即可，具体实现形式和形态对于本发明解决技术问题不构成影响。
需要说明的是，本发明上述各个部件的安装需要支架，上述没有特别指明的采用常规结构支架即可，支架的形态和方式对于本发明技术方案实施不构成影响。
需要说明的是，上述所有光电开关均为对射型光电开关，均与PLC连接，发射端与接收端要保证对准布置，布置高度不高于瓶盖高度，以可靠地检测到瓶盖经过。
需要说明的是，本发明未公开结构，比如传送带的驱动装置、调速装置等采用公知技术即可。
需要说明的是，本发明内暗箱42和外暗箱41底部比传送带略高，不影响传送带的运行即可，一般为2-5mm距离，内暗箱42和外暗箱41底部与传送带之间间隙过大会造成漏光，使得外部环境光对瓶盖侧面拍摄造成干扰。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于，包括
传送带机构，包括依次相连的三段式传送带，用于持续输送待检测的高反光塑料瓶盖，其中，位于中间的第二段传送带的传送高度高于首尾两段传送带高度；
顶面检测模块，设于第一段传送带上方，用于拍摄高反光塑料瓶盖的顶面图像；和
侧面检测模块，至少包括外暗箱、内暗箱和四个用于侧面检测的工业相机，四个工业相机分别为第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机和第四工业相机；所述外暗箱横跨第一段传送带末端和第三段传送带首端，外暗箱两端分别设有瓶盖进出的进、出料口；
所述内暗箱设于外暗箱内，且位于第二段传送带上方，四个用于侧面检测的工业相机等高度的设于内暗箱内，用于对经过内暗箱内的瓶盖拍摄侧面图像，内暗箱内还设有与工业相机配合的侧面检测光源；
所述内暗箱由柱型壳体设于柱型壳体顶部的半球顶盖，所述侧面检测光源为设于半球顶盖内的环形光源；四个用于侧面检测的工业相机呈90度夹角分布在柱型壳体四周；沿着传送带输送方向，柱型壳体下部设有供瓶盖进出的进、出料口；
所述柱型壳体上的进、出料口高于外暗箱两端的进、出料口；四个用于侧面检测的工业相机的拍摄方向均与进、出料口错开。
2.根据权利要求1所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述传送带机构的三段式传送带采用分体式或者一体式，分体式时，三根传送带首尾平滑相连，且同速运行；一体式时，在第二段传送带两端的两侧采用压辊保证第二段传送带的传送高度高于首尾两段。
3.根据权利要求2所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述第二段传送带沿着输送方向依次包括上坡段、水平段和下坡段，所述内暗箱设于水平段上方。
4.根据权利要求3所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述第二段传送带的上坡段和下坡段的坡度均为5～10度。
5.根据权利要求1-4任意一项所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述顶面检测模块有两种，分别为用于柱型瓶盖检测的第一顶面检测模块和用于异形瓶盖检测的第二顶面检测模块；
其中，第一顶面检测模块包括没有底板的立方箱体、白色光源和用于顶面检测的第一工业相机，所述立方箱体悬挂安装在第一段传送带上方，第五工业相机设于立方箱体内顶部，垂直向下拍摄，所述白色光源为设于立方箱体中部内壁的环形光源；
所述第二顶面检测模块包括半球形无影光源和第二工业相机，所述半球形无影光源顶部中间设有拍摄孔，半球形无影光源悬挂安装在第一段传送带上方，第六工业相机安装于拍摄孔处，垂直向下拍摄。
6.根据权利要求5所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述半球形无影光源包括半球形壳体，所述半球形壳体底部四周设有向上照射的环形光源，所述半球形壳体内表面设有反光面。
7.根据权利要求5所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述顶面检测模块和侧面检测模块均设有用于检测瓶盖是否运动到检测位置的位置感应器。
8.根据权利要求5所述高反光塑料瓶盖外表面瑕疵检测装置，其特征在于：所述侧面检测模块下游的传送带机构设有喷气剔除模块，所述喷气剔除模块包括气泵、电磁阀和喷嘴，所述喷嘴设有传送带侧方，并通过气管与气泵相连，所述电磁阀设于气管上，用于控制喷嘴是否吹气，当通过顶面检测模块和侧面检测模块检测到不合格产品时，通过电磁阀打开喷嘴将不合格产品吹走。
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