机器视觉应用—“慧眼360°外观检测系统”

1. 应用背景概述图

　　目前机器视觉行业应用十分广泛，仅就中国而已，制造业的高速发展以及随之带动的产业自动化升级对机器视觉来说无疑是一个充满机遇和挑战的黄金期。在这个大背景下，不仅机器视觉的应用行业领域在不断延伸和拓宽，而且机器视觉本身的技术也在推陈出新，朝着“高效、快速、智能”的方向不断发展。
　　在机器视觉Zui早开始实现应用的包装行业外观检测领域，如圆柱体或类圆柱体产品的外观检测，要实现产品侧面外观全检，传统的做法是在产品四周放置多个相机（一般是4个，如图1所示），通过各个相机从不同角度拍照来获取产品侧面外观的全部信息。该方式虽能实现检测目的，但由于采用多个相机，从成本、检测速度、使用维护等方面来说都有一定的局限性，广州市慧眼电气产品有限公司（以下称“我司”）为改善此问题，自主研发推出了“慧眼360°外观检测系统”。

图1 传统的圆柱体产品外观检测方案

　　2. 慧眼360°外观检测系统简介及工作原理
　　2.1 系统简介
　　改进思路：如何简化相机个数以及检测流程，实现圆柱体产品侧面360°的简单快速检测？
基于以上思路，我司推出了“慧眼360°外观检测系统”，该系统基于我司自主开发的LS2D专业图像识别系统，于业内首创采用线扫描相机实现圆柱体产品或类圆柱体产品全周360°图像的高速采集，并拼接展开成一幅完整的平面图像，进而精确检测圆柱体或类圆柱体产品表面及相关区域的重要检测要素。
　　该系统主要由以下几个部分组成：高速线扫描相机、光源组件、工控系统、产品旋转机构、不良品剔除机构等（如图2所示）。

　图2 “慧眼360°外观检测系统”设备组成

　　2.2 工作流程
　　如图2所示，待检产品由传送带运动，整个检测过程如下：
　　1) 待检产品到达检测工位，并通过该工位的旋转机构使产品形成自转
　　2) 在产品自转过程中，线扫描相机对产品侧面进行连续高速扫描
　　3) 通过慧眼自行开发的LS2D专业图像识别系统，对采集的连续图像进行分析拼接，并展开成一幅完整的平面图像
　　4) 利用LS2D系统的视觉检测工具，对侧面图像上的外观信息进行分析处理，完成后续相关检测（如图3所示）
　　5) 系统检测出的良品流入下一工序，不良品经剔除机构排出

① 图3 “慧眼360°外观检测系统”运行界面

　　2.3 线扫描相机简介
　　在上述的系统中，很关键的一步就是通过线扫描相机来采集圆柱体产品图像，在此基础上拼接展开得到360°侧面图像 。在这其中就需要用到线扫描相机，那么什么是线扫描相机呢？
　　线扫描相机，也叫线阵相机，顾名思义其像素是呈“线”状排列的，虽然也是二维图象，但极长，几K的长度，而宽度却只有几个象素的而已。与面阵工业相机相比，它的传感器只有一行感光元素，因此使高扫描频率和高分辨率成为可能。当其工作时，被检测的物体通常匀速运动，利用一台或多台工业相机对其逐行连续扫描，以达到对其整个表面均匀检测。
　　2.4 系统优势
　　与以往的圆柱体产品外观检测方案相比，“慧眼360°外观检测系统”的优势主要体现在以下几方面：
　　1) 结构简单，检测时产品无需方向性定位，且产品表面标签无需要正对相机，解决以往圆柱体产品采用多相机同时检测的冗杂方案
　　2) 采用LS2D专业图像识别系统的独家顶尖技术， 实现产品表面的3600全周图像无缝拼接，整个产品无死角检测
　　3) 产品进入旋转机构后，自动定位，无需要对原有的输送线进行改造便可加装
4) 配合高速旋转系统，在多项目检测模式下，Zui高检测速度可达到300件/分钟
　　3. 应用领域及前景展望
　　3.1 检测内容
　　基于“以高速扫描进行图像采集，之后通过图像拼接得到360°完整侧面图像”的解决方案， “慧眼360°外观检测系统”可实现多种圆柱体产品外观检测功能，包括：
　　A、标签位置&偏斜/标签内容正误/标签外观识别
　　B、生产日期/条码&二维码/批次编码校验
　　C、液位/瓶盖密封性/瓶盖位置&偏斜/瓶盖有无检测
　　D、产品颜色&产品内容物颜色检测
　　E、相似产品的细部差异检测，混料生产模式下在线检测
　　F、包装外观质量检测
　　3.2 行业应用
　　圆柱体或类圆柱体产品作为Zui常见的容器，广泛应用于各行各业的产品加工储存及运输等环节，在其相对应的产品外观检测领域，“慧眼360°全方位检测系统”都将能很好地得到应用，包括“饮料、食品、药品、日化”等行业。
　　3.3 前景展望
　　“慧眼360°外观检测系统”采用一个线扫描相机就能完成高速检测，在降低系统成本的同时也提高了检测速度，而且系统的操作和维护也更加简单，加上该系统在加装时基本上无需对原有产线机构进行改造，使得系统的兼容性也有很大的优势。辅以相应的视觉检测工具，该系统能实现各行业外观检测应用中的多方面高速检测要求。