[發明專利]一種基于機器視覺的玻璃瓶底缺陷檢測方法及系統

有效

• 申請號: 202010773562.5
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111896556B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 周顯恩;王耀南;朱青;毛建旭;張輝;劉學兵
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01N21/958
• 分類號: G01N21/958;G01N21/88
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 龔燕妮

本發明公開了一種基于機器視覺的玻璃瓶底缺陷檢測方法及系統，其方法為：步驟1，獲取瓶底圖像，定位與提取瓶底區域，并將瓶底區域劃分為三個子區域：中心圓平面區域、環形平面區域和環形紋理區域；步驟2，采用基于顯著性檢測的方法對中心圓平面區域進行缺陷檢測并標記；步驟3，采用基于多尺度濾波的方法對環形平面區域進行缺陷檢測并標記；步驟4，采用基于模板匹配的方法對環形紋理區域進行缺陷檢測并標記；步驟5，將步驟2至4得到的已標記好缺陷的中心圓平面區域、環形平面區域和環形紋理區域進行融合，得到標記有所有缺陷的瓶底圖像。本發明對瓶底的缺陷檢測精度更高、執行速度更快。

技術領域

本發明屬于工業自動化視覺檢測技術領域，特別涉及一種基于機器視覺的玻璃瓶底缺陷檢測方法及系統。

背景技術

玻璃瓶是一種傳統的包裝容器，因為其密封性能好、制造成本低、可回收使用等方面的優點，在食品飲料行業廣泛應用，尤其在啤酒飲料行業中使用量巨大，據2016年玻璃行業報告中的統計數據，僅中國每年用于啤酒包裝的玻璃瓶就超過500億個，其中約80％的瓶子是回收舊瓶，質量參差不齊，尤其在玻璃瓶的底部可能存在煙頭、玻璃渣、透明薄膜和其他臟污等，加之玻璃瓶在運輸和生產過程中易發生摩擦、碰撞而造成瓶底破損，回收這些存在異物、臟污或缺陷的玻璃瓶進行灌裝生產，可能會導致泄漏甚至爆炸的情況，危及生產線和消費者安全，因此，在玻璃瓶進行灌裝前必須進行空瓶質量檢測。

玻璃瓶一般分成瓶底、瓶身和瓶口三個部分分別進行檢測，其中，瓶底由于缺陷種類多、存在紋理區域干擾、瓶底透光不均等方面的問題造成瓶底缺陷檢測困難，采用傳統的人工檢測方法進行檢測，存在效率低、主觀性強、易疲勞等一系列的缺點，而基于機器視覺的檢測技術已廣泛應用于醫藥、食品等行業產品的質量檢測中，其也為玻璃瓶瓶底缺陷檢測提供一個更好的解決方式。

目前，雖然國外的海富、克朗斯公司、國內的山東明佳、廣州萬世德、大恒圖像、湖南大學、山東大學、山東科技大學等單位均已研制出基于機器視覺的玻璃瓶檢測系統，但是與玻璃瓶瓶底缺陷檢測直接相關的研究文獻仍然較少，尤其是有關玻璃瓶瓶底防滑紋區域的缺陷檢測方法幾乎沒有。國外，Hajime等在美國發明專利《bottle bottom inspectionapparatus》中介紹了一種基于機器視覺的檢測系統，對成像機構和硬件結構進行了詳細描述，但未對其檢測方法進行說明。Shafait等人在論文《fault detection andlocalization in empty water bottles through machine vision》中首先使采用Hough圓檢測實現空礦泉水瓶瓶底定位檢測，隨后通過雙閾值實現缺陷區域提取，該方法簡單、執行速度快，但其對圖像灰度變化敏感。國內，段峰、王耀南等人最先展開啤酒空瓶檢測系統的研究，提出環形邊緣檢測法、模板匹配法、多神經網絡法等三種瓶底缺陷檢測法，前兩種方法檢測速度快，但效果不理想，后者抗干擾能力強，但前期樣本采集、神經網絡訓練工作量大、時間長。馬思樂等人在論文《Research on Bottom Detection in IntelligentEmpty Bottle Inspection System》中首先采用最小二乘法對啤酒瓶瓶底進行定位，隨后使用離散傅里葉變換檢測瓶底缺陷。范濤、朱青等在論文《空瓶檢測機器人瓶底缺陷檢測方法研究》中利用瓶底防滑紋的幾何特征，提出了一種改進的基于變權重隨機圓擬合的瓶底定位算法，首先采用重心法對瓶底圓心進行快速預定位，再采用變權重隨機圓擬合法實現瓶底精定位，然后檢測瓶底圖像疑似缺陷區域，并提取區域面積、輪廓長度、圓形度、灰度方差和灰度均值等特征，最后采用支持向量機算法進行分類決策檢測出缺陷，該方法定位精度高、執行速度快，但缺陷檢測正確率仍有進一步提升空間，且并未深入研究防滑紋區域缺陷檢測方法。

如上所述的玻璃瓶瓶底缺陷檢測方法仍然存在兩個共同問題：(1)雖然已實現瓶底的高速高精度定位，但是當瓶底圖像中灰度值分布不均勻、缺陷灰度值變化范圍大或防滑紋區域存在異物或臟污時，仍無法實現瓶底區域尤其是瓶底防滑紋區域的高速高精度缺陷檢測；(2)雖然已利用防滑紋的特性信息進行了瓶底定位，但是并沒有研究針對防滑紋區域的缺陷進行檢測的方法，因此，防滑紋區域的缺陷仍然存在著易漏檢的問題。