機器視覺技術在包裝盒檢測中的應用研究

徐松

摘要：機器視覺不僅能夠模仿人的視覺功能，同時其還能模仿人腦的信息識別及分析功能，機器視覺得到的信息數據，會經過提取有效信息，信息歸類整理，再用作實際應用中的檢測、控制等，在實際操作中多用于對圖案進行對比，相比于其他行業，機器視覺在蛋品質檢測中有著極大的優勢，機器視覺將蛋類的表面參數記錄并加以整理，結果更加公正客觀，可以大幅提高檢測的準確性，不過將機器視覺運用在其他行業也有著其不可替代的優勢。

關鍵詞：機器視覺技術;光源;剔除系統

檢測技術是在我國生產、科研等各方面應用較廣的技術，在生產領域，檢測技術用于檢測產品的質量、合格率等參數，從而提高產品生產率，增加企業收入[1];在日常生活領域，檢測技術用于測量住房甲醛、室內溫度濕度等以保證人們的生活質量，隨著生活水平的日益提高，社會對于檢測技術的要求也會隨之增高，目前市面上的檢測技術雖然能夠檢測企業需要的大部分數據，但是數據精度低，且其檢測設備沒有數據儲存能力，因此發展新型檢測技術是我國科學技術發展的基礎保障。

1 機器視覺簡介

機器視覺技術是一種新型檢測技術，機器視覺主要是模擬人眼對圖案的觀察、分析、接受等功能，機器視覺不僅僅能夠模仿人的視覺功能，同時其還能模仿人腦的信息識別及分析功能，機器視覺得到的信息數據，會經過提取有效信息，信息歸類整理，再用作實際應用中的檢測、控制等，機器視覺是多學科的交叉融合，其具有信息處理快、信息量大、功能多樣等優點，在實際操作中多用于對圖案進行對比，相比于其他行業，機器視覺在蛋品質檢測中有著極大的優勢，機器視覺將蛋類的表面參數記錄并加以整理，結果更加公正客觀，可以大幅提高檢測的準確性，不過將機器視覺運用在其他行業也有著其不可替代的優勢，例如通過機器視覺檢測包裝盒系統，機器視覺可以先采集需要的檢測信息，將信息處理并生成圖像信號，然后通過數據分析處理提取出需要的信號數據，以輸出的信號數據為基礎，對比包裝盒系統是否出現故障[2]。

機器視覺檢測具有許多傳統檢測技術無法達到的優點，機器視覺檢測技術可以擁有更高的精度檢測和效率，同時機器視覺成本較低，數據保存時間長，便于檢測者分析和查詢數據信息，隨著我國技術和科學的快速發展，我國的產品檢測要求也會不斷增高，傳統檢測技術將難以適應新時代發展要求，而機器視覺檢測則可以為新興企業提高更高質的檢測方法，是未來企業實現自動化的重要支撐[3]。

2 機器視覺在檢測中的應用現狀

機器視覺檢測可以獲得更多的數據信息，同時信息處理難度不高，所以在實際生活中，機器視覺技術一般被用到工況監視、成品檢驗和質量控制等領域。

一般而言，機器視覺是通過如下步驟完成數據檢測的：首先，確定檢測的具體需求，根據具體需求選擇合適的光源，如藍光白光等，在確定光源之后，需要設計合理的成像系統，通過成像系統獲取更高像素、更高質量的圖像信息，從而保證檢測結果的精確性，另外還需要設置圖像采集卡，其主要是將機器視覺采集到的圖像信息發送到電腦端[4];一般來說，由于檢測環境的影響，檢測中獲取的圖形信息會有一定的噪聲，所以在圖像處理與決策模塊先要進行圖像的預處理以獲得清晰的圖片，然后根據具體種類的被測目標的圖像特點，設計算法對目標圖像進行檢測、識別，產生判決決策給控制執行模塊;控制執行模塊根據圖像處理與決策模塊產生的決策結果來執行，該模塊通常包括機械控制系統和電氣控制系統;機械控制系統主要實現被測目標的運動控制、電氣控制系統實現系統的通信。

3 基于視覺檢測技術的包裝盒檢測方案設計

本實驗將設置3個相機，分別在被檢測物體的兩側及上端，3個相機將用于檢測包裝盒的端面翹角以及上表面缺陷，在實驗進行的過程中，由于考慮到光源之間的相互干擾，為增加實驗結果的準確性，系統采用分時拍照技術，同時在被檢測物體的兩側和上方設置同步傳感器，對數據進行精確測量。

3.1 包裝盒端面檢測的實現

端面檢測設置主要通過相機進行檢測，在其左右兩側設置工業相機，具體設置如圖1所示，相機的分辨率為130萬像素，同時通過設備向包裝盒的四個頂角處投射藍色條狀光源，在側度打光。

3.2 包裝盒上表面檢測的實現

檢測上表面時，需要通過分辨率為130萬像素的相機進行檢測，將相機設置于包裝盒的正上方，其位置垂直于包裝盒，但此時的相機無法檢測完整的包裝盒表面積數據，而是僅能檢測到一般，因此需要在左右兩端設置白色光源，通過高反光的原理和相機的灰度檢測工具，檢測左右兩端的包裝盒數據。同時，在設置時也可根據具體實驗要求，通過兩臺相機檢測上表面。

3.3 自動剔除裝置

本實驗中采用了皮帶輸送包裝盒，通過“側面高速氣缸剔除”的方案，具體裝置設置如圖2所示：

包裝盒的剔除方式，在實驗中我們采用了電磁閥剔除，相較于其他剔除方式，電磁閥剔除具有高效率、易控制等優點，在通過以上裝置分析每個包裝盒的圖像之后，如果包裝盒臺中有一定的缺陷，則會產生剔除信號，工控機輸出信號到電磁閥，控制氣缸推桿做出剔除動作。

3.4 本設計對包裝盒完整性檢測的改善

項目實施前，10mm以下的包裝盒無法檢測;當檢測到爛包裝盒時機器報警并停機，必須人為干預才恢復生產。隨著報警次數的增多，大大降低設備運轉效率，急需改善。

項目實施后，安裝異常包裝盒在線檢測裝置后不需要停機，系統自動剔除問題包裝盒，問題包裝盒自動存放在收集箱里，當收集箱快要滿時系統報警，通知操作人員及時取出，避免阻塞剔除通道。由此能顯著降低操作人員的工作強度，提高有效作業率，使得機器長時間穩定運行，不僅提高的生產效率，還提高了產品質量。

4 包裝盒分離設計

在檢測時，由于需要對每個包裝盒進行檢測，因此在實驗中需設置包裝盒分離機制，將測試臺上的每個包裝盒進行分離，以便視覺機器可以檢測到每個包裝盒的包裝特性。

通過控制電機轉速帶動帆布材質皮帶轉動使分條器皮帶轉速略小于軌道輸送皮帶速度即可實現分條。

5 視覺檢測設計

5.1 光源設計

光源設計是包裝盒檢測中非常重要的一環。在日常生活中，包裝盒的種類豐富多樣，有時僅僅是同一個工廠，包裝盒的種類也有七八種之多，外包裝則更加豐富，有些包裝盒的金拉線是金色，有些是白色，同時在包裝過程中由于操作條件限制，包裝盒外包裝質量參差不齊，缺陷多種多樣，從而增加了檢測的難度。

有的包裝盒外包裝為透明紙，而藍色光源照射透明紙時雖然無法直接穿透透明紙，但是由于其可以得到極好的反射效果，所以更加適合檢測包裝盒的表面物質，在使用光源進行檢測時，如果光源使用圓形或者方形光源，容易造成照射邊緣過亮等現象，為了保證光線照射均勻，在檢測時需選用條形形狀的光源，在本設置中考慮到光照角度等問題。

相機設置可以增加到7個方位，對包裝盒外包裝進行全方位檢測，裝置中選用的LED燈可以根據外包裝的反光程度及室內光線等自動調整照射明度及方位，從而確保檢測數據的有效性，在設計中，將條形光源的角度調低，可以更加容易獲取包裝盒的表面形狀以及除去色差。

5.2 光路設計

在檢測中，光線的光路設計也極為重要，一般來說，光線進入相機的路線有兩種，一種是直接式，即當光源的光線照射到包裝盒表面時，透明紙反射到相機的光線的一種形式，直接式的線路最大特點在于光線損失較少;另一種線路方式時間接式，間接式的光線主要是指當從光從光源處照射到包裝盒包裝時，光線反射到鏡面，再通過鏡面反射到相機，由于光線在反射的過程中增加了鏡面這一環節。

5.3 曝光方式

LED的曝光方式主要有三種，第一種是單側曝光，方式簡單，但是很容易在被測物上造成陰影;第二種是對側曝光，該方式可以解決陰影產生的問題，但是如果出現外包裝紋理與光線平行的情況，圖像的清晰度會降低;第三種是四面曝光，也就是本次設計所采用的方式，它可以完美避免上述問題的出現。

6 結語

機器視覺技術是一種新型的檢測技術，本實驗中通過三組對照實驗，即分別用彩色攝像機+白色光源、黑白相機+藍色光源、工業紅外攝像機+紅外光源三種方式對包裝盒進行了檢測分析，實驗結果證明，如果需要檢測包裝盒的透明紙折痕，則通過工業紅外攝像機+紅外光源方式可以得到更清晰的數據，如果實驗條件也有限，也可以通過黑白相機+藍色光源進行檢測，但是其數據清晰度會有所降低，同時在進行機器視覺技術檢測時，需要特別注意光源的干擾情況，可以盡量選擇面積較大的實驗室進行實驗以避免光源影響，同時確保數據信息的準確性。

參考文獻：

[1]鄒鵬飛.機器視覺技術以及其在機械制造自動化中的有效運用分析[J].科學技術創新，2020（17）：50-51.

[2]張慧敏，薛琛，郭興召，黃程.基于機器視覺的線束末端包覆質量檢測系統研究[J].包裝工程，2020，41（13）：237-242.

[3]李敏，周先飛，夏躍武，甘露.基于機器視覺的汽車儀表檢測教學系統設計[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2020，22（02）：80-82+117.

[4]金懷國，夏荒生，曾雄偉.基于機器視覺技術的雪茄煙質量檢測裝置設計[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2020，19（04）：7-11.