基于VisionPro 的啤酒蓋缺陷檢測系統開發

孟銀娜，張云鵬

（河南機電職業學院智能工程學院，河南鄭州 450000）

0 引言

缺陷檢測通常是指對物品表面缺陷的檢測，表面缺陷檢測系統采用了先進的機器視覺檢測技術，對工件表面的斑點、凹坑、劃痕、色差、缺損等缺陷進行檢測[1]。啤酒瓶蓋表面缺陷種類繁多，其中出現最多的缺陷主要是字符缺失、多漆和劃痕等，目前針對啤酒酒瓶蓋表面印刷缺陷的檢測主要依靠人工篩選，容易造成視覺疲勞且檢測效率較低、對細微缺陷的檢出率低[2]。傳統的人工檢測已經無法滿足現行市場的需求，因此，以瓶蓋檢測機為代表的機器視覺作為新興的檢測方式已經逐漸代替人工。基于機器視覺的瓶蓋表面不良無損檢測方式，可有效檢測出缺陷，也可提高生產率。

1 系統軟件設計

本文設計的啤酒瓶蓋缺陷檢測系統是基于康耐視VisionPro 機器視覺工具，在Visual Basic 圖形化編程環境上進行二次開發實現的。VisionPro 是基于PC架構的新技術，功能靈活、強大，主要應用于各種復雜的機器視覺領域[1]。它集成了用于定位、檢測、識別、測量和通信等任務的工具庫，還提供了對VB.NET、C#、VC++的支持。通過上述高級語言調用VisionPro 控件，能夠方便、靈活地開發出視覺應用程序。本文基于VisionPro 的工具庫和ToolBlock 高級腳本，進行視覺檢測系統的軟件開發。軟件總體設計如圖1 所示。

圖1 軟件總體設計

1.1 圖像獲取和預處理

CogAcqFifoTool 用于圖像的加載[3]，可以加載預先保存好的圖像，也可以連接相機實時采集圖像，實時處理。為了測試系統穩定性，本系統采用包含啤酒瓶蓋印刷板表面字符缺失、多漆缺陷和劃痕缺陷的圖庫進行測試。因為在VisionPro中有些工具不能處理彩色圖像，所以必須將圖像轉換為8位灰度圖像才能正常工作。采用CogImageConvertTool工具進行圖像格式轉換，將16 位彩色圖像轉換為8 位灰度圖像。

1.2 缺陷識別與顯示

CogHistogramTool 工具能對整張圖像或圖像中某一區域的像素分布情況進行統計分析，除了能夠生成灰度直方圖外，還能夠統計圖像的像素總數、平均灰度值、像素中值、出現概率最大的像素值、最大或最小像素值和像素的標準值等信息。利用灰度直方圖，可以為圖像二值化分割提供閾值參考，左側的峰值代表物體的灰度值，右側的峰值代表背景的灰度值，兩峰值的中間像素值可以很好地將物體和背景分割開。

啤酒瓶蓋缺陷定位的思路是選擇一組瓶蓋樣品，用CogHistogramTool 工具對樣品的圖像進行統計分析，不同的樣品會有不同的灰度直方圖和像素統計結果。經過比對分析，合格品的平均值小于170，瑕疵品的平均值大于170，由此得出170 就是合格品和瑕疵品的分界線（圖2、圖3）。

圖2 統計信息（瑕疵品）

圖3 統計信息（合格品）

CogToolBlock 工具可以根據功能來組織視覺工具，創建重復利用的模塊，為復雜的視覺邏輯任務提供簡單的接口。同時提供了一項非常重要的功能——能夠在其中編寫腳本程序。其有4 種腳本可以選擇，分別是C#低級腳本、C#高級腳本、VB.NET 低級腳本、VB.NET 高級腳本。本系統利用CogHistogramTool 工具平均值的結果作為輸入接口，把判斷結果作為輸出接口，輸入接口的數據類型選擇INT，輸出接口的數據類型選擇String，編寫C#簡單腳本來完成合格品或瑕疵品的判斷（圖4）。

圖4 C#簡單腳本

CogCreateGraphicLabelTool 工具用于信息顯示，本系統把文字顯示自連接到原圖，將CogToolBlock 的res與文本顯示的text 類型連接，選擇器類型修改為text，適當字體顏色以及文字的顯示位置。

2 生成操作界面

VisionPro 的4 種開發模式[4]是Quickbuild 視覺+向導生成的操作界面、Quickbuild 視覺+修改的操作界面（使用QuickBuild 互動開發視覺、輸入和輸出和工作控件，使用應用程序向導生成操作界面（VB 或C#），使用Visual Studio 定制生成的操作界面）、Quickbuild視覺+自定義的操作界面（使用QuickBuild 互動開發視覺、輸入和輸出和工作控件，使用Visual Studio 定制生成的操作界面）、自定義應用程序（使用VisionPro API 并利用Visual Studio 開發自定義應用程序）。本系統選擇Quickbuild 視覺+向導生成的操作界面。利用VisionPro 的ApplicationWizard 功能進行配置，應用程序命名為啤酒瓶蓋檢測應用程序（圖5）。

圖5 應用程序命名

對CogHistogramTool 工具中的Results.mean 等需要顯示在操作界面的參數進行相應配置（圖6）。

圖6 配置顯示參數

3 測試結果

雙擊打開生成的啤酒瓶蓋檢測軟件，測試畫面如圖7 所示。單擊“單次運行”按鈕，在界面的左上角能看到產品是否合格，單擊“持續運行”，系統即可連續檢測瓶蓋的缺陷情況，從而判斷瓶蓋是否滿足合格品的條件。

圖7 測試畫面

4 結束語

啤酒酒瓶蓋制作表面圖案時，因為印刷板損壞和印刷工藝等問題，會出現字符缺失、多漆和劃痕等缺陷，影響瓶蓋的美觀。本文基于VisionPro 軟件的機器視覺檢測方法，研發一種非接觸式的瓶蓋表面缺陷檢測自動檢測系統，實現了啤酒瓶蓋表面缺陷的簡單、快速、準確檢測。目前該系統僅能檢測啤酒瓶蓋的平面缺陷，對其他類型啤酒瓶蓋的缺陷檢測還需進一步研究。