一种具备透明液位检测功能的灌装装置及其使用方法与流程

本发明属于灌装设备技术领域，涉及一种具备透明液位检测功能的灌装装置，本发明还涉及上述灌装装置的使用方法。

背景技术：

灌装设备在化工、食品、包装、医药等诸多行业广泛应用，灌装设备的作用是将液态产品注入到容器中，灌装过程中需要同时控制灌装的液体量，随着近年来制造行业的装备升级与信息化水平提升，企业对于灌装装备也提出了高精度、高效率、智能化等新需求。

由于灌装设备的机械系统和控制系统在运行过程中通常存在一定的误差，因此即使在同一台灌装设备进行生产，其产品的剂量通常也会存在一定的差异，对于价值较高的产品而言，会给客户带来一定的损失，特别是对于药品、化妆品等昂贵的溶剂而言，灌装量的偏差会对产品实际应用效果带来不良效果，精确控制其灌装量是相关设备亟待解决的重要问题。

灌装产品的种类繁多，灌装液体分为有色和透明。相对于有色液体而言，透明的液体灌装检测难度更大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具备透明液位检测功能的灌装装置，该装置可实现透明液体的灌装工作，且具备液位自动检测装置。

本发明还提供一种具备透明液位检测功能的灌装装置的使用方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种具备透明液位检测功能的灌装装置，包括机架，机架上沿水平方向设有传送带，传送带上方设有灌装机构，传送带的运行方向端部设有液位检测机构。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

机架上设有外壳，外壳位于传送带上方，用于对灌装机构进行保护。

灌装机构包括主进料管，主进料管下方设有若干分进料管，每个分进料管上设有分进料阀，每个分进料管的上端与主进料管连通，每个分进料管的下端连接灌装管道的上端，灌装管道的下端连接灌装接头，灌装接头上连接有灌装嘴，灌装嘴的嘴头朝下设置。

分进料管与灌装管道的连接处设有计量泵。

传送带一侧的两端分别沿竖直方向设有升降导轨，升降导轨上配合设有灌装支架，灌装支架可沿升降导轨上下移动，两个灌装支架之间沿水平方向设有滑轨，滑轨上设有若干导轨滑块，导轨滑块与灌装接头的数量相同，每个导轨滑块均对应与一个灌装接头连接。

滑轨上设有气缸推块，气缸推块连接在气缸的活塞杆上，气缸通过气缸推块带动滑轨上下运动，从而使灌装支架沿着升降导轨上下运动。

气缸通过气缸安装块安装在外壳上。

本发明所采用的第二种技术方案为，一种具备透明液位检测功能的灌装装置的使用方法，具体包括如下步骤：

步骤1，在传送带上放置若干待灌装容器，当所有待灌装容器均进入外壳内部的传送带区域时，传送带停止运行；

步骤2，将待灌装液体通过主进料管引入，灌装时总进料阀和分进料阀处于打开状态，油墨流入计量泵，计量泵控制每一个工作周期待灌装容器的灌装液体总量；计量泵通过依次灌装管道、灌装接头将液体注入灌装嘴；

步骤3，气缸推动气缸推块下降，从而推动灌装接头、导轨滑块、滑轨、灌装支架、灌装嘴共同下降，下降过程中灌装支架沿着升降导轨运动，灌装嘴插入待灌装容器中；

步骤4，灌装嘴插入待灌装容器后，开始进行灌装，控制计量泵开始工作并进行灌装；灌装完成后，气缸复位，拉动灌装接头、导轨滑块、滑轨、灌装支架共同上升，回到初始位置；

步骤5，灌装嘴复位后，传送带继续工作，将完成灌装的成品输送，灌装完成的容器逐个经过图像采集室，此时，线阵光源和线阵ccd处于工作状态，采集到灌装成品的灰度图像信息，由数据传输线通过以太网接口传输至工业计算机，进行透明液体的液位检测；

步骤6，由于线阵ccd采集到的灰度图像中包含多个成品，输入成品个数k，在水平方向上对灰度图像进行切分，记灰度图像的尺寸大小为m×n，将灰度图像沿水平方向切分为k幅子图像，每一幅子图像称为灌装品独立图像，每幅独立图像大小为m/k×n；

对独立图像进行中值滤波，去除掉背景噪声，得到滤波图像，对滤波图像进行二值化处理，得到二值化图像；利用开运算对二值化图像处理，得到增强图像；

步骤7，计算增强图像中液位线与灌装容器底部之间垂直线的像素点个数，首先计算合格产品的增强图像像素点个数并记为n0；随后将待检测产品增强图像的像素点个数记为n，若满足如下公式(1)所示关系，则判断产品液位检测合格，并在计算机上显示结果；

n∈(n0-5％,n0+5％)(1)。

本发明所采用的第二种技术的特点还在于，

步骤7中可根据灌装后成品标准图像的像素数和灌装容器容量的关系，换算出每个像素对应的容量，实现灌装产品的定量检测，若合格产品容量为l，图像像素点个数为n0，故可按如下公式(2)计算每一个像素对应的容量l：

l＝l/n0(2)；

并按照如下公式(3)计算待检测产品增强图像的容量x，完成待检测产品的定量检测：

x＝l×n(3)。

本发明的有益效果如下：

(1)可实现无色液体在透明容器中的液位检测功能，可以及时发现不合格产品；

(2)可实现无色液体的自动灌装工序且包含多组工位，具有较高生产效率；

(3)利用图像处理技术实现检测，检测精度高，适用于高端产品；

(4)灌装位置可以调节，适用于不同规格的产品灌装；

(5)装置扩展性较好，适用于各类液体产品的灌装生产，可通过传送带与多种设备对接。

附图说明

图1是本发明一种具备透明液位检测功能的灌装装置的结构示意图；

图2是本发明一种具备透明液位检测功能的灌装装置的使用方法的液位检测计算流程图。

图中，1.主进料管，2.总进料阀，3.分进料管，4.分进料阀，5.计量泵，6.灌装管道，7.灌装接头，8.导轨滑块，9.滑轨，10.灌装支架，11.灌装嘴，12.升降导轨，13.外壳，14.传送带，15.传送辊，16.机架，17.气缸安装块，18.气缸，19.气缸推块，20.线阵光源，21.图像采集室，22.线阵ccd，23.数据传输线，24.工业计算机，25.灰度图像，26.独立图像，27.滤波图像，28.二值化图像，29.增强图像。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种具备透明液位检测功能的灌装装置，如图1所示，包括：主进料管1、总进料阀2、分进料管3、分进料阀4、计量泵5、灌装管道6、灌装接头7、导轨滑块8、滑轨9、灌装支架10、灌装嘴11、升降导轨12、外壳13、传送带14、传送辊15、机架16、气缸安装块17、气缸18、气缸推块19、线阵光源20、图像采集室21、线阵ccd22、数据传输线23、工业计算机24、灰度图像25、独立图像26、滤波图像27、二值化图像28、增强图像29。上述各部件相互配合工作，共同实现灌装和液位检测功能；

本发明主要用于无色液体的灌装，其液位检测功能也是围绕无色液体灌装设计的；主进料管1的一端与灌装液体储存单元对接，主进料管1的另一端与总进料阀2对接；总进料阀2连接了主进料管1和分进料管3，分进料管3中间装有分进料阀4，分进料管3的终端安装有计量泵5；灌装管道6是具有可伸缩性和柔性的管道，灌装管道6连接计量泵5出口与灌装接头7；灌装接头7与导轨滑块8固定安装在一起，导轨滑块8包含两个孔，对应穿过两根滑轨9；滑轨9安装在灌装支架10上，灌装支架10中心有圆孔并穿过升降导轨12，灌装支架10通过升降运动带动滑轨9及其上面安装导轨滑块8运动，滑轨9通过气缸推块19与气缸18连接，气缸18底部通过气缸安装块17固定在外壳13上，气缸18的伸缩端通过气缸推块19与滑轨9固定，气缸推块19上有两个孔使其穿过滑轨9；外壳13将多个零部件罩住，包含主进料管1、总进料阀2、分进料管3、分进料阀4、计量泵5、灌装管道6、灌装接头7、导轨滑块8、滑轨9、灌装支架10、灌装嘴11、升降导轨12、传送带14、传送辊15、气缸安装块17、气缸18、气缸推块19；外壳13一侧与图像采集室21对接固定安装，图像采集室21外部安装有线阵光源20、线阵ccd22，线阵ccd22通过数据传输线23与工业计算机24实现连接；外壳13、图像采集室21、升降导轨12、传送辊15都固定在机架16上；

灌装管路系统由主进料管1、总进料阀2、分进料管3、分进料阀4、计量泵5、灌装管道6、灌装接头7、灌装嘴11共同组成，灌装液体从主进料管1进入装置，从灌装嘴11被注入灌装容器内；其中分进料阀4安装在分进料管3中间部分，灌装接头7包含进口和出口，灌装接头7的进口与灌装管道6连接，灌装接头7的出口与灌装嘴11对接；分进料管3、分进料阀4、计量泵5、灌装管道6、灌装接头7、导轨滑块8、灌装嘴11部件各自的个数相等且组成一套，每一套上述零件对应实现一件产品的灌装功能，因此上述零件的套数代表本发明装置最多可同时灌装产品的件数，本发明上述零件的套数为5-8；主进料管1、总进料阀2、分进料管3、分进料阀4、计量泵5的位置相对机架16固定，灌装管道6、灌装接头7、灌装嘴11的位置可以随着导轨滑块8沿滑轨9的方向进行调整，灌装接头7随着导轨滑块8一同在滑轨9上滑动；

传送带14在传送辊15带动下实现运动，传送带14将放置于其上的物体传送通过外壳13和图像采集室21，传送带14两端具备与其他传送带对接的功能，构成各类生产线，传送辊15的速度可以调节；

图像采集室21是一个包含3个平面的舱室，灌装成品会随传送带14穿过21，工业计算机24安装在图像采集室21的上方空间区域；线阵光源20有两个，在两个线阵光源20之间安装线阵ccd22，两个线阵光源20与线阵ccd22的距离相等且相互平行安装，线阵光源20和线阵ccd22相互配合使用；图像采集室21安装线阵光源20和线阵ccd22的平面是透明的亚克力材质且具有一定的厚度，与其平行的平面不透光；线阵ccd22通过以太网接口与工业计算机24连接通信，工业计算机24实现液位检测的计算。

参照图1和图2，本发明一种具备透明液位检测功能的灌装装置的使用方法，具体包括如下步骤：

(1)通过人工或机械自动化的方式，在传送带14上面放置待灌装容器，装置开始工作时，传送带14运行，从图1左侧进入外壳13，容器一个挨着一个，即相互之间贴合放置，设定好距离，当6个容器进入外壳13后，传送带停止工作；

(2)将待灌装液体通过主进料管1引入，灌装时总进料阀2和分进料阀4处于打开状态，油墨流入计量泵5，计量泵5控制每一个工作周期灌装的液体总量；计量泵5可以通过灌装管道6、灌装接头7将液体注入灌装嘴11；

(3)气缸18推动气缸推块19下降，从而推动灌装接头7、导轨滑块8、滑轨9、灌装支架10、灌装嘴11共同下降，下降过程中灌装支架10沿着升降导轨12运动，保证上述部件平稳升降，灌装嘴11插入待灌装容器中；当6个容器进入外壳13内的传送带14上后，需要调整灌装接头7的位置，以保证6个灌装嘴11正对着6个容器瓶口中心位置，调节只需要在滑轨9上移动灌装接头即可，对于同一批次产品而言，只需要调整一次就可以连续生产；本装置可以适合不同规格的产品灌装，只需要调整灌装接头7即可，本装置示意图有6个灌装嘴，因此一次只能灌装6个容器，改变灌装嘴的个数只是相当于改变了本发明的体积，其原理相同，仍属于本发明使用方法范畴；

(4)灌装嘴11插入待灌装容器后，开始进行灌装，控制计量泵5开始工作并进行灌装，通过计量泵5可以调节灌装量；灌装完成后，气缸18复位，拉动灌装接头7、导轨滑块8、滑轨9、灌装支架10等部件共同上升，回到步骤(1)中的位置；

(5)灌装嘴11复位后，传送带14继续工作，将完成灌装的成品输送，并逐个经过图像采集室21，此时，线阵光源20和线阵ccd(线阵相机)22处于工作状态，采集到灌装成品的灰度图像信息，由数据传输线23通过以太网接口传输至工业计算机24，进行透明液体的液位检测功能；

(6)由于线阵ccd22采集到的灰度图像25中包含了多个成品，输入成品个数k，在水平方向上对灰度图像25进行切分，记灰度图像25的尺寸大小为m×n(其中m代表水平方向像素个数，n代表垂直方向像素个数)，将灰度图像25沿水平方向切分为k幅子图像，每一幅子图像称为灌装品独立图像26，每幅独立图像大小为m/k×n(其中m/k代表水平方向像素个数，n代表垂直方向像素个数)；

对独立图像26进行中值滤波，去除掉背景噪声，由于本发明在图像采集室21中进行采集，光源和背景较为清晰，图像采集效果稳定性好，因此中值滤波即可达到要求；对滤波图像27进行二值化处理，二值化目的是保留灌装成品的液位线和容器壁信息，主要关注液位线，得到二值化图像28；二值化图像28应该包含液位二值化后的结果，设定二值化阈值110～146之间，利用开运算对二值化图像28处理，开运算完成后，液位线信息更为清晰，得到增强图像29；

进行开运算时，包含腐蚀和膨胀两步，本发明在开运算中，连续腐蚀3-4次后，连续膨胀3-4次，得到增强图像29；

(7)计算增强图像29中液位线与灌装容器底部之间垂直线的像素点个数，首先计算合格产品的增强图像像素点个数,并记为n0；随后将待检测产品增强图像29的像素点个数记为n，若满足以下关系，则判断产品液位检测合格，并在计算机上显示结果；

n∈(n0-5％,n0+5％)(1)；

也可根据标准图像的像素数和容量的关系，换算出每个像素对应的容量，实现灌装产品的定量检测，若合格产品容量为l，像素点个数为n0，故可按下式计算每一个像素对应的容量l：

l＝l/n0(2)；

并按照下式，计算待检测产品增强图像的容量x，已完成待检测产品的定量检测。

x＝l×n(3)。