专利名称：一种直线式异形瓶装溶液自动检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于工业机器视觉检测领域，涉及一种瓶装液体生产、灌装线上的自动 检测装置，特别涉及一种直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其适用于饮料和医药等自 动化生产线的在线检测。
背景技术：
我国是一个酒类、医药、饮料等瓶装产品的生产与消费大国。近年来，随着消费 水平的提高和相关法律、法规的完善，在这些行业中，产品质量变得越来越重要。
由于生产工艺以及封装技术等的原因，瓶装溶液产品中可能含有玻璃碎屑、橡皮 屑、纤维、黑渣、头发丝等杂质。这些杂质对人体所造成的危害非常大，如果混在酒 或者饮料中被人饮用，可能引起咽喉、食道和胃部不适，引起消化道疾病，甚至一些 有害物质可能被吸收进入人体引起中毒；如果混同药液注入人体血液后，轻则可能导 致循环障碍，组织缺氧，供血不足，从而引起静脉炎、血栓、中风、水肿等疾病，重 则导致血管堵塞、破裂，内脏受损，甚至危及生命。所以，检测环节是生产过程中的 一个重要部分，是控制产品质量的关键环节。
然而，通常这种带有高度重复性的工作只能靠人工检测来完成，在一些工厂的现 代化流水线后面我们经常可以看到数以百计甚至逾千的检测工人在暗房的检测车间 来执行这道工序，在给工厂增加巨大的人工成本和管理成本的同时，工人劳动强度大， 工作环境较差，生产效率与检测准确率仍然得不到保证。特别是随着酒类、医药、饮 料等行业越来越注重产品的个性化包装，各式各样的异形瓶(非规则的圆形瓶)大量 使用，丰富了市场，同时也给检测环节提出了更高的要求。
为了解决这一瓶颈问题，目前的国际趋势是采用基于机器视觉的检测系统，运用图 像处理、分析及识别技术对溶液产品进行在线自动化检测，而基本是针对规则的圆形瓶， 对异形瓶装溶液至今没有很好的检测设备出现。
实用新型内容
本实用新型要解决技术问题是针对现有异形瓶溶液检测中存在的人工检测效率 低、速度慢、精度低、漏检率高、检测人员容易疲劳等问题，提供一种直线式异形瓶装 溶液自动检测装置。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为
一种直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其特征在于，包括导入传送带、导入星 轮、转向星轮、检测链轮、摄像机、图像处理设备、用于异形瓶翻转的翻转装置、拨叉、 导出星轮、正品导出传送带、次品导出传送带和主控制器；
所述导入星轮、转向星轮、检测链轮和导出星轮上装有用于抓持异形瓶的机械手; 所述的导入传送带、导入星轮、转向星轮、检测链轮的一端依次连接，可将异形瓶由传 送带传送至检测链轮上；
检测链轮的另一端与正品传送带连接，同时通过导出星轮与次品传送带连接；在 导向星轮与正品传送带之间设置有用于异形瓶分流的拨叉，拨叉的驱动装置与主控制器 连接；
在检测链轮的中部设置有检测工位以及与该检测工位对应的背光光源，该检测工 位的对应位置设置有所述的摄像机，所述的摄像机与图像处理设备连接；图像处理设备 连接主控制器；
翻转装置设置在所述的检测工位上，并且当异形瓶进入检测工位后，该翻转装置 与所述的检测链轮上的机械手(即翻转机械手)配合连接；所述的检测链轮上的机械手 (即翻转机械手)上设有用于加持异形瓶的夹手；所述的检测工位、背光光源、摄像机 和翻转装置构成一套检测单元。
所述的直线式异形瓶装溶液自动检测装置还包括设置在所述的检测工位的入口位 置用于检测异形瓶位置状态的光电传感器，所述的光电传感器与主控制器连接。
所述的翻转装置为包括气缸、推杆、齿条、翻转齿轮和转轴；推杆一端连接有 齿条，另一端与气缸连接；当异形瓶进入检测工位后，夹手与转轴连接，转轴固定在翻 转齿轮内，翻转齿轮和齿条传动连接。
所述的夹手包括左夹手、右夹手、两端分别固定在左夹手和右夹手上的弹簧和夹 手保护器；左夹手和右夹手可以绕各自的转动轴转动，并通过齿轮啮合；夹手保护器固 定在所述的转动轴上。作为改进，所述的检测单元为2 6套。 本实用新型所具有的有益效果有
与现有技术相比，本实用新型的有益效果具体体现在-
(1) 本实用新型结构简单、自动化程度高，通过机械手轮盘式的衔接机构设计， 被检测产品能平稳传送，不需要安装固定导轨，灵活性和实用性更广。
(2) 本实用新型采用间歇式传输方式(与连续式相对，是一停一动的模式)，与连 续式相比，获取的序列图像更加稳定，瓶体、图像采集装置和光源之间没有相对位移， 不需要在图像上再进行定位，从而检测精度和设备性能更稳定可靠。
(3) 本实用新型仅需要一个检测工位，打破了根据杂质种类分为深色杂质和浅色 杂质而采用两个检测工位的传统溶液检测方法，本实用新型根据该种异形瓶的特性设 计的一个检测工位， 一次能完成玻璃碎屑、橡皮屑、纤维、黑渣、头发丝等所有类型 的杂质检测，提高了检测速度，简化了装置。
(4) 本实用新型采用翻转机械手夹持瓶体，以瓶口为圆心翻转180度后静止，使 可能存在的较重的玻璃屑等从上往下落，而略轻的杂质随瓶内的溶液运动而无规则运 动，摄像机获取序列图像后，利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异 性区分瓶身干扰与液体内部杂质，克服了瓶身干扰所带来的影响，从而正确判断产品 是否合格。
(5) 本实用新型的翻转区、检测区和次品分拣区域均有光电传感器，如若检测到 生产线上没有被检测产品，则该区域装置自动停止工作，节省了能源。
(6) 本实用新型对生产线的上、下生产环节能很好的衔接，能在线高速检测，无 需人手工搬运，实现了安全洁净生产，更能与其它自动化设备配合，构建自动化生产 流水线，实现生产现场的无人化，杜绝了因工作人员的介入可能带来的对产品质量的 影响。
图1为本实用新型装置的总体结构图(俯视)
图2为本实用新型装置的滑动导轨和转轴示意图(俯视)
图3为翻转机构结构图图4为机械夹具结构图
图5为本实用新型工作流程图
图6为检测星轮上瓶体翻转示意图
图7为控制系统结构图
图中标号说明
1、旋转绞轮2、导入传送带3、异形瓶
4、检测机柜5、导入星轮6、转向星轮
7、左驱动轮8、滑动导轨9、光源
10、检测链轮11、右驱动轮12、导出星轮
13、挡板14、次品传送带15、正品传送带
16、拨叉17、翻转机械手18、转轴
19、光学镜头20、 CCD摄像机21、光电传感器
22、翻转齿轮23、夹手24、齿条
25、夹具26、推杆27、气缸
28、弹簧29、左夹手30、夹手保护器
31、右夹手
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
实施例1 :
如图1所示，本实用新型装置的主体部分位于一个封闭隔光的检测机柜4内。本实用新
型装置主要包括三大部分输入部分，检测部分和输出部分。输入部分主要包括旋转绞
轮l、导入传送带2、导入星轮5和转向星轮6，导入传送带2与导入星轮5连接，把 被检测产品导入检测机柜4，旋转绞轮1装在检测机柜4内的导入传送带2上，转向星 轮6的一端与导入星轮2连接，另一端接检测部分的检测链轮IO，导入星轮5、转向星 轮6和检测链轮10之间外切。检测部分主要包括检测链轮10、左驱动轮ll、右驱动轮 11、 CCD摄像机20、光学镜头19、光源9、翻转机械手17、滑动导轨8、转轴18和光 电传感器21，检测链轮10上有按照一定间隔设置的一圈完全相同的翻转机械手17， CCD摄像机20上安装光学镜头19，摄像机20、镜头19和光源9安装在检测工位。左
6驱动轮7和右驱动轮11带动检测链轮10及其上的翻转机械手17按设定的速度运转， 检测链轮10—端与转向星轮6连接，另一端与次品分拣机构相连，检测链轮10上的翻 转机械手17沿滑动轨道8运转。输出部分主要包括导出星轮12、拨叉16、挡板13、 正品传送带15和次品传送带14。其中，拨叉16安装在导出星轮12和检测链轮10之 间，正品传送带15与检测链轮10相连，导出星轮12—端与检测链轮10相连，另一端 连接次品传送带14，挡板13安装在导出星轮12旁，正品传送带15和次品传送带14 把产品传送出检测机柜4。
下面结合图2、图3和图4对翻转机械手17做进一步说明。翻转机械手17安装在 检测链轮10上的形状如跑道圆的滑动导轨8上，在两个翻转工位和检测工位上，滑动 导轨8由转轴18代替，气缸27通过推杆26与齿条24相连，齿条24与翻转齿轮22啮 合，转轴18与翻转齿轮22固定连接。翻转机械手17按一定间距安装在滑动导轨8和 转轴18上，并在滑动导轨8和转轴18跑道圆周上间隙式的运转，翻转机械手17由夹 手23和夹具25组成，夹手23包括弹簧28、左夹手29、夹手保护器30和右夹手31， 左夹手29和右夹手31可张开把异形瓶3平稳夹持。当接收到翻转指令后，气缸27通 过推杆26推动齿条24运动，齿条24带动翻转齿轮22旋转，从而使转轴18和在转轴 18上的翻转机械手17翻转180度。
翻转机械手17由夹手23和夹具25组成。翻转机械手17在翻转的时候，是在转轴 18上，而转轴18和翻转齿轮22连接，气缸27、推杆26和齿条24固定，且只有一套 固定在那，不像翻转机械手17那样有一圈。当翻转的时候，气缸27由推杆26带动齿 条24运转，从而使翻转齿轮22旋转，转轴18也跟着旋转，从而带动翻转机械手17翻 转。另外，只有在检测工位的时候才使异形瓶翻转。
工作原理在一个直线式检测链轮上，旋转机械手抓取异形瓶嘴，由气缸带动旋 转机械手按照特定的速度使瓶体以瓶口为圆心翻转180度后静止(翻转过程后面有详细 说明)，使可能存在的较重的杂质(玻屑等)从瓶底部分往瓶口部分下落，而略轻的杂质随 瓶内的溶液运动而做无规则运动，采用背部LED光源照射，根据该种异形瓶瓶体对杂 质的放大特性，玻璃碎屑、橡皮屑、纤维、黑渣、头发丝等所有类型的杂质均能清晰成 像，摄像机获取当前瓶体的序列图像，利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上 的差异性区分瓶壁干扰与溶液中的杂质，克服了瓶壁干扰所带来的影响，从而正确判断 产品是否合格。最后由拨叉的运转，通过导出星轮把不合格产品分离出生产线。如图5所示，本实用新型的详细具体检测过程为
(1) 伺服电机、伺服驱动器和摄像机等通电，设备自检并初始化，启动计算机，进 入检测程序界面，设置需要相关参数后，传送带和各轮盘间歇式运转，即每运行一个检 测工位的距离后停顿时间t。
(2) 灌装后的异形瓶通过导入传送带进入检测机柜，导入星轮把导入传送带上的异 形瓶送入转向星轮，转向星轮把异形瓶送入检测链轮的一端。
(3) 进入翻转区域a时，触发光电传感器，检测链轮上的旋转机械手抓取从转向星 轮上传送过来的异形瓶嘴部分，由气缸推动推杆，从而使翻转机械手以瓶嘴部分为圆心 翻转180度，使产品倒立。
(4) 当异形瓶进入检测区域后，触发该位置的光电传感器，通过背光LED照射，图 像采集装置获取其序列图像，利用序列图像中运动与静止对象在时间和空间上的差异性 区分瓶身干扰与液体内部异物，克服了瓶身干扰所带来的影响，判断瓶内是否含有玻璃 碎屑、橡皮屑、纤维、黑渣、头发丝等杂质。
(5) 瓶体离开检测工位后，进入翻转区域b,旋转机械手及其抓取的被检测瓶由气 缸推动以瓶嘴部分为圆心翻转180度，使倒立的产品正放。
(6) 被检测瓶进入次品分离区域时，触发光电传感器，伺服电机控制拨叉的运转， 把不合格产品和合格产品分离
(7) 不合格产品经导出星轮进入不合格品传送带，合格品通过合格品传送带进入生 产线的下一环节。
下面对检测工位上翻转机械手的翻转过程和图像获取做进一步详细说明假设检 测工位上每次同时检测2瓶，则某一时刻翻转区域a和翻转区域b均有2个翻转机械手， 设该时刻如图6所示。此时，瓶l和瓶2位于翻转工位a，瓶3和瓶4位于检测工位， 瓶5和瓶6位于翻转工位b，该时刻，机械手夹持瓶l和瓶2正准备以瓶口为圆心翻转， 瓶体将被倒立；由于瓶3和瓶4上一步的翻转动作，瓶内可能存在的较重的杂质(玻屑 等)从瓶底部分往瓶口部分下落，而略轻的杂质随瓶内的溶液运动而做无规则运动，此 时，两个摄像机分别获取了瓶3和瓶4序列图像；瓶5和瓶6已经使瓶体由倒立向正放 翻转完毕。由于传送带间歇式运转，每次运转一个检测工位的距离，即该实例中的两瓶 的距离，停顿时间t，下一步来临时，夹持瓶1和瓶2的翻转机械手向上翻转(图6中所 示的顺时钟方向翻转)，并同时往检测工位运动；瓶3和瓶4将离开检测工位，往翻转
8工位b运动，并且夹持瓶3和瓶4的翻转机械手向下翻转(图6中所示的逆时针方向翻 转)；瓶5和瓶6将离开翻转工位b，前往导出星轮。如此反复，本实用新型装置便可以 获取每一瓶产品的序列图像。
控制系统结构本实用新型装置是集光、机、电、计算机、数字图像处理和机械 传动等技术为一体的综合性高科技设备。其机械、电控、视觉检测部分必须互相协调工 作，共同构成一个有机的整体。系统采用基于PC和PLC的电气控制结构，如图7所示。 其中，工控计算机负责运行检测软件对产品图像进行分析、处理及判断等高层操作；PLC 负责电气部分的底层控制，包括控制电机运转、接收触发相机拍照和机械手翻转的光电 传感器(光电传感器的作用是检测当前位置是否有被测的异形瓶，如果没有，则输出信 号给控制单元使得生产线停止运行，以节省能源)信号和伺服驱动器的反馈信号等；检 测工位的摄像机为系统获取产品图像并传输给图像采集卡。工控计算机通过PCI总线访 问图像采集卡，并运行检测软件判断产品为合格/不合格，然后与PLC进行通信，PLC 控制底层系统反应动作。不合格产品剔出装置采用光电传感器作为流水线上产品的计数 和定位，完成次品分拣工作。从而实现整个装置的功能。
权利要求1、一种直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其特征在于，包括导入传送带、导入星轮、转向星轮、检测链轮、摄像机、图像处理设备、用于异形瓶翻转的翻转装置、拨叉、导出星轮、正品导出传送带、次品导出传送带和主控制器；所述导入星轮、转向星轮、检测链轮和导出星轮上装有用于抓持异形瓶的机械手；所述的导入传送带、导入星轮、转向星轮、检测链轮的一端依次连接，可将异形瓶由传送带传送至检测链轮上；检测链轮的另一端与正品传送带连接，同时通过导出星轮与次品传送带连接；在导向星轮与正品传送带之间设置有用于异形瓶分流的拨叉，拨叉的驱动装置与主控制器连接；在检测链轮的中部设置有检测工位以及与该检测工位对应的背光光源，该检测工位的对应位置设置有所述的摄像机，所述的摄像机与图像处理设备连接；图像处理设备连接主控制器；翻转装置设置在所述的检测工位上，并且当异形瓶进入检测工位后，该翻转装置与所述的检测链轮上的机械手配合连接；所述的检测链轮上的机械手上设有用于加持异形瓶的夹手；所述的检测工位、背光光源、摄像机和翻转装置构成一套检测单元。
2、 根据权利要求1所述的直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其特征在于，还包括设置在所述的检测工位的入口位置用于检测异形瓶位置状态的光电传感器，所述的光电传感器与主控制器连接。
3、 根据权利要求1或2所述的直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其特征在于，所述的翻转装置为包括气缸、推杆、齿条、翻转齿轮和转轴；推杆一端连接有齿条，另一端与气缸连接；当异形瓶进入检测工位后，夹手与转轴连接，转轴固定在翻转齿轮内，翻转齿轮和齿条传动连接。
4、 根据权利要求3所述的直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其特征在于，所述的夹手包括左夹手、右夹手、两端分别固定在左夹手和右夹手上的弹簧和夹手保护器；左夹手和右夹手可以绕各自的转动轴转动，并通过齿轮啮合；夹手保护器固定在所述的转动轴上。
5、 根据权利要求1或4所述的直线式异形瓶装溶液自动检测装置，其特征在于，所述的检测单元为2 6套。
专利摘要本实用新型提供了一种直线式异形瓶装溶液自动检测装置，包括异形瓶送入机构、检测机构和分离机构。具体包括导入传送带、导入星轮、转向星轮、检测链轮、摄像机、图像处理设备、用于异形瓶翻转的翻转装置、拨叉、导出星轮、正品导出传送带、次品导出传送带和主控制器；异形瓶通过送入机构送入到检测机构中，由摄像机获取异形瓶在倒置状态下的图形，并将图像送入图像处理设备判断该瓶药液是否合格，分类机构根据判断结果将不合格的异形瓶分离。该装置自动化程度高、检测准确率高。
文档编号G01N21/90GK201322727SQ20082015937
公开日2009年10月7日 申请日期2008年11月25日 优先权日2008年11月25日
发明者成 何, 刘良江, 周博文, 辉 张, 麟 曹, 朱惠峰, 王耀南, 虹 秦, 倢 章, 肖方良, 继 葛 申请人:湖南大学