一种透明容器口部裂纹检测系统及方法与流程

本发明涉及机器视觉自动化检测技术领域，尤其涉及一种透明容器口部裂纹检测系统及方法。

背景技术：

目前，量产的玻璃容器普遍采用模具成型的方式加工。这些容器在模具内成型过程中将会产生各种缺陷，例如裂纹、结石、瓶内搭丝等。其中裂纹是出现频率最高且最难以检测的一种缺陷类型，根据其发生的位置又可分为口部裂纹、颈部裂纹、瓶身裂纹、瓶底裂纹等。

其中口部裂纹最为容易造成灌装泄漏的产生，同时对于消费者人身安全造成隐患。所以对于口部裂纹的检测需求一般比较高，特别是用于灌装内压较大的容器，如啤酒、碳酸饮料等包装瓶，其对于口部裂纹是不能容许的。

但是，与此形成显著矛盾的是，以目前的国内外玻璃容器自动化检测设备水平来看，瓶身裂纹和瓶底裂纹较为容易实现，但口部裂纹和颈部裂纹检测水平较低。对于口部裂纹的检测方法，从早期欧洲一些较为资深的玻璃容器检测设备厂商进口的设备到近些年国内诸多品牌的仿制品，基本遵循的原理是相同的，即采用激光的方法实现。在瓶口颈区域周围环绕多个点射激光发射器和接收器，通过容器旋转过程中各接收器是否收到发射器的信号来判断该容器是否存在炸裂缺陷。该方法具有以下三个严重的缺陷：

(1)检测效率低下。目前国内玻璃瓶生产线为了能够使用该设备，不得不将每条生产线后端的包装线部分分为两条线，以匹配该设备的检测速度；

(2)调试困难。该种检测方法不直观，设备调试对经验的要求非常高，不同能力的人所调整的设备检测性能差异显著，无法实现标准化；

(3)检出率低。该种检测方法检出率普遍较低，据不完全统计，其检出率一般在50％左右。越来越不能够满足玻璃瓶生产线的实际需求。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种透明容器口部裂纹检测系统，其检测速度快，检测率高，对透明容器口部裂纹的检出率达到85％以上。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种透明容器口部裂纹检测系统，其包括在透明容器移动方向上设置的至少一个相机光源组和图像处理装置；

所述相机光源组包括设置在透明容器口部外周侧的至少一个光源及拍摄透明容器口部的相机；

所述图像处理装置与所述相机连接，用于接收所述相机采集到的透明容器口部图像，对图像进行处理获得图像信息，并根据所述图像信息判断当前透明容器口部是否存在缺陷。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述光源为多个方形光源或单个环形光源，多个所述方形源沿所述透明容器口部的外周侧依次均匀间隔设置，所述环形光源环绕所述透明容器口部外周侧设置。

进一步，所述透明容器被构造为绕其纵向中心线旋转的结构。

进一步，所述相机设置于透明容器口部的上侧部。

进一步，所述相机光源组还包括设置于透明容器口部上部的至少一个一级反射镜和至少一个二级反射镜，所述一级反射镜用于获取透明容器口部反射的光线，所述二级反射镜用于获取所述一级反射镜反射的光线并反射至所述相机成像。

进一步，所述相机光源组为两个或两个以上，各个所述相机光源组在透明容器的移动方向上间隔分布；

在多个所述相机光源组中，任意一个所述相机光源组中的所述光源、一级反射镜及二级反射镜相对透明容器的位置为以相邻的所述相机光源组中的所述光源、一级反射镜及二级反射镜统一旋转一定角度而成的位置确定，以利用多个所述相机光源组实现多视角成像。

进一步，所述相机设置在透明容器口部的正上方。

本发明还提供一种透明容器口部裂纹检测方法，其包括：

获取相机采集到的透明容器口部图像；

对获得的透明容器口部图像按照口部位置特征进行定位，提取口部口部区域的待检测范围；

对透明容器口部区域进行灰度连通域检测和边缘检测，判断是否存在炸裂纹，并将炸裂纹的数据信息与预设阈值进行比较，检测出具有不可接受的炸裂纹的透明容器。

进一步，还包括检测瓶口固定特征缺陷的步骤，具体包括：

检测具有螺纹口的透明容器口部的螺纹线断开缺陷和/或螺纹线条数是不足缺陷，和/或检测具有下沿棱线的透明容器的口部下沿棱线破损缺陷。

进一步，还包括：利用纵向阴影线匹配的方式识别透明容器合缝线。

进一步，还包括根据图像中的各区域的亮度检测透明容器口部脏污、结石缺陷。

与现有技术相比，本发明提供的透明容器口部裂纹检测系统及方法，其采用相机光源组和图像处理装置实现透明容器口部的口部裂纹的视觉检测，检测速度快，可支持高达72000瓶/小时以上的检测速度，运行速度超过传统检测方法10倍以上；另外，采用该检测系统结合该检测方法，其检测率高，可检测缺陷种类多，其对炸口的检出率为85％以上，严重炸口可全部检出；再者，其还可同时检测横向、纵向炸口，以及脏污、结石、螺纹和瓶沿破损等多种口部缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例二其中一个实施方式提供的透明容器口部裂纹检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二另一个实施方式提供的透明容器口部裂纹检测系统的结构示意图；

图3为本发明实施例二再一个实施方式提供的透明容器口部裂纹检测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二中采用两个相机光源组的透明容器口部裂纹检测系统的结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的透明容器口部裂纹检测方法的流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

①–相机，②-一级反射镜，③-二级反射镜，④-光源，⑤-图像处理装置，⑥-透明容器口部，⑦-滤光膜。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例提供的透明容器口部裂纹检测系统，其包括在透明容器移动方向上设置的至少一个相机光源组和图像处理装置；

所述相机光源组包括设置在透明容器口部外周侧的至少一个光源及拍摄透明容器口部的相机；

所述图像处理装置与所述相机连接，用于接收所述相机采集到的透明容器口部图像，对图像进行处理获得图像信息，并根据所述图像信息判断当前透明容器口部是否存在缺陷。

在其中一个实施方式中，可选用单个光源，将光源设置于透明容器口部的侧部，也可采用多个光源，将多个光源均匀间隔设置在透明容器口部的外周侧，光源的种类可选用方形光源或环形光源，在选用环形光源时，采用一个环形光源，将该环形光源环绕透明容器口部的外周侧设置即可。相机的位置可根据光源的位置以及透明容器的位置确定，可选地，可置于透明容器的上部或侧部，便于通过相机可清晰的观测到透明容器口部在光源侧的区域成像。

在其中一个实施方式中，为避免环境中其他光源对拍摄透明容器图像的影响，还可在该系统中的光源的出光面上设置滤光膜，利用滤光膜可过滤各光源之间相互干扰的杂光，便于拍摄清晰的透明容器图像。

利用图像处理装置对相机采集的图像进行处理，提取图像信息，根据图像信息判断当前检测的透明容器口部的口部是否存在裂纹缺陷和其他可检出的缺陷，并可通过控制装置将检出的不合格透明容器剔除。整个检测过程费用迅速，可支持高达72000瓶/小时以上的检测速度，运行速度超过传统检测方法的10倍以上。

实施例二

本实施例提供了透明容器口部裂纹检测系统的其他实施方式。

该检测系统具体包括在透明容器移动方向上设置的至少一个相机光源组和图像处理装置；

所述相机光源组包括设置在透明容器口部外周侧的至少一个光源及拍摄透明容器口部的相机；

所述图像处理装置与所述相机连接，用于接收所述相机采集到的透明容器口部图像，对图像进行处理获得图像信息，并根据所述图像信息判断当前透明容器口部是否存在缺陷。

在其中一个实施方式中，如图1所示，该相机光源组除包括相机①和光源④之外，还可借助多级反射镜调整相机①的等效观测角度。可选地，可在透明容器口部⑥上部设置至少一个一级反射镜②和至少一个二级反射镜③，该一级反射镜②用于获取透明容器口部⑥反射的光线，该二级反射镜③用于获取所述一级反射镜②反射的光线并反射至所述相机①成像。

其中的一级反射镜②可为多个平面反射镜，多个平面反射镜依次间隔均匀环绕设置于透明容器口部⑥的上部，例如该平面反射镜可为8个、6个或4个等；相应地，所采用的光源④也可为多个方形光源，多个方形光源可沿透明容器口部⑥的外周侧依次均匀间隔设置。优选地，多个平面反射镜所构成的结构的纵向中心线与多个方光源所构成的结构的纵向中心线应位于同一直线上。

该一级反射镜②也可为环形反射镜，相应地，所采用的光源④也可为环形光源，优选地，该环形反射镜与环形光源同轴设置。

为避免环境中其他光源对拍摄透明容器图像的影响，还可在该系统中的光源④的出光面上设置滤光膜，利用滤光膜⑦可过滤各光源之间相互干扰的杂光，便于拍摄清晰的透明容器图像。

在该实施方式中，相机①可置于透明容器口部⑥的上部，光源④可为方形光源或环形光源，如若采用单个方形光源置于透明容器口部⑥的一侧，相机①可清晰观测透明容器口部⑥在该光源④一侧的部分区域的图像，单个视角的透明容器口部可视角度不小于70°。

单个视角对于纵向炸裂纹的可检测角度范围是有限的，以主光轴正视环形容器口位置为0°，则正负小角度范围内的容器口区域由于光线折射角度过小，可能无法观测到不太显著的纵向炸裂纹；而正负角度过大后，由于光源尺寸有限和观测视角限制，亦难以进行有效的观测，这样可能带来观测盲区的风险。

为此，可通过以下多个实施方式消除盲区的问题，实现透明容器口部的口部区域的全方位炸口检测。

在其中一个实施方式中，如图2所示，可将透明容器相对相机①旋转，即将透明容器构造为绕其纵向中心线旋转，并将相机①置于透明容器口部⑥的上侧部，将光源④置于透明容器口部⑥的另一侧，对每个透明容器而言，相机①保持不动，透明容器沿自身旋转轴旋转的同时相机连续拍摄，在拍摄同时对图像进行处理，可对透明容器口部⑥的口部区域进行全面观测，提高检出率和检测效果。

在其中一个实施方式中，如图3所示，所采用的光源④可包括8个方形光源，其环绕透明容器口部的外周侧均匀间隔设置，并在方形光源的上方设置有与方形光源一一对应8个一级反射镜②，该一级反射镜②为平面反射镜，该8个一级反射镜②应均匀连续设置，即可将该8个一级反射镜②依次相接设置。可选地，该二级反射镜③可采用八棱锥反射镜，并将二级反射镜③置于该8个一级反射镜②所构成结构的中心线上，也即是，8个一级反射镜②所组成的结构的中心线、8个方形光源所组成的结构的中心线与一级反射镜②、二级反射镜③的中心线应为同一直线；并将相机置于该中心线的延长线上，高于二级反射镜③的位置设置。利用本实施方式提供的光路布置，可采用一个相机同时对透明容器口部的多个视角同时成像观测，实现各视角盲区相互弥补，可全面观测透明容器口部的区域图像。

在另一实施方式中，还可采用两个或两个以上的相机光源组实现多视角观测透明容器口部的区域图像。多个相机光源组可在透明容器的移动方向上间隔分布，在多个所述相机光源组中，任意一个所述相机光源组中的所述光源、一级反射镜及二级反射镜相对透明容器的位置为以相邻的所述相机光源组中的所述光源、一级反射镜及二级反射镜统一旋转一定角度而成的位置确定，以利用多个所述相机光源组实现多视角成像。也就是说，不同检测工位上的相机光源组的区别在于光源、一级反射镜及二级反射镜相对透明容器的位置不同，当确定一个检测工位上的相机光源组中的光源、一级反射镜、二级反射镜相对透明容器的位置后，可以该位置为参考，将光源、一级反射镜、二级反射镜统一旋转一定角度来确定下一工位上相机光源组中的光源、一级反射镜、二级反射镜相对透明容器的位置。例如，如图4所示，可在透明容器移动方向上设置两个检测工位，在两个检测工位上分别布置一个相机光源组,如相机光源组a和相机光源组b，每个相机光源组中采用四个光源④、与四个光源④一一对应的四个一级反射镜②及二级反射镜③，相机位于四个一级反射镜②围绕的中心的正上方，透明容器位于其正下方，四个光源④环绕透明容器口部的外侧设置。其中一个检测工位上的光源④、一级反射镜②及二级反射镜③相对透明容器的位置确定后，将光源④、一级反射镜②及二级反射镜③统一旋转α所确定的相对透明容器的位置为另一个检测工位上的光源、一级反射镜②及二级反射镜③相对透明容器的位置。α的选取与具体的工程实现方式有关，若透明容器在这两个检测工位间通过机械方式可以实现任意角度的准确旋转，则α＝0对于设计和调试是最佳的，但是如果透明容器无法自身旋转或可旋转角度被限定，则α的选取需要综合考虑每个视角的可观测角度范围和容器可旋转角度来确定，从而可实现各视角盲区相互弥补，便于全面观测透明容器口部的区域图像。

利用本实施例提供的一种或多种实施方式中的透明容器口部裂纹检测系统，其可全面观测到透明容器口部的区域图像，实现透明容器口部区域的全方位炸口检测，极大地提高了检测速度和检出率。

实施例三

基于实施例一或二提供的透明容器口部裂纹检测系统，如图5所示，本实施例提供一种透明容器口部裂纹检测方法，其包括：

s1：获取相机采集到的透明容器口部图像；

s2：对获得的透明容器口部图像按照口部位置特征进行定位，提取口部口部区域的待检测范围；

s3：对瓶口区域进行灰度连通域检测和边缘检测，判断是否存在炸裂纹，并将炸裂纹的数据信息与预设阈值进行比较，检测出具有不可接受的炸裂纹的透明容器。

在其中一个实施方式中，该检测方法还包括检测瓶口固定特征缺陷的步骤，其具体包括：

检测具有螺纹口的透明容器口部的螺纹线断开缺陷和/或螺纹线条数是不足缺陷，和/或检测具有下沿棱线的透明容器的口部下沿棱线破损缺陷。

例如，对于螺纹口瓶将清晰看到每条螺纹线、对于啤酒瓶口将清晰看到口部下沿棱线等。这些特征的呈现表征了该容器瓶口制作质量，如螺纹出现破损时图像上的螺纹线将存在断开的现象，螺纹的条数不足也能够在图像每个视角中通过螺纹线的条数数量准确统计出来，啤酒瓶口下沿棱线破损时图像上也能够显著观测到棱线阴影的断开。由此可知，基于上述检测系统，采用相应的检测方法即可实现对透明容器口部裂纹的精确检测，还可检测出透明容器口部上的固定特征缺陷，提高透明容器的整体检出率。

在其中一个实施方式中，该检测方法还可包括：利用纵向阴影线匹配的方式识别透明容器合缝线。

容器吹制过程中，由于工艺限制，不可避免地产生合缝线，合缝线的明显程度不确定，但是具有两个明显的特性，即总是在容器上精确圆周180度成对出现，并且沿容器瓶身纵向的垂直度很高。通过上述合缝线的两个特性，在图像上采用纵向阴影线匹配的方式可以准确地识别和消除合缝线，为后续检测规避干扰。

在其中一个实施方式中，该检测方法还包括根据图像中的各区域的亮度检测透明容器口部脏污、结石缺陷。

由于不同特征透明容器口部通过高精度模具吹制后具有固定的形态，所以不同种类透明容器口部的图像显现是确定的，在此之外区域应该为厚度均匀的光滑区域，在图像中的显现为亮度均匀的平滑区域，如果本应为平滑的区域存在暗色阴影，则说明该区域存在脏污、结石等缺陷，应被视为不合格容器。

在消除瓶口固有特征和合缝线干扰后，对透明容器口部区域进行灰度连通域检测和边缘检测，以此判断是否存在横向和纵向的炸裂纹，并将炸裂纹的数据信息与预设阈值进行比较，如将监测出的炸裂纹的长、宽、高及亮度等数据信息与预设阈值比较，检测出具有不可接受的炸裂纹的透明容器

基于实施例一或二的透明容器口部裂纹检测系统，通过在玻璃容器生产现场长时间运行表明，该透明容器口部裂纹检测方法与传统方法相比，该方法具有以下三点显著优势：

1、检测速度快，可支持高达72000瓶/小时以上的检测速度，运行速度超过传统检测方法10倍以上。相对于目前国内广泛采用的现有生产线为了进行炸口检测需要在包装线后端将一条生产线分为两条以适应检测设备速度的方法，本方法设备可以一条甚至多条生产线共用一台检测设备，这无论对成本降低或是空间的占用，抑或整线运行的流畅性上都具有非常重要的良性影响。

2、易于安装、调节和维护。由于采用视觉检测方法，安装和软硬件调整非常直观，可以实现对设备的快速调试，以及调试过程对调试人员的能力、经验要求很低，易于上手。

3、检测率高，可检测缺陷种类多。该检测方法对炸口的检出率为85％以上，严重炸口可全部检出，检测的准确率提升显著；另外该方法可同时检测横向、纵向炸口，以及脏污、结石、螺纹和瓶沿破损等多种口部缺陷。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。