一种基于ccd的精油灌装计量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种灌装计量方法，特别涉及一种基于CCD的精油灌装计量方法。
【背景技术】
[0002] 灌装是化工、食品、制药等生产过程中最重要的生产环节。其中，精油、口服液、针 剂等通过复杂工艺的提取生产出来的经济价值较高的产品，对生产环境、灌装精度、灌装瓶 完好程度、封装质量等方面都有着更为严格、苛刻的要求。这就使得小容量、低污染、高精度 的精油灌装机械从广义的包装机械中发展成为一个相对独立的分支。
[0003] 精油灌装机的定量调整是灌装机使用过程中必不可少的一个重要工作内容，在 传统的定量式精油灌装机中定量调整都是通过机械的方式进行并且需要配备专业的维修 人员，例如定量杯式精油灌装机是通过调整定量杯内活塞的位置来实现定量的调整，这种 方式需要调试人员具有较丰富的调试经验，并且在调试过程中要反复测试，整个调试过程 时间较长，在灌装过程中出现定量波动时，必须停机才能进行调试。随着自动控制技术的 日益发展和成熟，也为简化精油灌装机的定量控制和调整提供了有效的手段。之后出现了 称重式精油灌装机，称重式灌装机是指在每个灌装工位上安装一个高精度动态电子秤，通 过计量电子秤上重量来实现定量灌装。其优点是适用于不同粘度的液体灌装，也适用于有 气泡的液体灌装，但是其设备技术要求高，元件价格昂贵，且实时效应及灌装精度较差，现 场环境要求较高，抗干扰能力较差。近年来，出现了激光反射测量法，其原理为将一束激光 从灌装瓶中被测精油液位的斜上方射入，激光器所反射的光束被线阵CCD接收并采集。伴 随着灌装瓶内液位的变化，激光束与液面的接触点也随之发生变化，这使得线阵CCD接收 到的光束所在的像素位置同样发生相应的变化，将图像上相应的像素位置变化点与实际的 液位位置对应起来，就能求出实际变化了的液位信息。该方法结构简单、灵活性强，比较适 用于粘稠液体的灌装计量，缺点是装置的体积较大、可测量程较小、精油液面有较大的波动 时，测量精度将很难保证。因此，研宄出一种高精度、实时、定量的精油灌装液位检测的方法 对于精油灌装行业的发展具有重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有精油灌装液位检测方法存在精度低、量程小、定量 不准确的问题，而提供一种基于CCD的精油灌装计量方法。
[0005] 本发明包括以下步骤：
[0006] 第一步、彳目息米集：
[0007] 将散光板、荧光灯、透明灌装瓶、成像凸透镜和线阵CCD依次顺序排列放置，利用 散光板对光线的散射作用，使荧光灯发射出的平行光线成为散射光，散射光经过透明灌装 瓶内的精油折射后，再经过成像凸透镜成放大实像折射，最后投射到线阵CCD上，精油液位 信号被成像到线阵CCD上；
[0008] 设置坐标系，横坐标表示线阵(XD从起始端到底端依次排列的像素点，纵坐标表 示每个像素点采集到的光强，通过分析线阵CCD采集到的精油液位图像信息可知，纵坐标 值越大表示采集到的光强越小；
[0009] 已知灌装瓶内液面的上方和下方两部分各自的光强趋势一致，其中液面下方由于 液柱对光线的会聚作用，光线较亮，反映到图像上就是一条产生了略不平滑的阶跃突变的 曲线，突变处即为液面的位置。
[0010] 第二步、图像数据分析：
[0011] 由于灌装精油液位会有一些气泡产生，所以在气泡和液体的交接范围，光强的变 化是渐进的，所以图像上会出现光强的变化带，截取这个光强的变化带，找到一个临界值， 是低于临界值为液体，高于则为气体，临界值处即为精油灌装的液位值。
[0012] 第三步、图像的边缘检测：
[0013] 本发明利用LOG (Laplacian of Gaussian)算子，即拉普拉斯-高斯算子，是一种 将高斯滤波和拉普拉斯检测算子结合在一起进行边缘检测的方法，对于所得到的二维图像 信号f(x，y)，首先利用高斯函数进行平滑滤波，其函数为：
【主权项】
1. 一种基于CCD的精油灌装计量方法，其特征在于：包括W下步骤： 第一步、信息采集： 将散光板（1)、巧光灯（2)、透明灌装瓶（3)、成像凸透镜（4)和线阵CCD(5)依次顺序排 列放置，利用散光板（1)对光线的散射作用，使巧光灯（2)发射出的平行光线成为散射光， 散射光经过透明灌装瓶（3)内的精油折射后，再经过成像凸透镜（4)成放大实像折射，最后 投射到线阵CCD(5)上，精油液位信号被成像到线阵CCD(5)上； 设置坐标系，横坐标表示线阵CCD(5)从起始端到底端依次排列的像素点，纵坐标表示 每个像素点采集到的光强，通过分析线阵CCD(5)采集到的精油液位图像信息可知，纵坐标 值越大表示采集到的光强越小； 已知灌装瓶内液面的上方和下方两部分各自的光强趋势一致，其中液面下方由于液柱 对光线的会聚作用，光线较亮，反映到图像上就是一条产生了略不平滑的阶跃突变的曲线， 突变处即为液面的位置； 第二步、图像数据分析： 由于灌装精油液位会有一些气泡产生，在气泡和液体的交接范围，光强的变化是渐进 的，图像上会出现光强的变化带，截取该个光强的变化带，找到一个临界值，是低于临界值 为液体，高于临界值为气体，临界值处即为精油灌装的液位值； 第=步、图像的边缘检测： 利用LOG算子，将高斯滤波和拉普拉斯检测算子结合在一起进行边缘检测，对于所得 到的二维图像信号f(X，y)，首先利用高斯函数进行平滑滤波，其函数为：
其中： X为线阵CCD的像素点；y为每个像素点采集到的光强； 5为方差值； 高斯函数G(x，y)是一个圆对称函数，它对图像的平滑程度可通过参数5来进行调节； 上述二维图像信号为f(x，y)，设滤波后的图像函数为g(x，y)，通过卷积运算对图像进行线 性平滑滤波，公式为： g(x，y) =f(x，y)*G(x，y)， 对于滤波后的图像g(x，y)，通过求其二阶导数的零交叉点来找出其边缘点，即通过拉 普拉斯算子对图像g(x，y)进行边缘检测： h(X，y) = ▽ 2[f(X,y)*G(X，y)]， 对g(x，y)进行的拉普拉斯运算可W等效为对G(x，y)的拉普拉斯运算然后与f(x，y) 的卷积，公式为： h(x,y) =f(x,y)*V'G(x,y), 式中▽2G(x，y)为LOG算子，进一步可得：
其中： X为线阵CCD的像素点；y为每个像素点采集到的光强； 5为方差值； 第四步、精油液位的标定： 实际的液位值与线阵CCD的各像素点具有线性对应关系，而测量装置给出的精油液位 特征值正是通过线阵CCD上的特征像素点来表示的，因此，在标定过程中，将实际液位值与 线阵CCD上相应的特征像素点相对应起来，则实际的精油液位值与装置测得的特征液位值 可对应上； 实际液位值可通过游标卡尺实时量得到，特征像素点通过液位提取算法给出，通过多 组标定数据进行线性拟合即可得到标定曲线，暂假设为： y=P1X+P2， 其中： X为特征像素点；y为实际液位值； Pi为实际液位与特征像素点之间函数斜率； P2为关系式常数； 第五步、与CPU通信： 将测得的精油实时液位值传送到CPU,CPU通过预设定的控制方法来调节电机W及精 油灌装计量调节单元。
【专利摘要】本发明公开了一种基于CCD的精油灌装计量方法，利用高分辨率的线阵CCD将包含有灌装瓶中精油液位信息的光强信号快速的采集出来，采集到的精油液位图像经过处理，提取出特征带，对特征带进行边缘检测处理，即通过高斯滤波及拉普拉斯检测算子提取出精油液位变化的临界面，再通过实验测得实际精油液位与线阵CCD特征像素点的对应关系，得出多组数据，对其进行线性拟合得出线性表达式，即可得出灌装瓶内精油的液位实际信息，再经CPU控制其达到我们所期望的定量灌装的目的；本发明具有反应速度快，检测精度高，抗干扰能力强，并适合多种精油的灌装，具有普遍性，具有很高的可靠性和稳定性。
【IPC分类】G01F23-292
【公开号】CN104848918
【申请号】CN201510306618
【发明人】尤文, 张旭龙, 魏红波, 李亚洲, 徐生欣
【申请人】长春工业大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月6日