機(jī)器視覺應(yīng)用—“慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”
1. 應(yīng)用背景概述圖
目前機(jī)器視覺行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，僅就中國而已，制造業(yè)的高速發(fā)展以及隨之帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化升級對機(jī)器視覺來說無疑是一個(gè)充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)的黃金期。在這個(gè)大背景下，不僅機(jī)器視覺的應(yīng)用行業(yè)領(lǐng)域在不斷延伸和拓寬，而且機(jī)器視覺本身的技術(shù)也在推陳出新，朝著“高效、快速、智能”的方向不斷發(fā)展。
在機(jī)器視覺Zui早開始實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的包裝行業(yè)外觀檢測領(lǐng)域，如圓柱體或類圓柱體產(chǎn)品的外觀檢測，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品側(cè)面外觀全檢，傳統(tǒng)的做法是在產(chǎn)品四周放置多個(gè)相機(jī)（一般是4個(gè)，如圖1所示），通過各個(gè)相機(jī)從不同角度拍照來獲取產(chǎn)品側(cè)面外觀的全部信息。該方式雖能實(shí)現(xiàn)檢測目的，但由于采用多個(gè)相機(jī)，從成本、檢測速度、使用維護(hù)等方面來說都有一定的局限性，廣州市慧眼電氣產(chǎn)品有限公司（以下稱“我司”）為改善此問題，自主研發(fā)推出了“慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”。
圖1 傳統(tǒng)的圓柱體產(chǎn)品外觀檢測方案
2. 慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)簡介及工作原理
2.1 系統(tǒng)簡介
改進(jìn)思路：如何簡化相機(jī)個(gè)數(shù)以及檢測流程，實(shí)現(xiàn)圓柱體產(chǎn)品側(cè)面360°的簡單快速檢測？
基于以上思路，我司推出了“慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”，該系統(tǒng)基于我司自主開發(fā)的LS2D專業(yè)圖像識別系統(tǒng)，于業(yè)內(nèi)首創(chuàng)采用線掃描相機(jī)實(shí)現(xiàn)圓柱體產(chǎn)品或類圓柱體產(chǎn)品全周360°圖像的高速采集，并拼接展開成一幅完整的平面圖像，進(jìn)而精確檢測圓柱體或類圓柱體產(chǎn)品表面及相關(guān)區(qū)域的重要檢測要素。
該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：高速線掃描相機(jī)、光源組件、工控系統(tǒng)、產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、不良品剔除機(jī)構(gòu)等（如圖2所示）。
圖2 “慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”設(shè)備組成
2.2 工作流程
如圖2所示，待檢產(chǎn)品由傳送帶運(yùn)動(dòng)，整個(gè)檢測過程如下：
1) 待檢產(chǎn)品到達(dá)檢測工位，并通過該工位的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使產(chǎn)品形成自轉(zhuǎn)
2) 在產(chǎn)品自轉(zhuǎn)過程中，線掃描相機(jī)對產(chǎn)品側(cè)面進(jìn)行連續(xù)高速掃描
3) 通過慧眼自行開發(fā)的LS2D專業(yè)圖像識別系統(tǒng)，對采集的連續(xù)圖像進(jìn)行分析拼接，并展開成一幅完整的平面圖像
4) 利用LS2D系統(tǒng)的視覺檢測工具，對側(cè)面圖像上的外觀信息進(jìn)行分析處理，完成后續(xù)相關(guān)檢測（如圖3所示）
5) 系統(tǒng)檢測出的良品流入下一工序，不良品經(jīng)剔除機(jī)構(gòu)排出
① 圖3 “慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”運(yùn)行界面
2.3 線掃描相機(jī)簡介
在上述的系統(tǒng)中，很關(guān)鍵的一步就是通過線掃描相機(jī)來采集圓柱體產(chǎn)品圖像，在此基礎(chǔ)上拼接展開得到360°側(cè)面圖像 。在這其中就需要用到線掃描相機(jī)，那么什么是線掃描相機(jī)呢？
線掃描相機(jī)，也叫線陣相機(jī)，顧名思義其像素是呈“線”狀排列的，雖然也是二維圖象，但極長，幾K的長度，而寬度卻只有幾個(gè)象素的而已。與面陣工業(yè)相機(jī)相比，它的傳感器只有一行感光元素，因此使高掃描頻率和高分辨率成為可能。當(dāng)其工作時(shí)，被檢測的物體通常勻速運(yùn)動(dòng)，利用一臺或多臺工業(yè)相機(jī)對其逐行連續(xù)掃描，以達(dá)到對其整個(gè)表面均勻檢測。
2.4 系統(tǒng)優(yōu)勢
與以往的圓柱體產(chǎn)品外觀檢測方案相比，“慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：
1) 結(jié)構(gòu)簡單，檢測時(shí)產(chǎn)品無需方向性定位，且產(chǎn)品表面標(biāo)簽無需要正對相機(jī)，解決以往圓柱體產(chǎn)品采用多相機(jī)同時(shí)檢測的冗雜方案
2) 采用LS2D專業(yè)圖像識別系統(tǒng)的獨(dú)家頂尖技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品表面的3600全周圖像無縫拼接，整個(gè)產(chǎn)品無死角檢測
3) 產(chǎn)品進(jìn)入旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后，自動(dòng)定位，無需要對原有的輸送線進(jìn)行改造便可加裝
4) 配合高速旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，在多項(xiàng)目檢測模式下，Zui高檢測速度可達(dá)到300件/分鐘
3. 應(yīng)用領(lǐng)域及前景展望
3.1 檢測內(nèi)容
基于“以高速掃描進(jìn)行圖像采集，之后通過圖像拼接得到360°完整側(cè)面圖像”的解決方案， “慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”可實(shí)現(xiàn)多種圓柱體產(chǎn)品外觀檢測功能，包括：
A、標(biāo)簽位置&偏斜/標(biāo)簽內(nèi)容正誤/標(biāo)簽外觀識別
B、生產(chǎn)日期/條碼&二維碼/批次編碼校驗(yàn)
C、液位/瓶蓋密封性/瓶蓋位置&偏斜/瓶蓋有無檢測
D、產(chǎn)品顏色&產(chǎn)品內(nèi)容物顏色檢測
E、相似產(chǎn)品的細(xì)部差異檢測，混料生產(chǎn)模式下在線檢測
F、包裝外觀質(zhì)量檢測
3.2 行業(yè)應(yīng)用
圓柱體或類圓柱體產(chǎn)品作為Zui常見的容器，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的產(chǎn)品加工儲存及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，在其相對應(yīng)的產(chǎn)品外觀檢測領(lǐng)域，“慧眼360°全方位檢測系統(tǒng)”都將能很好地得到應(yīng)用，包括“飲料、食品、藥品、日化”等行業(yè)。
3.3 前景展望
“慧眼360°外觀檢測系統(tǒng)”采用一個(gè)線掃描相機(jī)就能完成高速檢測，在降低系統(tǒng)成本的同時(shí)也提高了檢測速度，而且系統(tǒng)的操作和維護(hù)也更加簡單，加上該系統(tǒng)在加裝時(shí)基本上無需對原有產(chǎn)線機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，使得系統(tǒng)的兼容性也有很大的優(yōu)勢。輔以相應(yīng)的視覺檢測工具，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)各行業(yè)外觀檢測應(yīng)用中的多方面高速檢測要求。