一、应用背景
   近年来食品、医药安全问题已成为当今社会的热点话题，所以严格把控生产过程中的卫生，保证食品、医药的安全至关重要。近年来食品、医药等行业包装技术的迅猛发展，生产制造企业对产品包装质量检测的要求也越来越高。PET（polyethylene terephthalate）瓶胚是饮料包装瓶的半成品，在生产过程中不可避免地存在缺陷。瓶胚目前存在诸如支撑环破损、飞边、拉空、缺胶、气泡、瓶口破损、椭圆、杂质等情况，直接或间接的造成了最终产品的不合格，为企业带来巨大的损失。如何在罐装前将有缺陷的瓶子剔除是 PET 瓶生产的一个重要课题。
   目前工厂中绝大多数工厂都在采用传统的人工灯检方式对产品进行检测。靠人工灯检这种原始方法来检查可见异物，在实际生产中一直存在着很多不完善之处：（1）对检查人员视力要求较高，并非人人都能胜任；（2）生产效率低，每人检查约1 000瓶/h；（3）灯检人员视力不同，依据也不同，无统一标准；（4）灯检工易疲劳，易造成误检或漏检；（5）思想情绪也会造成漏检、误检，同时灯检人员的责任心也会影响检查结果；（6）对人的眼睛有一定损害；（7）灯检工作是一项重复性很强的工作，单调枯燥，招工困难。产品质量，人命关天，如果不合格产品出厂后进入市场，不但给患者带来伤害，也会给生产企业带来很大风险和损失。
   针对这种情况，武汉楚锐视觉检测科技有限公司成功开发了一款基于机器视觉的PET瓶胚缺陷检测检测设备。相比传统的人工灯检方式，本设备大幅度提高了准确率，减少了检测时间、降低了生产成本。同时还能把生产过程中各工序的工作质量以及出现缺 陷的类型等情况收集、反馈出来，供工艺控制人员分析和管理，改善产品质量。

二、产品介绍
   武汉楚锐推出了最智能的PET瓶瓶胚缺陷检测设备，采用机器视觉技术，实现在非接触的条件下，完成对每一个瓶胚快速高效地自动筛选及剔除，为生产把好第一道关。武汉楚锐“瓶胚机”可适应300ml~20L不同瓶型，检测速度可达15000BPH。
1、基本原理
   PET瓶胚缺陷检测设备包含高性能工控机、视觉检测软件、光学模块、电气控制柜、机械传动结构等组成。如图2-1所示。

图2-1 设备示意图

   当PET瓶胚进入检测机台后，经光电传感器后触发信号，检测系统开始跟踪该产品，并做好图像采集准备。在系统跟踪程序的定位下，判断瓶子到达预定位置，系统发出光源和图像采集指令，在特定光源的辅助下，系统会实时拍取影像，图像采集完成后交由图像处理模块进行识别和算法分析，判断该产品是否合格并传输信号给控制系统，准备剔除不合格产品。当跟踪程序检测到产品到达剔除位置时，控制系统通知剔除机构对该不良品实施剔除动作。

图2-2 设备运行流程图

2、关键技术
（1）光学成像
   在一套完整的机器视觉系统中，光学成像是极其重要的一部分。设计合适的光学方案，将直接影响后期的图像处理部分。
1) 相机
   楚锐精选高稳定性、高传输能力和高抗干扰能力工业级相机。工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等。
   CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
2) 镜头
   工业镜头是机器视觉系统中十分重要的成像元件，系统若想完全发挥其功能，工业镜头必须要能够满足要求才行。
   在检测瓶口时选择的远心镜头，可以纠正传统工业镜头视差，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会变化，这对被测物不在同一物面上的情况是非常重要的应用。远心镜头由于其特有的平行光路设计，非常适用于高精度的机器视觉应用场合。

图3-1 镜头拍摄效果对比

3) 光源
   楚锐根据需求特殊定制，保证获取最理想的图像。顶部环形光源提供不同角度照射，能突出物体的三维信息有效解决对角照射阴影问题。周围表面采用滚花设计，扩大散热面积保障光源的使用寿命。根据PET瓶胚规格不同可选配不同漫射板。

图3-2 光源性能特点

4) 光源控制器
   光源控制器主要目的是给光源供电，控制光源的亮度并控制光源照明状态(亮\灭)，还可以通过给控制器解发信号来实现光源的频闪，进而大大延长光源的寿命。
本系统采用多相机加多光源方案，如图3-3所示。
1) 顶部采用高清相机加远心镜头采集PET瓶胚的瓶口图像，检测瓶口缺损、瓶肩缺损及瓶胚椭圆。
2) 四周采用4相机360°覆盖瓶身整个圆周，每个相机覆盖视野大于120°，确保无死角检测瓶身的划痕、气泡、脏污。
3) 采用背光方式拍摄PET瓶胚底部图像，检测底部杂质、击穿等问题。

图3-3 光学模块正视图

（2）检测软件
1) UI设计
考虑到工厂工人学习成本，设计了一套简洁的界面，简化了操作流程，使操作工人更容易上手。

图3-4 检测软件界面

2) 检测算法
系统检测算法按不同检测项进行分类。检测流程图如下（图3-5）：

图3-5 检测流程图

关键技术点如下：
a) 为了尽量减小图像中噪声和其他因素的干扰，需要对图像进行预处理（图3-6）。首先对图像进行中值滤波以平滑噪声; 其次对图像进行阈值分割，以对目标区域进行粗略的分割; 再对图像进行闭运算以进一步消除目标区域的噪声。经过以上处理，目标区域内的噪声已经被较好地抑制。然后对目标区域进行精确的定位。为此，在处理后的图像中由内而外扫描以获得内( 外) 边缘点集，然后对该边缘点集进行椭圆拟合。

图3-6 瓶口定位

b) 为了便于直接遍历圆环上的缺陷，对圆环部分做极坐标变换（图3-7），将圆弧形的窗口（检查区域）转换成方形， 通过对比圆周及半径方向上的分割浓度来检测伤痕。

图3-7 极坐标变换

c) 采用LSD算法检测瓶胚瓶身的直线边缘，精准快速定位到瓶身区域（图3-8）。能够在线性时间内得到亚像素级精度的检测结果。它无需调试参数就可以适用于任何数字图像上，并且能够自行控制误检数量。LSD是一种局部提取直线的算法，速度比Hough要快。

图3-8 LSD直线检测

3) 数据库
   为了方便生产厂家更清晰的了解生产情况，软件对生产中的全部数据进行记录和管理（图3-9、3-10、3-11）。统计这些数据，可以把生产过程中各工序的工作质量以及出现缺 陷的类型等情况收集、反馈出来，供工艺控制人员分析和管理，改善产品质量。

图3-9 数据总表

图3-10 数据波形图

图3-11 NG数据柱状图

3）传输、定位与运动控制技术
   在本系统中，上下料机构、精密传输机构、定位机构与运动控制技术等是整个检测系统中极其重要的部分，直接影响整个系统的检测性能。如图3-12所示，包含了自动上料、编码、对准、检测、剔除、下料等几个部分，各个部位对被测工件准确定位并协同工作，保证了检测的顺利进行。

图3-12 系统结构示意图

   通过光电和编码器，系统实时跟踪瓶胚的位置，当瓶子达到预设位置，系统发出指令，点亮光源并采集图像。软件处理完后，返回特定信号给PLC。当跟踪程序检测到产品到达剔除位置时，控制系统通知剔除机构是否对该产品实施剔除动作。
3、核心优势
   本文系统的介绍了视觉检测设备在PET瓶胚缺陷检测中的运用。该系统已实际投入生产运用，统计历史生产数据，该系统的检测准确率约为99.97%，漏检率低于0.1%，能够满足线上检测要求。在实际运用中，该系统有效的提高了产线的生产效率，降低了生产的不良品率，给企业降低了生产成本，同时极大地降低了产品的安全隐患。
   此设备采用合理的光学结构设计，保证了图像采集的稳定性；应用强大的深度学习技术，对图像进行更智能化的处理；在瓶胚运输平台上采用了转盘式结构，可保证瓶胚运输平稳；支持检测数据报表分析，可帮助管理层及时了解生产情况。此设备可以帮助客户完成更高水平的瓶胚质量检测，保障最终产品的质量。