机器视觉检测技术在饮料灌装行业的应用

随着科技的进步,现代饮料灌装生产线日益向高速化、全自动化的方向发展。从制瓶灌装，再到封盖贴标，最终到装箱码垛，这一系列的生产工序都早已实现了机器代替人工的跨越，主流生产线的运行速度也逐步超过了72000瓶/小时，甚至达到12万瓶/小时。在自动化生产中，为了保持整线生产效率，控制成品质量，就需要涉及到各种各样的检验测量，如果用人工的方法来检查，即使耗费大量的人力，却仍然不能保证100%的检验合格率。通过采用先进的机器视觉技术，通过计算机自动识别所包装产品的缺陷状况，例如残次空瓶、灌注不良、封盖不良、贴标不良、装箱不良等缺陷品，并控制相应的剔除装置自动从生产线上剔除残损及不合格产品，可大大减轻人的工作量，一方面可以提升生产的柔性和自动化程度，提高产品的产量及工作效率，另一方面为保证成品质量提供强有力的保障，最终提升企业的经济效益和社会形象。

 

1、机器视觉检测原理

机器视觉技术主要是用计算机来模拟人的视觉功能提取事物图像中的信息，进行处理分析，并最终用于实际检测、测量和控制。自动化和电脑技术是机器视觉进入工业生产线的关键要素，机器视觉的工作流程是通过光学系统将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，控制系统对这些信号进行各种运算作出判别，进而根据判别的结果来控制执行单元动作。下图是一个典型的机器视觉系统的示意图：
 

 

2、与人工检验相比较的优势

人工检验方式无法避免一些客观的风险，如人眼的疲劳、误差，高速生产过程中精力不集中或速度的限制，如饮料灌装生产线速度已经超过1200瓶/分钟，远远超过了人工检测所能达到的极限，并且人的主观性很强，在检验时难以持续保证检测指标的统一性。如果使用精度更高、速度更快的机器视觉，可明显降低被测目标受干扰的程度，并可制定统一的量化的检测指标，确保产品质量的一致性。

 

3、与光电技术相比较的优势

在机器视觉技术普及之前，自动化生产线上大量使用了光电技术来辅助人工进行部分检测工作。光电技术在调试和设定方面都比较复杂，包装线上的一些细节稍有变化就会带来检测结果的不准确，另外，光电检测的检测项目单一，功能简单，只能检测一个项目，并且还只能进行有无的检测，为了满足产品的质量控制标准，就需要在生产线上配置很多个光电检测设备来完成特定的检测任务。采用机器视觉技术可完成复杂的检测任务，可根据生产线情况灵活设置检测标准，同时可将多个检测任务集中在一套机器视觉设备上来实现，方便工厂对设备进行集约式管理。

 

1、 灌装生产线组成

目前一般的PET饮料灌装生产线都会由吹瓶机、灌装机、打码机、贴标机、装箱机、码垛机等一系列生产设备和相应的生产工序组成，在很多生产厂家，会布置大量工人分布在瓶胚、灌装、套标、装箱等环节进行产品检查。随着劳动力价格的不断攀升，对生产厂家造成了不小的人工成本压力。因此，用机器来代替人工完成产品的质量检测也就成为了生产厂家的迫切需求，北京大恒图像视觉有限公司作为国内有口皆碑的机器视觉检测设备研发企业，在面向各行各业提供机器视觉检测解决方案方面拥有丰厚的经验，目前已经可以提供完整的整线检测解决方案来替代人工完成各工序的产品检测工作。如下图所示，瓶胚检测设备放置在吹瓶机之前用于完成瓶胚的各种缺陷检查，满瓶检测设备放置在灌装机之后完成封盖液位打码的缺陷检查，标签检测设备放置在套标/贴标机之后可以对标签进行全方位的检查，装箱检测设备放置在装箱之后码垛之前进行装箱完整性的检查。
 

 

 2、 瓶胚检测

瓶胚的缺陷一般多出现在口部、肩部和底部，北京大恒推出的DH-PBI-6A型瓶胚检验机采用6个高分辨率CCD相机，可对瓶胚的口、肩、底的各种缺陷进行全方位检查。其中，在口部上方放置1个相机采集口面图像可检查瓶口飞边、瓶口缺口、口面黑点等缺陷，在口部上方放置1个相机采集口内壁图像可检查瓶壁黑点、脏污等缺陷，在螺纹口侧面间隔120度放置3个相机对口螺纹和瓶肩部区域的各种尺寸、黑点、合缝线粗、飞边、台阶进行360度无盲区检查，在口部上方放置1个相机采集瓶胚底部图像可检查黑点、水口不良等缺陷。示意图如下：
 

 

3、 满瓶检测

北京大恒的DH-FBI-4A型满瓶检验机可以检测液位偏差、安全环断裂、PET环缺失、断桥、高盖、歪盖、混盖、无码、码变形、码部分缺失等缺陷。该款检验机共配置4组高分辨率CCD面阵相机。封盖液位检验工位由3台高分辨率CCD面阵相机、6个LED光源、1套图像处理系统、1套信号控制系统、1套剔除系统组成，3台面阵相机呈120度间隔放置，对封盖进行360度无盲区检测，每个相机配套两块LED光源，分别从正面和背面对瓶盖进行打光，正面光主要检测安全环断裂、PET环缺失、异盖、混盖等缺陷，背面光主要检测高盖、歪盖、断桥等缺陷。垂直于输送带的相机同时进行液位检测，通过采用正面光和背光相结合的方式，可对泡沫进行有效补偿，极大的提高含有泡沫饮料的液位检测精度。打码检验工位使用1台高速CCD相机和1个LED光源进行打码检测，除了检测常规的打码缺陷外，还可以对打码进行准确识别，避免出现错码的情况。示意图如下：
 

 

4、标签检测

饮料产品的标签一方面可以显示品牌名称、产品介绍等图片文字信息，另一方面设计精良的标签作为产品外观的一部分，具有美化包装提升产品形象的作用。随着消费观念的改变，消费者对产品的外观日益重视，饮料厂家对贴标后产品的标签问题也非常关注。北京大恒的DH-FBI-4L型标签检验机可以检测无标、错标、倒标、空白标、切标错误、标签错位、标签倾斜、标签印刷错误、标签破损、翘角等众多标签不良缺陷，该款检验机采用独特的光学方案，在产品四周间隔90度布置4台高分辨率CCD面阵相机，对标签进行360度无盲区检测，每个相机配套两块LED光源，分别从上面和下面对标签区域进行打光，通过采用上面光和下面光相结合的方式，可保证标签区域亮度均匀，极大提高标签印刷缺陷检测精度。系统示意图如下：
 

 

5、装箱检测

北京大恒的DH-FCI-1W型满箱检验机是一种在线检重设备，可与各种包装生产线及输送线集成。在线检重机可在产品输送过程中完成对产品的重量测量，并将测定的重量与预先设定的重量值进行比较，通过检测产品的重量是否合格来确定包装内是否缺少部件或产品，由控制系统进行运算与发出指令，将不合格的产品进行剔除。该检验机由柔性等距输送机、检重检测机、剔除系统、控制系统、进出产品输送机等组成。其中称重检测机完成产品重量信号的采集工作，并将重量信号传输至控制系统进行处理，柔性等距输送机通过提高输送速度来保证产品间有足够的间距，从而保证检测物体之间无相互干扰，剔除系统根据检测机发出的指令将不合格满箱产品剔除到暂存待处理区域，后端输送机用于完成经检测合格的产品离开称重区域后的输送工作。

 

目前，机器视觉检测设备在国外的饮料生产线上早已经广泛使用，但在中国饮料行业普及率还比较低，主要是一些大的饮料生产厂商会随整线引进国外的机器视觉检测设备。进口检测设备价格昂贵，饮料生产厂家出于节约成本的考虑在购入设备时会比较慎重，并且由于中国饮料产品的一些特殊质量要求，进口的检测设备也难以很好满足中国很多饮料生产厂家的使用需求。北京大恒图像专注于机器视觉技术二十余年，在面向各行各业提供成套检测设备方面已经积累了很多成功经验，相信面向饮料灌装行业推出的一系列检测设备由于其更符合中国国情的特点一定会逐步得到国内饮料生产企业的认可，机器视觉检测设备的普及也指日可待，中国饮料行业也会得益于中国智能装备技术的进步早日实现智能生产、智能制造的目标。