西门子机器视觉系统在PET饮料瓶缺陷检测中的应用

Application of Siemens Machine Vision System in PET Beverage Bottle Defect Testing

1 引言
随着人民生活水平的提高，饮料的市场需求量也不断增加，产品的质量就成为了生产厂商和消费者关注的问题。而饮料瓶外观的好坏直接或间接影响到其内部饮料的质量，所以为了减少不合格品的数量，需要增加检测工序。手工外观检验和产品标记昂贵和不可靠。同时又意味着不近人情的单调工作。这里，自动化机器视觉检测系统提供了解决这些问题的方案。

2 PET饮料瓶灌装过程分析
吹瓶、灌装、套标和贴标、喷码是影响PET饮料瓶质量的四道关键工序。首先在吹瓶工序，高温气体被吹入瓶胚并经过特定模具的压制成为瓶子，在这个过程中瓶子可能出现变形、歪脖子等情况;在灌装工序，PET瓶会出现漏灌、少灌、盖拧松和拧歪等情况;在套标和贴标工序，标签会被套歪、漏套等情况;在喷码工序，由于喷码机的偶然故障，导致码的漏喷和错喷等情况。这些情况中轻微的会导致产品外观的不美观，严重的会导致饮料内部质量发生变化，特别象茶饮料和乳类饮料。影响饮料瓶质量的几个缺陷为:高盖、歪盖、破盖、无盖、浅量、错标、无喷码。如图1所示。

3 机器视觉技术实现的缺陷自动化检测
随着饮料需求的不断增大，以及客户对产品质量的要求，越来越多的饮料生产厂商采用自动化PET瓶缺陷检测系统，对PET瓶的外观缺陷进行综合检测。这种方法代替了传统的人工方法以提高生产效率和产品质量，解决了人工方法效率低、速度慢，以及受检测人员主观性制约等不确定因素带来的误检及漏检，实现更好的100%产品在线检测。

图1 灌装质量缺陷

3.1 机器视觉检测方案
本项目采用了杭州华峰自动化系统有限公司开发的PET饮料瓶检测系统，用于PET饮料瓶的外观缺陷检测。该系统以西门子图像处理器[3]为核心，并结合西门子自动化设备，组成了既有数字信号接口又有复杂的工业网络接口的完善系统，为用户提供节省投资的方案。其基本检测处理流程如图2，简易系统框架如图3。

图2 基本检测流程图

图3 为系统简易图

3.2 工作原理
首先通过光纤传感器感应到瓶子，然后触发图像处理器拍摄图片，图像采集来后，对图像进行二值化、目标定位、测量、特征匹配、OCR(光学字符识别)等图像分析处理，处理的结果传至PLC进行逻辑控制，并根据传送带当前的速度来驱动剔除装置，准确地剔除不合格产品。
系统设计特点:本系统采用了西门子嵌入式图像处理器，其集成化的模块，很容易根据客户现场的环境和客户的要求来设计系统配置和外观。该系统外观使用全不锈钢材料，符合了食品饮料行业的规范;独立式的机械结构，容易安装于流水线的任何位置;通过西门子触摸屏和PLC的连接，使得操作工容易在线切换不同产品的程序，并可以从触摸屏查看实时检测数据;根据单条流水线产品的多样化，系统采用了X-Y-Z都可以调节的机械机构，让用户操作更灵活。

4 结束语
该系统现已成功运用于国内几家知名饮料企业的生产线上，效果理想，准确率达到了99.9999%。不仅满足用户的现有需求，而且还为用户预留很多的功能和升级空间，这些功能在今后的检测任务中将会发挥更多的作用，为用户解决更多的问题，节省很多的升级费用。如:打印接口、上位机通讯接口、报警接口、标签检测功能、提速功能等。更重要的是该系统能严格的控制用户产品的质量，减少了大量人工成本。随着工业自动化水平的不断提高，人工费用的增长，预期该系统将会有更加广阔应用前景。