關(guān)鍵詞：機器視覺(jué)；噴碼檢測；OCR字符驗證

    隨著(zhù)改革開(kāi)放的不斷深化和人們生活水平的穩健提高，我國食品飲料行業(yè)維持快速增長(cháng)的勢頭，以易拉罐為容器的飲料需求量也不斷地增加，生產(chǎn)加工過(guò)程中的產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)品牌價(jià)值體現，同時(shí)也直接關(guān)系到消費者的切身利益。產(chǎn)品質(zhì)量的控制往往需要對產(chǎn)品信息進(jìn)行檢測、追蹤。噴碼就是目前廠(chǎng)商通常記錄產(chǎn)品信息的重要手段，而在噴碼過(guò)程中難免會(huì )出現諸如字符漏噴或者部分字符漏噴、字符不完整、字符混亂、字符位置不正確、字符的字體不對或者不一致等缺陷[1]，因此，需要在線(xiàn)實(shí)時(shí)地對噴碼結果進(jìn)行識別檢測，以便及時(shí)剔除噴碼不合格的不良品，減少?lài)姶a不良對企業(yè)帶來(lái)的損失。為此有必要研究一種檢測速度快、準確率高、魯棒性好的易拉罐罐底噴碼檢測系統，對噴碼的字符有無(wú)等缺陷進(jìn)行可靠地檢驗，基本達到真正的“零缺陷”。與常規的機器視覺(jué)檢測系統相比，金屬制品( 針對易拉罐) 的機器視覺(jué)檢測存在成像較常規透明材料困難[2]。本文應用美國康耐視公司的高速智能相機以及強大的IN-SIGHT視覺(jué)軟件解決易拉罐高速生產(chǎn)線(xiàn)上的噴碼后字符的檢測與識別的難題，達到每小時(shí)識別72000瓶罐底噴碼字符的速度和99.99%的準確率的技術(shù)要求，突破食品飲料行業(yè)易拉罐生產(chǎn)過(guò)程中提高生產(chǎn)速度所面臨的技術(shù)瓶頸，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)品質(zhì)，減少消費者的投訴，從而提升企業(yè)的品牌價(jià)值，促進(jìn)業(yè)績(jì)的提升和企業(yè)的發(fā)展。

   1 易拉罐罐底噴碼質(zhì)量缺陷

   在易拉罐飲料生產(chǎn)過(guò)程中，在油墨噴碼機前面往往會(huì )安裝一到兩個(gè)吹水裝置，用于將易拉罐罐底需要噴碼部位的水滴除去干凈，這樣噴碼機噴印的質(zhì)量才得以保障。但若是吹水裝置沒(méi)有調整好或者生產(chǎn)中該裝置被挪位，那很有可能罐底水滴去除不干凈，造成噴碼模糊或者缺碼的情況。第二種情況是噴碼機噴孔被油墨堵塞，噴碼機使用時(shí)間過(guò)長(cháng)或者清理不及時(shí)都會(huì )造成類(lèi)似情況的發(fā)生，若是沒(méi)有及時(shí)發(fā)現，就會(huì )出現漏噴或者缺碼生產(chǎn)事故。還有一種情況是噴碼機的觸發(fā)傳感器或者噴碼機噴頭被挪位，導致字符漏噴或者缺碼、飛碼、噴碼位置不正確的情況。
  

                   
                                          噴碼模糊          上行缺碼

                
                                          下行缺碼             重要字符缺失 

                
                                           部分缺碼1         部分缺碼2
  

    2 系統的設計目標

   根據客戶(hù)對檢測系統的需求分析，確定系統的設計目標如下：

   （1）高速實(shí)時(shí)性

   通常，易拉罐生產(chǎn)線(xiàn)速度已經(jīng)達到72000罐/小時(shí)，在易拉罐高速通過(guò)系統時(shí)，能實(shí)現視覺(jué)檢測要求。

   （2） 剔除的準確性

    系統采集并處理易拉罐罐底圖像后，輸出執行信號，高速的前提下確保剔除的準確性。

   （3）I/O的擴展性

   提供靈活的I/O 接口功能，方便與各種不同的傳感器或執行部件配合，以滿(mǎn)足現場(chǎng)的測控需求。

   （4）數據統計要求

    實(shí)時(shí)記錄、統計、顯示各種檢測數據，方便客戶(hù)修定參數，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，達到設備維護的工作效率。

   （5）數據通訊要求

    可通過(guò)Ethernet或串行接口實(shí)現數據的交換，以及遠距離的傳輸。

   3 系統結構設計

    該易拉罐罐底（凹面）噴碼檢測系統主要由光源與視覺(jué)處理系統、電氣控制與人機交互系統、次品剔除裝置等組成。當易拉罐通過(guò)成像系統時(shí)，金屬接近開(kāi)關(guān)觸發(fā)光源頻閃和工業(yè)智能相機，獲得高速易拉罐罐底圖像，智能相機對其分析處理，由電氣控制系統執行檢測結果，從而達到分揀不良品的目的。
 
                
                                   圖2 基于機器視覺(jué)的易拉罐罐底噴碼檢測系統圖  

                           
                                    圖3 系統工作流程圖

   4 系統主要硬件配置

    （1）光源配置

    因為被檢測物體是鋁質(zhì)易拉罐，罐底為凹面，考慮到金屬材質(zhì)表面的反光與圖像采集的穩定性，所以選用了東莞OPT公司的球積分光源，型號是OPT-RID240，該光源的特點(diǎn)是具有積分效果的半球面內壁，均勻反射從底部360度發(fā)射出的光線(xiàn)，使整個(gè)圖像十分均勻。
 
                         
                                   圖4 球積分光源模型圖

   （2）工業(yè)智能相機配置

    由于智能相機已經(jīng)固化了成熟的機器視覺(jué)算法，使用戶(hù)基本無(wú)需編程，就可以實(shí)現諸如有無(wú)判斷、表面缺陷檢查、尺寸測量、OCR 識別、條碼閱讀等功能，極大的提高了系統的開(kāi)發(fā)速度^[3]。本文檢測的目標物是易拉罐，在生產(chǎn)線(xiàn)上處于高速運動(dòng)狀態(tài)，最高速度達15個(gè)/秒。為了能采集到清晰穩定的圖像，并實(shí)時(shí)完成OCR視覺(jué)處理功能，本系統選取康耐視In-Sight Micro1400智能相機。該相機尺寸技巧，僅30mm*30mm*60mm，能夠以最小體積的視覺(jué)系統，應用于最高速的流水線(xiàn)?；贗n-Sight Explorer的智能圖像處理工具、OCR字符讀取及驗證，以及In-Sight強大的電子表格腳本語(yǔ)言開(kāi)發(fā)圖像處理算法。從而能夠方便地對圖像進(jìn)行字符的訓練，形成字符庫。噴碼識別如圖5所示。

   （3）工業(yè)計算機及PLC 的配置

    綜合考慮系統要求的快速性、穩定性以及性?xún)r(jià)比等因素，系統采用研華觸摸工控電腦1261H。統計輸入輸出點(diǎn)數，以及通訊串口等因素，選取西門(mén)子S7-200PLC，CPU為224。

   5 電子表格算法設計

    采用康耐視技術(shù)視覺(jué)工具，為用戶(hù)開(kāi)發(fā)機器視覺(jué)系統提供了極大的方便。由于軟件已經(jīng)固化了康耐視成熟的機器視覺(jué)算法，使用戶(hù)基本無(wú)需進(jìn)行高級語(yǔ)言編程，只需用電子表格進(jìn)行腳本算法的構建，就可以實(shí)現諸如有無(wú)判斷、OCR 識別的功能，大大提高了系統的開(kāi)發(fā)速度。
  
                
                                           上行噴碼識別            下行噴碼識別
                   
                                      圖5 噴碼識別示意圖 

    6 結束語(yǔ)

    本文基于易拉罐罐底噴碼檢測系統實(shí)現了高速自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)易拉罐罐底（凹面）噴碼質(zhì)量自動(dòng)化檢測，能根據噴碼的日期和時(shí)間的不斷變化，準確的識別噴碼的缺陷，該系統不僅結構簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、操作簡(jiǎn)便、精確度高，最大的優(yōu)點(diǎn)是高速，相對以往OCR字符識別驗證，速度上有大的提升。其檢測效果遠遠優(yōu)于人工檢測效果，并且無(wú)接觸的檢測保證了在檢測過(guò)程中不引入污染。本檢測系統已成功應用于項目，取得了滿(mǎn)意的運行效果，準確率完全達到了系統的設計目標。隨著(zhù)食品飲料行業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，人工費用的增長(cháng)，該系統具備良好地推廣應用價(jià)值，對打破國外設備壟斷的局面帶來(lái)積極的意義。

   參考文獻：

    [1]彭曉輝.基于HALCON的IC卡噴碼符號識別技術(shù)研究與實(shí)現[D]. 廣東工業(yè)大學(xué),2006.

    [2]賀超英,張輝.基于機器視覺(jué)的罐蓋質(zhì)量檢測系統設計[J].儀表技術(shù)與傳感器,2011,2.

    [3]徐赤,王志平,凌永祥,祝曉春,秦嘉煒.基于智能視覺(jué)系統的飲料瓶缺陷檢測技術(shù)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2011,5.

    唐慧（1982-）男，本科，畢業(yè)于浙江大學(xué)，現就職于杭州自動(dòng)化技術(shù)研究院有限公司，主要研究方向為機器視覺(jué)技術(shù)、工業(yè)機器人、自動(dòng)化工業(yè)控制。   

    摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第七期