奶杯表面质量检测系统设计与实现

摘要

针对目前国内塑料奶杯生产线上靠人工检测其表面质量，所表现出的检测速度慢、精度低、人工成本高等弊端，研究发现基于机器视觉检测技术的检测系统具有速度快、准确度高、成本低、抗干扰能力强、可长时间不间断工作等优点，本文提出应用机器视觉代替人工视觉来实现奶杯表面污渍与套标（奶杯外表面的标签）的非接触检测。本文的主要工作内容如下：
　　（1）本文结合塑料奶杯生产企业的实际检测需求，对奶杯质量检测的重难点进行了详细分析，并从机器视觉角度，确定了该质量检测系统的硬件结构与软件模块组成。其中，详细概述了工控机、工业相机、光学镜头、光源等这些机器视觉系统主要硬件的选型。
　　（2）为了满足质量检测的需要，将塑料奶杯表面质量检测划分为两大部分，即奶杯内壁检测与外壁检测，分别用一个工业相机检测。相对于奶杯外壁图像灰度分布的单一性，奶杯内壁图像中不同区域则表现出区别较大的灰度特征，因此，为了提高污渍检测算法的准确度，提出了对奶杯内壁图像先区域划分再分区域检测的方法。本文分别运用基于 Freeman链码的轮廓跟踪算法，基于矢量标记的区域填充算法、区域缩放算法以及圆形拟合将奶杯内壁划分为：杯沿、杯沿凹槽、侧壁、杯底凹槽、杯底中心五大不同区域。
　　（3）本文根据塑料奶杯内壁区域划分的结果，分别对奶杯内壁不同区域的图像特征给出了与之相对应的污渍检测算法。由于杯沿、侧壁及杯底中心区域的灰度变化比较平缓且无明显边界，对这些区域运用基于Sobel滤波的污渍检测算法；而杯沿凹槽及杯底凹槽区域有阴影的存在，其灰度变化很大，并表现出明显边界，本文运用形态学运算及种子生长算法先分割出可疑污渍区域，再根据区域特征识别污渍的检测方法。另外，对外壁的污渍检测与套标检测都使用了Sobel滤波算法，然后根据外壁污渍与套标特征分别判断污渍是否存在及套标是否合格。
　　（4）本文在 VC++平台下实现了奶杯表面污渍及套标检测的各个算法，设计了易于操作的人机交互界面，完成了奶杯表面质量检测系统软件的开发。
　　通过对该质量检测系统的实时性、准确性以及稳定性进行测试，其测试结果表明不论是在实验室还是在生产现场，该质量检测系统都能满足用户的要求，且准确度都达到98％以上，从而有效的实现了高速生产线上塑料奶杯的质量控制。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题研究的意义

1.3 机器视觉检测技术概述

1.4 论文的主要工作内容

第二章 奶杯表面质量检测系统总体设计

2.1 系统的研究目标

2.2 系统设计难点分析

2.3 基于机器视觉的检测系统设计

2.4 本章小结

第三章 奶杯内壁区域划分算法

3.1 奶杯内壁图像二值化

3.2 奶杯内壁区域标识

3.3 杯沿与杯沿凹槽区域标识

3.4 杯底凹槽、杯底中心与侧壁区域标识

3.5 本章小结

第四章 奶杯污渍检测与套标检测算法

4.1 奶杯内壁图像增强

4.2 奶杯内壁污渍检测

4.3 奶杯外壁污渍及套标检测

4.4 本章小结

第五章 奶杯表面质量检测系统软件实现及测试

5.1 系统软件实现及流程

5.2 系统软件界面简介

5.3 系统测试结果及分析

5.4 奶杯表面质量检测系统样机

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 前景展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果