Исследование по онлайн-обнаружению дефектных пивных бутылок

1. Базовая ситуация онлайн-обнаружения

В настоящее время компании по производству пива уделяют всё больше внимания качеству продукции, и всё больше компаний используют различное автоматическое оборудование для контроля на линиях розлива для повышения надёжности контроля. Традиционным методом проверки пустых бутылок на линии розлива является ручной световой контроль. Однако на современных высокоскоростных линиях розлива, из-за усталости глаз и других причин, использование только традиционного ручного светового контроля не может гарантировать надёжность. Кроме того, невозможно контролировать две важные части пивной бутылки — горлышко и дно, что приводит к попаданию на рынок бракованных бутылок (например, бутылок с протечками или загрязнениями на дне), что наносит ущерб имиджу компании.

2. Основные требования к онлайн-обнаружению

В настоящее время за рубежом имеются относительно зрелые системы онлайн-обнаружения, основанные на технологии обработки изображений, и многие продукты уже представлены на рынке, например, немецкая система MIHO, система HEUFT и система OMNIVISIONI от американской компании INDUSTRIAL DYNAMICS COMPANY, LTD.

В настоящее время большинство производителей пива в Китае разрабатывают производственные линии производительностью более 40 000 бутылок в час. При такой скорости ручной контроль становится крайне затруднительным, что создаёт острую необходимость в онлайн-оборудовании для обнаружения пустых бутылок. Однако импортное оборудование дорогое и сложное в обслуживании, что делает его неприемлемо дорогим для большинства малых и средних пивоварен.

3. Цели онлайн-обнаружения

На основе анализа моделей зарубежной техники, а также потребностей и технологических возможностей малых и средних предприятий Китая были определены следующие цели онлайн-обнаружения:

3.1 Модули онлайн-обнаружения:

Базовые модули включают обнаружение горлышка и дна бутылки. Дополнительные модули, такие как обнаружение внутренней и внешней стенки, можно зарезервировать для использования в будущем.

3.2 Скорость онлайн-обнаружения:

Для бутылок с диаметром горлышка 64 мм требуемая скорость составляет 42 000 бутылок в час.

3.3 Разрешение и показатель отбраковки при обнаружении дна бутылки:

Для немаркированных и неизношенных бутылок:

При размере дефекта 2,5 мм × 2,5 мм процент отбраковки составляет 98%.

При размере дефекта 3,0 мм × 3,0 мм процент отбраковки составляет 99%.

Для маркированных, изношенных, темных или отличающихся по цвету бутылок:

При размере дефекта 3,5 мм × 3,5 мм процент отбраковки составляет 98%.

При размере дефекта 4,0 мм × 4,0 мм процент отбраковки составляет 99%.

Система может обрабатывать бутылки смешанного или темного цвета.

4. Решение для онлайн-обнаружения

4.1 Предлагаемые решения:

Решение 1: Прямая закупка иностранных систем машинного зрения и разработка на их основе собственного программного обеспечения. Это решение отличается высокой скоростью разработки, но системы машинного зрения стоят дорого, и за каждую созданную систему необходимо платить регистрационные сборы. Кроме того, лишь немногие существующие системы способны удовлетворить требованиям по скорости, что делает это решение нецелесообразным.

Решение 2: Внедрение иерархической системы управления с промышленным компьютером для управления и контроля верхнего уровня и системой на базе DSP-чипа для получения и обработки изображений. Несмотря на длительный цикл разработки и использование полностью отработанных алгоритмов, это решение более подходит для будущих разработок, но пока отложено.

Решение 3: Использование платы сбора изображений и промышленных компьютеров с программным обеспечением собственной разработки. Для обеспечения требуемой скорости обработки используется несколько систем. Это решение экономически, технически и практически более подходит для малых и средних предприятий. Некоторые пивоваренные заводы успешно внедрили этот подход, что и сделало его предпочтительным.

4.2 Рабочий процесс онлайн-обнаружения:

Пустые бутылки для проверки подаются на конвейерной ленте. Когда они достигают источника света для компенсации разницы в цвете, индикатор мигает, а датчик для компенсации разницы в цвете обнаруживает проходящий свет. Результаты отправляются в схему компенсации разницы в цвете, которая регулирует яркость источника света для обнаружения дна. Когда пустая бутылка достигает положения обнаружения дна, индикатор мигает, и открывается затвор. Система визуализации захватывает изображение, которое через плату получения изображений отправляется на нижний компьютер для обработки. При обнаружении дефекта сигнал отбраковки отправляется через 32-канальную плату ввода-вывода. Этот сигнал усиливается и используется для управления механизмом отбраковки, который сталкивает дефектную бутылку с конвейера. Тот же процесс применяется для обнаружения горлышка бутылки.

Главные управляющие компьютеры для обнаружения дна и горлышка взаимодействуют через последовательные порты, обеспечивая координацию систем. Обе системы используют один и тот же сенсорный экран для отображения и управления, а коммутационная схема обеспечивает переключение между двумя системами.

4.3 Принцип работы модуля обработки горлышка и дна бутылки:

4.3.1 Обнаружение «бутылочных горлышек»:

Специальное устройство визуализации используется для подсветки вспышкой уплотнительной поверхности горлышка бутылки. Идеальное, неповрежденное горлышко бутылки отражает свет в виде гладкого и цельного кольца. Если кольцо сломано (трещины), внутренний край вогнут (повреждение внутреннего края) или внешний край выпуклый (повреждение внешнего края), это будет обнаружено. Пользователи могут задать три пороговых значения для степени разрушения, вогнутости или выпуклости. Система сравнивает фактический размер дефекта с заданным пороговым значением, чтобы принять решение об отбраковке бутылки. Во избежание ошибок, вызванных наклоном бутылки, модуль также включает в себя функцию автоматического отслеживания положения горлышка бутылки.

4.3.2 Обнаружение дна бутылки:

Сначала полутоновое изображение, полученное с помощью карты захвата изображений, преобразуется в двоичную форму. Затем статистические методы применяются для расчета размеров независимых загрязнений. Эти размеры сравниваются с заданными пользователем допустимыми размерами, чтобы принять решение об отбраковке бутылки.

5. Заключение

Использование плат сбора изображений и многосистемных промышленных компьютеров управления позволило эффективно решить проблему обнаружения дефектных пивных бутылок на производственной линии при относительно небольших затратах, что делает решение подходящим для большинства малых и средних пивоваренных заводов. Кроме того, это решение обеспечивает существенные экономические преимущества.