啤酒生产线的啤酒瓶自动检验设备

  项目背景：整条瓶装啤酒生产线包括上瓶、验瓶、装酒、消毒、加盖、验酒、贴标等几道工序。其中啤酒瓶在线检测装置和控制管理系统是啤酒生产线的重要组成部分，是实现啤酒生产线整线自动化、高效率、低能耗经济运行的决定性因素之一，也是今后啤酒生产自动化的研究重点。目前国内啤酒企业使用的关键检测装置还都依赖进口，这是我国啤酒设备技术发展中的薄弱环节。本课题基于机器视觉技术和技术，研究的目标就是要制造出技术上的含金量高、功能完善、运行稳定可靠的适应高速、高效啤酒生产线的在线检测和自控系统产品。

  主要内容：本设备是啤酒生产线整线自动化中的关键检验装置，主要用来检验啤酒瓶的质量，包括破口，瓶壁带有霉斑、拉丝、异物、火碱等。本设备基于机器视觉技术，通过FPGA实现。设备通过摄像头实时获得生产线上的啤酒瓶照片，针对不同的质量上的问题，通过相应的图像分析与识别算法，得出检验结果，并将存在质量上的问题的啤酒瓶自动处理、记录。管理员能够最终靠网络远程监控整个生产线上的检验进度。而且系统带有智能安装配置向导，引导操作人员快速进行安装配置设备。本系统大大提高了生产效率，并改善了人员的工作环境。

  本方案现在已经完成前期车间调查与可行性分析。正在进行原型设计和算法设计阶段。

  主要关键技术为：图像快速获取和预处理技术，啤酒瓶质量分析和识别算法的硬件实现，生产线机械控制改造，远程网络监控，系统安装配置程序。

  啤酒瓶破口，霉斑，拉丝，异物，火碱等相关质量指标的识别算法，并通过FPGA硬件实现。

  针对不同的啤酒瓶质量问题并行检验，保证设备快速处理，满足生产线流水速度。

  实现啤酒生产线的自动化在线检验与处理装置。利用互联网远程监控，提高生产效率，改善工作条件。

  系统自带的安装配置向导，根据现场环境进行参数自动调整，并自动指导工程人员安装设备，从而简化安装及维护。

  硬件装置的可重用性，通过更换相应软件，使得本设备用于其他关键环节检验，如验酒环节。

  由于啤酒瓶图像画面很干净，如果啤酒瓶有破口，霉斑，拉丝，异物，火碱等不合格现象，在画面上将有明显的特征。目前此方面的图像识别算法比较容易实现，实时性也较高，可以满足啤酒生产线的速度。摄像头像素和处理速度都可以满足设备的要求。而且本方案已经进行过现场调查，吸取了现场工程人员的建议，在系统设计中加入了可靠性设计。

  图2 啤酒瓶检验生产线可见，本系统主要由光源、摄像头、图像处理单元、控制单元、机械装置、显示器、机械部分和远程监控主机等组成，其中图像处理单元和控制单元由Spartan 3E完成。其职能分别为：光源提供稳定的、长效的光源，保证取像质量；摄像头用于获取啤酒瓶图片；控制单元对系统的功能执行予以控制；图像处理单元对数据进行处理、分析，判断各种不合格现象；显示器用来显示检验结果和生产线状况；机械部分完成生产线传动，啤酒瓶触发和实时处理等动作；监控主机用来远程监视生产线的状况。

  （2）图像处理和识别：对采样图像做专门的识别算法，检测图样中的污点等不合格现象。

  （3）控制单元：由FPGA开发板控制机械装置，自动处理不合格啤酒，并记录检测结果，保证生产线的正常运行。

  （5）智能安装配置向导：在设备安装过程中，该向导能够自动设置参数，并指导操作人员进行很方便地安装和维护。

  系统使用Spartan 3E Starter Board作为核心控制板，外加图像传感器模块，控制装置，显示器和网络监控模块。使用Expansion Connectors，RS232接口，PS/2接口，VGA接口，10/100 M网络接口和LCD 显示屏。系统需要实时拍照，获取啤酒瓶图像，送入FPGA图像处理模块，处理后执行控制装置和显示设备。生产线管理员可以通过网络远程监控检验情况。设备在安装和维护时需要使用键盘和VGA显示器配置系统。考虑到系统开发的周期和性能，我们选用Spartan 3E 作为开发平台，使用ISE design software，以及相应的开发工具。

  系统安装配置程序；图像数据采集模块；图像预处理模块；图像分析比对模块；数据记录处理；机械控制模块和远程网络控制模块。

  系统开发采用整体设计+模块开发的方式，对于图像识别算法的硬件实现，我们先通过

  （3）满足瓶酒瓶不同类型质量上的问题的检验，并满足生产线）实时地响应网络远程监控功能。

  图像传感器模块：啤酒生产线上的传速度很快，但啤酒瓶的图片色彩简单，因此就需要选用的图像传感器响应速度快，但对色位要求不高。图像传感器通过扩展接口与Spartan 3E开发板相连。

  控制装置：控制装置需要与啤酒生产线结合在一块设计，通过扩展接口与Spartan 3E相连。响应速度要符合生产线.测试设备