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摘要:針對飲料行業裝箱工序完成后，經常出現漏裝的問題，設計了一種基于機器視覺的瓶裝水漏裝檢測系統。以瓶蓋的顏色、形狀為特征，采用Python中OpenCV視覺處理模塊在HSV顏色空間中對圖像進行預處理，并用霍夫變換圓檢測算法對瓶裝水的數量信息進行統計。采用LabVIEW調用Python圖像處理程序的方式設計人機交互系統，以PLC作為下位機控制機械臂運行。試驗結果表明:系統運行穩定、效果良好，能夠準確識別箱中瓶裝水的個數，準確率達到100%，滿足實際需求。
關鍵詞:LabVIEW;Python;OpenCV;機器視覺
0引言
目前，飲料行業中機器的自動化生產程度已經很高，在完成飲料灌裝裝箱工序后，經常出現漏裝的現象，采用傳統人工檢測的方式，容易產生疲勞，實時性差，誤檢率高［1－3］。為解決這一問題，采用機器視覺技術代替人眼進行檢測判斷，可以進一步提高生產效率、檢測準確度和設備的自動化水平［4］。
1硬件系統設計
該視覺系統采用LabVIEW建立上位機人機交互系統，并通過調用Python圖像識別算法，進行圖像的處理和運行結果的顯示，由PLC控制六軸機械臂帶動CCD工業相機移動調整視距。
1．1硬件總體結構
硬件總體結構如圖1所示。
1．2工業相機MI-SU500C
MI-SU500C彩色相機具有29mm×29mm×29mm超小體積，易于安裝和集成。內置32MB緩存，保證圖像數據傳輸更加穩定，支持USB數據傳輸，可無縫連接Halcon，LabVIEW等第三方軟件，方便快速調用。
1．3PLC西門子S7-1200
S7-1200是一款緊湊型、模塊化的PLC，可完成簡單邏輯控制、高級邏輯控制、HMI和網絡通信等任務，具有成本低、性能高、代碼編寫簡單、安裝方便等優點。
1．4六軸機械臂IRB120
IRB120是ABB推出的一款小型多用途六軸機器人，具有緊湊、敏捷、輕量等特點，僅重25kg，荷重3kg(垂直腕為4kg)，工作范圍達580mm。采用輕量化設計，具有經濟性與可靠性。IRC5控制器內置16路I/O，簡化調試步驟。
2軟件系統設計
2．1人機交互界面設計
人機交互界面如圖2所示，主要分為6個區:1)系統控制區:系統的運行、停止控制功能;2)相機設置區:相機的搜索、打開關閉、設置功能;3)系統狀態區:系統工作的運行、停止、報警功能;4)結果顯示區:瓶裝水數量統計;5)信息提示區:系統運行過程中的狀態文字提示功能;6)圖像顯示區:顯示采集的圖像。
2．2LabVIEW與PLC的通信設計
LabVIEW中采用DSCModule中的ModbusMaster建立通信主站，并設置Port和IP地址;PLC采用TIAPortalV14軟件中的ModbusTCP通信指令，LocalPort和IP地址需與LabVIEW中的通信參數保持一致。
2．3LabVIEW調用工業相機設計
MI-SU500C提供LabVIEWDVPCamera共享庫，共享庫中包含可供LabVIEW調用工業相機的子VI函數。LabVIEW可以調用這些函數實現打開、關閉相機，拍照、保存圖片，設置相機各參數等功能。
2．4圖像處理Python程序設計
圖像處理流程如圖5所示。Python中導入OpenCV圖像處理模塊，讀取原始圖像后，轉換為HSV顏色空間［5－6］;以瓶蓋為紅色的特征，對圖像進行紅、黑的二值化處理，再經灰度化和濾波后，采用Canny邊緣檢測算法提取圖像的邊緣特征，根據瓶蓋的圓形特征，利用霍夫變換圓檢測算法提取圖像中圓的信息［7－8］，最后統計圓形的數量以確定瓶裝水的數量，并在原始圖像中繪制檢測到的圓形。
2．5LabVIEW調用Python程序設計
LabVIEW自2018版增加Python(2．7或者3．6)調用接口，調用時需注意Python文件中的函數名稱以及文件的存放路徑要與LabVIEW中Python節點函數中的一致。
3系統驗證與分析
系統識別結果如圖8所示。圖8a)為滿箱時瓶裝水的檢測結果，計數結果顯示箱中的瓶裝水為24個，與實際結果一致;圖8b)為漏裝4個瓶裝水的檢測結果，計數結果顯示箱中的瓶裝水為20個，此時系統報警燈為紅色，用以提示用戶進行補裝。經過多次測試，檢測準確率達到100%，滿足使用要求。
4結語
本系統通過LabVIEW建立人機交互界面，以PLC為下位機控制六軸機械臂運動。以瓶裝水瓶蓋的顏色、形狀為特征進行Python圖像識別程序設計，能夠有效統計箱內瓶裝水的數量，并進行漏裝報警提醒。該視覺系統實用性強、代碼開源、界面簡潔、擴展性強，通過設計不同的圖像識別程序可擴展到更多的應用場景。
參考文獻:
［1］羽．玻璃瓶果汁飲料生產線的發展趨勢［J］．福建輕紡，2015(5):12．
［2］康耐視．機器視覺技術輕松完成高速飲料生產線的在線檢測［J］．食品安全導刊，2010(8):50－51．
［3］馬祖達，伍慧春，王曉春，等．全自動液體飲料生產線關鍵技術的研發［J］．包裝與食品機械，2008，26(6):15－20．
［4］王海洲．飲料空瓶檢測機器人軟件系統研究與開發［D］．長沙:湖南大學，2017．
［5］蔡林沁，鄭雪松，王牛．基于HSV顏色空間正交立體視覺目標檢測［J］．新型工業化，2013，3(1):79－88．
［6］金佛榮．OpenCV和Halcon在機器視覺中的應用分析［J］．湖北農機化，2019(13):89．
［7］項學智．復雜條件下的圓檢測技術研究［D］．哈爾濱:哈爾濱工程大學，2005．
［8］周萌，王軍民，劉威，等．基于OpenCV的圓點blob識別函數圓個數檢測［J］．單片機與嵌入式系統應用，2019，19(5):19－20．
作者:李楠柯 高建華 張鳳龍 謝坤 單位:清華大學