食用油激光喷码视觉检测分拣体系

作者: 公司简介  发布:2020-03-24

  □□□□□:目今食用油激光喷码检测技巧仍是古板的人工灯检法□□□□□,存正在本钱高、不褂讪、精度低、职员调动等题目□□□□□,曾经不行餍足坐褥商和消费者的恳求□□□□,为此策画一种基于呆板视觉和自愿化把持手艺的食用油激光喷码检测分拣编制。借助Matlab Script节点□□□□,采用LabVIEW和MATLAB软件搀杂编程的技巧达成喷码字符检测□□□□□,LabVIEW软件达成图像收罗、人机界面创制和数据剖判效用□□□□□,MATLAB软件达成图像经管和字符识别效用□□□□,充满阐述各软件上风□□□□□,低浸编程开荒难度。LabVIEW通过VISA串口将喷码质料消息传输至PLC(Progr

  1.燕山大学 电气工程学院(河北 秦皇岛 066004)2.河北省科学院 自愿化磋议所(河北 石家庄 050000)

  摘要□□□□□:目今食用油激光喷码检测技巧仍是古板的人工灯检法□□□□,存正在本钱高、不褂讪、精度低、职员调动等题目□□□,曾经不行餍足坐褥商和消费者的恳求□□□,为此策画一种基于呆板视觉和自愿化把持手艺的食用油激光喷码检测分拣编制。借助Matlab Script节点□□□□,采用LabVIEW和MATLAB软件搀杂编程的技巧达成喷码字符检测□□□□□,LabVIEW软件达成图像收罗、人机界面创制和数据剖判效用□□□,MATLAB软件达成图像经管和字符识别效用□□□□,充满阐述各软件上风□□□□,低浸编程开荒难度。LabVIEW通过VISA串口将喷码质料消息传输至PLC(Programmable Logic Controller□□□□□,可编程逻辑把持器)□□□□,把持自愿分拣机构将喷码不足格的食用油剔除□□□□,从而担保和进步产物德料。实行结果声明□□□,编制精确检测和分拣率可褂讪抵达90%以上。

  食物安定题目不断是人们最亲切的□□□□,而食用油是生涯中不成或缺的平日花消品□□□□,跟着生涯水准和安定认识的不停进步□□□□□,人们对食用油品德的恳求屡日增高□□□,食用油桶体上标志激光喷码行为油品保护的须要机谋[1]□□□,为每一桶食用油标注其规格、坐褥日期、批号等分歧的消息□□□□□,已成为食用油质料圭臬□□□□,其相当于食用油的身份证件□□□,以其不成涂改、无耗材、无污染、高效、长效等特征□□□□□,被普及用于标识规模□□□□□,但正在工场食用油坐褥经过中□□□□□,因为处境、设置、手艺等情由□□□,激光喷码不免会呈现错印、漏印、污损、重叠等缺陷□□□□□,此时就必要对其举办质料检测□□□□□,担保有缺陷的产物不会流入市集□□□,省得酿成对消费者康健权柄和企业品牌局面的负面影响。古板的食用油激光喷码检测要紧是仰仗人工岗亭来竣工□□□,然而人眼的主观检测有其固有的控制性□□□,己经越来越不行合用于当代成立业的圭臬□□□,是以食用油坐褥工序的质料检测水准务必进步□□□□□,食用油激光喷码视觉检测分拣编制利用前辈的呆板视觉和自愿化把持手艺齐全可能替换人工检测□□□□□,运用BP神经搜集算法不停进步检测速率、服从和精度□□□□,齐全餍足当代成立业的圭臬。

  呆板视觉是一门众学科交叉的归纳性手艺□□□□,它网罗了数字图像经管、光学、形式识别、策动机利用科学、人工智能等一系列学科规模的常识[2]□□□□□,通过策动机和工业相机非接触式地对方针图像举办获取和经管□□□□,最终获取方针消息和达成智能自愿化把持。

  神经搜集劝导于生物学神经编制□□□□,通过并行经管和变换神经元毗邻权重来熬炼出能达成特定效用的神经搜集□□□,其具有很强的自研习和泛化才智[3]。BP(Back Propagation□□□,反向撒布)神经搜集是众层前馈差错反向撒布的神经搜集□□□□□,是目前利用得最为普及的神经搜集预测模子。

  自愿把持手艺是指正在极少或无人加入下□□□□,通过运用各式把持器、继电器、接触器、奉行器、传感器等装配自行达成工艺或经过的一门手艺。它是以把持外面为根本□□□□,诈骗反应道理来自愿地调剂动态编制[4]□□□,使得编制抵达人们的预睹。自愿把持编制的大方利用□□□□□,不但进步了处事服从□□□,也进步了处事质料□□□□,改进了职员的处事处境。

  食用油激光喷码视觉检测分拣编制活跃利用各式手艺和技巧□□□□,磋议和剖判BP神经搜集算法□□□□□,火速精确地检测出喷码消息□□□,并与激光喷码机中的应刻灼消息比拟对□□□□□,假如呈现错印、漏印、污损、重叠、歪斜等景况□□□□□,编制将自愿报警□□□□,指点用户□□□□□,并可按预先设定的自愿把持步调奉行合系手脚□□□□,剔除不足格产物。

  呆板视觉是指诈骗相机代庖人眼效用□□□□□,图像经管及算法效用代庖人脑效用□□□□□,对方针举办特色提取和剖判□□□,进而做出鉴定来把持坐褥经过的一种人工智能手艺[5]□□□,网罗光源、图像获取、图像经管、算法等模块。

  光源与照明计划是编制中苛重构成局限□□□□,应尽恐怕地优秀方针特色□□□,将要检测的区域尽恐怕大地与布景区域举办辨别□□□,进步比拟度□□□,低浸图像经管、分裂和识别难度□□□□,使编制的牢靠性和归纳机能取得进步。

  食用油桶体是半透后且带有肯定弧度的□□□□,激光喷码机正在桶体皮相刻灼凹字符□□□□□,其与非字符区域的质料类似□□□□,故没有颜色消息且反光吃紧□□□□,这大大增长了光源和照明计划的难度。

  凭据检测对象□□□□□,测验分歧类型光源□□□,过程众次分歧实行□□□□□,最终策画了一种照明计划□□□:拣选条形LED赤色光源组合成边长约10 cm的正方形□□□,并正在正方形光源后增添赤色同轴光源□□□□,同时配有亮度把持器□□□,可独立微妥洽粗调每组对边位子的灯亮度和同轴光源亮度□□□□□,欧姆龙plcms灯谐和配合运用同轴光源和组合条形光源□□□□,正在足够亮度景况下打消反光和担保足够的比拟度、大白度□□□□□,实物光源如图1所示□□□,正在特制光源照明下获取的喷码图像质料显然进步□□□,大白度、比拟度显然巩固□□□□□,大大低浸喷码图像经管和检测、识别难度□□□□□,同时加快编制运转经管速率和进步编制鲁棒性。

  图像收罗模块是编制的输入端□□□,对全数编制的运转速率和服从有苛重影响□□□□□,网罗光电传感器、工业相机、镜头、相机支架、链板等设置。

  光电传感器输出为继电器信号□□□□□,用于硬件触发工业相机照相□□□□□,即链板运送食用油至特定位子后□□□□,光电传感器手脚□□□□,触发处于盘算状况的工业相机抓拍喷码。

  本编制选用欧姆龙E3Z-T61A-L型光电传感器□□□,为透过性赤色光源传感器□□□,策画有感度调剂按钮和手脚切换开合□□□□,手脚和复位各为1 ms一下□□□□□,反响速率速□□□□□,同时具有轻便、耐振动、褂讪、寿命长等好处□□□,可餍足编制精度、触发形式、链板速率的恳求。

  按照所需的诀别率、芯片和像素巨细确定适当的相机□□□□,链板不断处于高速运转状况□□□,同时为进步编制图像经管速率不须要获取图像颜色消息□□□□□,是以选用BASLER acA1920-155 μm 曲直工业相机□□□,帧速度可达164 fps□□□□,选用通信圭臬联合、传输速度速、本钱低廉的USB 3.0图像传输格式□□□,欧姆龙plcms灯相机配有Sony IMX174 CMOS感光芯片□□□□□,230万像素诀别率□□□□□,足以餍足编制恳求。

  镜头的拣选除了要与相机的接口、传感器尺寸、诀别率相顺应□□□□,还要充满酌量处事间隔、视场巨细、崎变等成分拣选具有适当焦距的镜头[6]□□□□,本编制选用BASLER C-125-1218-5M型号镜头□□□□,诀别率为500万像素□□□,光圈范畴为F1.8~F22.0□□□□,处事间隔为200 mm□□□,固定焦距为12.0 mm□□□□,原装C口镜头□□□,与已选相机和光源配合运用可能得到高质料喷码图像□□□□□,为接下来图像经管枢纽奠定根本。

  图像经管是呆板视觉的中央局限□□□□□,对编制经管速率和高识别率起到决意效用□□□□□,网罗对图像预经管□□□,喷码字符的检测、定位和分裂□□□□□,特色拣选、提取及利用合系算法识别字符等操作。

  因为处境、设置等固有成分使图像含有肯定的扰乱性噪声□□□□,为了使这种影响降到最低□□□,必要对方针图像举办须要的预经管□□□,低浸图像噪声、进步图像比拟度及大白度□□□□,通过图像巩固手艺将图像自己容易被轻视的细节局限闪现出来□□□□,提取出图像的特色□□□□,轻易后续经管。因缺乏决断图像巩固质料客观的联合圭臬□□□□,从苛厉的外面上来说还没有被普及承认的外面。分歧步调正在经管图像巩固时□□□□,都有本人的针对性□□□□□,巩固的结果利于下一步图像经管□□□□,即是图像巩固适当与否的圭臬□□□,由实行结果比拟所得□□□□□,本编制拣选中值滤波器去除噪音影响□□□,如图2所示□□□,从图像二值化结果中也能鉴定出中值滤波器更适合图像后续经管□□□,如图3所示。

  字符分裂是全数图像经管中最苛重、最困苦的一步□□□□□,是字符识其它根本□□□□□,只要将字符完好精确地分裂开来□□□□,才气担保字符识其它功效和精确率。

  最先对图像举办二值化□□□□□,其方针是将图像分为两个局限□□□□□,即布景和前景□□□□,本编制拣选大津法取得阈值举办二值化;别的打消面积小于25个像素的单独的点□□□□□,然后填充孔洞并膨胀图像;接着利用一种基于投影和字符宽度相组合的技巧来竣工字符分裂□□□□,周到次序如下□□□□:

  1)水准投影。由左到右、由上到下扫描图像每一行像素并累加每一行像素值□□□□,欧姆龙plcms灯设定水准投影的累加值阈值为9□□□□□,记载累加值大于和小于阈值的肇端位子□□□,分袂为每行字符由上到下的肇端位子和已毕位子□□□,从而将全数字符图像粗分裂为两行字符。

  2)笔直投影及字符间距鉴定。由上到下、由左到右扫描粗分裂字符图像每一列的像素并累加每一列的像素值□□□□,设定笔直投影的累加值阈值为4□□□□□,记载累加值大于和小于阈值的肇端位子且相邻位子间距应大于35个像素□□□□,分袂为字符由左到右的肇端位子和已毕位子□□□□□,从而将全数方针图像细分裂为22个单字符。

  3)对每个字符图像分袂再举办一次水准投影□□□□□,累加阈值为4□□□,除去每个字符上下边境众余区域□□□□□,并归一化为16×16巨细的字符图像保管到当地□□□,行为熬炼和测试BP神经搜集的样本。

  LabVIEW是NI公司推出的一种基于图形化编程G言语的高效开荒软件□□□□□,图形界面富厚□□□,容易创制各式界面□□□□,欧姆龙plcms灯并网罗大方用于数据收罗、剖判以及外达、储蓄的各式库函数□□□□□,编程纯洁。但正在图像经管、神经搜集、形式识别等各式算法的维持方面是LabVIEW的短板□□□□,其合系东西箱及编程活跃性格外有限。

  MATLAB是以矩阵运算为根本、具有强健策动效用的一种数学软件□□□□□,针对分歧专业规模的利用□□□□,具有信号经管、图像经管、神经搜集等众个专用东西箱□□□□□,但正在人机界面策画和开荒方面才智格外有限□□□□,而且正在硬件输入、通讯和把持等方面都对照繁琐。

  本编制借助Matlab Script节点达成LabVIEW和MATLAB搀杂编程□□□,通过此节点LabVIEW直接挪用编写、调试后的MATLAB步调□□□,可能抵达两者取长补短、上风互补的功效□□□□,低浸了开荒难度□□□,缩短了开荒周期□□□□□,进步了处事服从。

  LabVIEW软件要紧达成图像收罗、人机界面创制、数据剖判等效用□□□□□,充满阐述其上风。

  LabVIEW软件内置的IMAQdx通过NI MAX可能直接毗邻和修设工业相机。正在LabVIEW步调框图中挪用子VI并连线编写图像收罗步调□□□□,分袂是翻开和装备相机□□□□□,照相获取图像等。正在LabVIEW前面板中调治、拖拽和修设图标□□□,创制人机界面□□□,界面左方为状况信号指示灯□□□□□,显示编制各个工序运转状况□□□□□,界面中心及时显示图像和识别出的字符串□□□□,界面左方为编制修设和操作按钮□□□□,界面下方显示喷码所体现的食用油消息□□□,如图4所示。

  同时编制有查问食用油喷码史籍数据的效用□□□□□,点击人机界面中“查问”按钮□□□□,弹出数据查问窗口□□□□□,可按照产地、批号、首先和已毕时辰、及格与否等前提查问食用油喷码史籍消息□□□□,并能导出数据保管至当地。

  MATLAB软件要紧达成图像经管、BP神经搜集算法、字符识别等效用□□□□□,借助MATLAB图像经管东西箱和神经搜集东西箱加快了编程速率和开荒历程。

  首前辈行图像滤波来除去噪音和进步图像比拟度、大白度□□□□□,测验均值、中值、高斯、拉普拉斯等滤波器并对照得中值滤波器功效最佳。

  接着对图像举办二值化经管□□□□□,该经过症结是按照图像灰度特色对阈值的选择□□□,大津法是错分概率最小、自顺应的阈值确定技巧□□□□,比拟于迭代法、最小差错法等功效最好。

  最终举办图像分裂和归一化经管□□□,由于喷码字符有秩序地分行陈设且间距附近□□□□□,故拣选一种基于投影和字符宽度相组合的技巧来竣工字符分裂□□□,结尾每个字符图像归一化保管至当地。

  BP神经搜集由输入层、隐含层、输出层组成□□□□,如图5所示。它是基于梯度低落的最小均方差算法□□□□□,它采用差错反向撒布的格式不停调治神经元毗邻权值□□□□□,最终BP神经搜集现实输出和方针输出之间均方差餍足编制恳求□□□□□,熬炼出速意的预测模子。

  1)确定输入矩阵P和方针矩阵T。因实行前提有限□□□□□,样本集仅有3800个元素□□□,网罗10个数字、26个字母及斜线个分歧前提下获取的样本。选择像素特色行为BP神经搜集的输入□□□□,由于每个字符归一化为巨细16×16□□□,故输入矩阵P巨细为256×3800□□□□,每一列体现一个字符样本□□□□□,方针矩阵T巨细为1×3800。

  2)确定各层神经元数目。正在神经搜集东西箱中□□□,输入层和输出层的神经元数目会按照输入矩阵P和方针矩阵T自行确定;因样本量有限□□□□,以及为低浸搜集熬炼时辰和呈现“过拟合”的方向□□□,只设定1层隐含层□□□,该层神经元数目按照履历公式和实行所得最终设定为98个。

  3)设定搜集参数。搜集的输入层和隐含层、隐含层和输出层的传输函数分袂为双曲正切S型函数和纯线性函数□□□,选用梯度低落熬炼技巧□□□□,初始修设搜集的方针差错为0.001□□□□,显示中心结果的周期为10 ms、最大迭代次数为30000□□□□,研习率为0.05。

  4)熬炼搜集。针对分歧景象的字符□□□□□,不停调治搜集参数举办熬炼□□□□,并测试搜集餍足恳求后保管至当地□□□,供Matlab Script节点挪用来识别新样本中的字符。

  为通晓决食用油分拣枢纽人力本钱高、劳动强度大、坐褥服从低等题目□□□□,策画了一个纯洁有用的小型自愿把持机构□□□□□,采用上下位机的主从把持格式[7]□□□□,上位机通过USB转接RS232串口达成与下位机之间的数据传输□□□□,利用PLC、变频器、光电传感器、气动把持等当代工业把持手艺□□□,具有处事服从高、运转牢靠、省俭本钱等好处。

  该机构要紧由链板传送装配、光电传感器、变频器、PLC、上位PC机、电磁阀、气动奉行装配等设置构成□□□□,如图6所示。链板传送装配用于食用油的传送□□□□□,由三订交流异步电机拖动□□□,采用变频器举办调速□□□,PLC把持调速信号。光电传感器装配于链板进料口□□□□□,检测是否有食用油进入。电磁阀直接把持气动奉行装配的伸缩□□□□□,将不足格食用油推至接管仓链板上。

  的确处事经过□□□□□:低压配电柜和把持柜上电后□□□,当链板上没有食用油时□□□□,变频器输出20 Hz的频率把持链板以低速运转;当进料口的光电传感器检测到有食用油进入编制后□□□□,则将位子触发信号上传至PLC□□□,把持变频器输出40 Hz调速信号□□□,加快链板速率;当食用油至照相位子□□□□,上位机获取图像并火速鉴定出喷码质料消息□□□,界面相应指示灯亮或灭□□□□□,质料消息通过串口下传至PLC;若质料及格则食用油连接进入下一工序□□□□□,若质料不足格□□□□,PLC则把持电磁阀手脚气缸火速伸出□□□□,将食用油推至接管仓链板并火速缩回□□□□,同时伴有延续2 s的报警灯明灭和警铃响起;若进料口没有新的食用油进入□□□□□,则链板还原低速运转□□□□,若有食用油进入则反复上述处事经过。

  设置选型的根基规矩是正在餍足现场处境和工艺恳求的条件下□□□□□,并能担保编制牢靠性和爱护轻易□□□□,找寻最佳的性价比。

  上位PC机最低硬件恳求□□□□□:英特尔酷睿i3-7100经管器□□□□□,4 GB 2133 MHz内存□□□,256 G硬盘□□□,1 G集成显卡□□□□,32位线操作编制。下位机选用西门子S7-200小型PLC□□□,足以餍足编制的恳求□□□□,是把持机构的中央模块□□□□,运用STEP7 MicroWIN V4.0 SP9软件编写梯形图把持步调;编制仍选用欧姆龙E3Z-T61A-L型光电传感器;选用AKS 4V110-06型电磁阀及SMC MGQM25-175型气动奉行装配。编制选用机能褂讪、爱护轻易的西门子G120系列变频器□□□,由把持单位、功率模块、操作面板构成□□□□,是一个高度模块化的变频器□□□,各模块型号分袂为CU240B-2、PM240和BOP-2□□□□□,变频器修设为众段速把持□□□□□,链板空载时以第一段速20Hz运转□□□,不然以第二段速40 Hz运转□□□□,加快时辰和减速时辰分袂0.5 s□□□,同时修设变频器启动格式、最大和最小频率、电流爱戴等参数。

  借助呆板视觉和自愿化手艺攻下难合□□□,利用高效的LabVIEW和MATLAB搀杂编程格式□□□□,达成食用油激光喷码视觉检测、自愿分拣效用□□□,代庖人工分拣□□□,进一步解放劳动力□□□□□,低浸坐褥本钱□□□□,进步坐褥率和智能自愿化水准。但本编制的样本集还亏损够大□□□□,必要正在实行和坐褥经过中不停扩充样本□□□□,连接熬炼和调治BP神经搜集预测模子□□□□,进一步晋升编制分拣率。同时□□□□□,若正在之后的坐褥经过中□□□□,碰到透视形变以及桶面弯曲过大的景况□□□,需增长图像矫正效用。

  [3]杨淑莹.形式识别与智能策动[M].第三版.北京:电子工业出书社, 2015.

  [6]彭琼.基于纹理特色的瓷器图像分类[D]. 湖南:中南大学, 2014.

  本文出处于《电子产物寰宇》2018年第6期第31页□□□□□,接待您写论文时援用□□□□□,并注解来历。

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关键词: 欧姆龙plcms灯