专利名称：一种饮料灌装后液位检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种饮料灌装后液位检测装置及方法。
背景技术：
在饮料灌装过程中，因灌装机无法保证每次灌装量相等，市场产生灌装量过大或 过小的状况，灌装量较大会使企业利润减小，灌装量过少影响企业形象，所以在饮料灌装后 进行灌装量检测很有必要，目前现场中常用的射线检测方法容易给现场工作人员带来健康 的威胁，因此并不适合在非无人车间安装使用。机器视觉技术不会对人体造成任何伤害，而且更直观准确，目前机器视觉检测技 术已经成功应用于很多行业，例如啤酒瓶的空瓶检测，集成电路的检测等领域，机器视觉检 测代替人工检测成为一种发展方向。机器视觉系统在图像采集部分条件相同的时候，可以在保证实时性的情况下，用 升级软件的方法来大大的增强机器视觉系统的功能，升级过程方便，成本低廉。为检测饮料灌装量，为灌装后饮料的质量判别提供依据，本发明利用工业相机采 集现场生产线中灌装后饮料的实时图像，图像经数据线传给处理器，由处理器依据本发明 提供的算法计算液位并判断灌装量是否合格，为达到该目的本发明采用的步骤是首先，通 过可设置条数和长度的液位扫描线采集液位待检点；其次，在液位待检点寻找能代表液位 信息的液位点；再次，通过液位点信息计算液位在图像中的位置；最后根据液位在图像中 的位置和图像与待检品的尺寸关系判断液位的实际尺寸，根据液位实际尺寸判定灌装量是 否合格。
发明内容
为了达到上述目的，本发明所实施的技术方案是
一种饮料灌装后液位检测装置，该装置包括光源和相机，所述光源和相机与待检品相 配合；所述相机与算法处理装置的液位扫描单元连接；所述算法处理装置还包括液位获取 单元和质量判别单元，所述液位扫描单元、液位获取单元和质量判别单元依次连接；质量判 别单元还与算法处理装置外的控制设备连接。所述光源选择LED光源，光源颜色与待检品颜色相匹配，暖色用红色光源，冷色用 绿色光源，无色用白色光源。所述相机采用工业黑白相机。一种饮料灌装后液位检测方法，该检测方法步骤如下
Stepl 首先对采集的待检品图像进行液位扫描工作，根据现场液位的变动区域，设定 液位扫描线的信息；
Step2 液位扫描单元沿与液位线垂直的方向在液位检测区域内寻找液位扫描线上的 液位待检点；
Step3 液位获取单元找到液位待检点数值分布满足条件的区域，记录该区域内所有液位待检点为液位点；
Step4 液位获取单元获取到所有液位点之后，计算出液位在待检品中的实际高度； Step5 质量判别单元接受液位获取单元给出的液位值与预先设定的液位上限值和下 限值比较，如液位值在上限值和下限值之间则认为液位合格，否则认为液位不合格； Step6 控制设备将灌装不合格的产品剔除。所述的stepl中，所述的图像是从工业相机中获取的包含液位信息的灰度图像。所述的stepl中，所述的液位扫描线的信息包括液位扫描线的条数和间隔。所述st印3中，所述液位点寻找步骤如下
1)设置区域内液位待检点最大值mnum的初始值为0，区域中心位置c初始值为液位 扫描线起始a坐标值f，f为现场出现的最低液位所在位置a坐标值，终止值为液位扫描线 终止a坐标值t，t值设定为瓶口所在位置a坐标值，区域半径为r ；
2)计算所有液位待检点中数值在c_r与c+r之间的液位待检点个数num，如果num大 于mnum,贝丨J mnum=num,修改液位区域中心点levelcenter=c ；
3)将c值加1，如c>t，转到步骤4)，否则转到步骤2)；
4)记录所有液位待检点中数值在levelcenter-r与levelcenter+r之间的液位待检 点为液位点。所述的step4中，所述液位在待检品中的实际高度的计算步骤为
(1)计算所有液位点的数值和sum；
(2)计算液位点的平均值得到液位线a轴坐标leV=Sum/mnum；
(3)根据工业相机获取的图像和待检品匹配关系计算液位，设拍摄视野内待检品最低 处对应的a坐标值为low，对应的待检品实际高度为h，所述最低处是相对液位；每像素对应 的待检品实际高度为Pixh，则液位实际高度level为
level=h+ (lev-low)*pixh。本发明的有益效果本发明检测液位测量精度高，实时性好，且对人体不会造成任 何伤害。既可以采用本发明叙述的方法做成单独的产品，也可以方便的添加到现有的视觉 检测装置内，扩展现有系统的功能，可完全代替人工检测，拥有广泛的应用价值。
图1为实现本发明的一个较佳系统结构图； 图2为实现本发明的算法说明示意其中，1光源，2待检品，3相机，4算法处理装置，5液位扫描单元，6液位获取单元， 7质量判别单元，8控制设备，9液位扫描线，10液位线。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明做进一步的详细介绍
如图1所示，一种饮料灌装后液位检测装置，该装置包括光源1和相机3，所述光源1和 相机3与待检品2相配合；所述相机3与算法处理装置4的液位扫描单元5连接；所述算法 处理装置4还包括液位获取单元6和质量判别单元7，所述液位扫描单元5、液位获取单元 6和质量判别单元7依次连接；质量判别单元7还与算法处理装置4外的控制设备8连接。
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本发明所处理的图像来自采用工业相机采集的现场生产线上的灌装后饮料，图像 采集部分(相机和光源)可以是为单独检测液位安装的背光照明和工业相机(如果是彩色工 业相机需要对图像进行灰度化)，也可以是现场具有类似图像采集结构的现有系统，如果是 对现场现有的图像采集系统，则该发明作为现有系统的功能扩展添加到现有系统之中。图1所表示的是能够实现本发明的一套较佳系统，系统中待检品2经过有背光照 明的区域，待检品2的图像在照明区域被工业相机准时捕捉并发送给现场的算法处理装置 4，经算法处理装置4处理后，检测结果被发送给控制设备8，当待检品2检测结果不合格时， 由控制设备8将不合格待检品2剔出包装线。其中背光光源建议选择启动速度快，能耗低， 寿命长的LED光源，光源颜色最好与待检品颜色相近，暖色用红色光源，冷色用绿色光源， 无色用白色光源。附图2中a轴，b轴均是为表达算法方便而设定的坐标线，算法中设定的液位扫描 线与a轴平行与b轴垂直，液位扫描线范围要包括整个检测区域。相机3建议采用工业黑白相机，黑白相机采集数据量小，而且对图像灰度的表示 更精确。算法处理装置4可选用DSP或工控机等可编程处理器。算法处理装置4中实现一种饮料灌装后液位检测方法主要包括三部分，即液位扫 描单元5、液位获取单元6和质量判别单元7。图片进入算法处理装置4之后液位扫描单元5首先进行液位扫描的工作，根据现 场液位的变动区域，设定液位扫描线的起始a轴坐标和结束a轴坐标，液位扫描线的条数和 间隔，液位扫描线条数越多越密则液位求取精度越高，不过实时性却随着液位扫描线条数 的增多而降低。液位扫描线是多条与液位所在的坐标轴(b轴)垂直的平行直线。液位扫描采用自定义条数的扫描线沿与液位线10垂直的方向在液位检测区域内 寻找扫描线上灰度变化最强烈的点，像素灰度变化强度用该像素灰度值和沿扫描线反方向 的相邻像素灰度值的差的绝对值表示，如像素Pi灰度变化强度intensity的计算公式为
intensity:|gpl-gp2| ；
其中gpl表示像素Pi灰度值，gp2表示像素pi沿扫描线反方向的相邻像素p2的灰度值。液位扫描单元5计算所有扫描线上的像素的灰度变化强度并记录所有扫描线上 灰度变化强度最高的点的a轴坐标，将这些坐标数值保存为液位待检点。液位获取单元6接收液位扫描单元5提供的液位待检点，并寻找液位待检点数值 分布最集中的区域(区域大小可设定)，记录区域内所有待检点数值为液位点。液位点寻找步骤如下(假设液位扫描线起始a坐标值为f，终止a坐标值为t，可变 大小区域半径为r)
a)设置区域内液位待检点最大值mnum的初始值为0，区域中心位置c初始值为液位扫 描线起始a坐标值f (f值设定为现场可能出现的最低液位所在位置a坐标值)，终止值为 液位扫描线终止a坐标值t (t值设定为瓶口所在位置a坐标值)，区域半径为r ；
b)计算所有液位待检点中数值在c_r与c+r之间的液位待检点个数num，如果num大 于mnum,贝U mnum=num,修改液位区域中心点levelcenter=c ；
6C)将c值加1，如c>t，转到步骤(4)，否则转到步骤(2)；
d)记录所有液位待检点中数值在levelcenter-r与levelcenter+r之间的液位待检 点为液位点。液位获取单元6获取到所有液位点之后，根据液位点数值和图像与待检品匹配关 系计算液位的实际值，具体步骤为
(1)计算所有液位点的数值和sum;
(2)计算液位点的平均值得到液位线10的a轴坐标lev=Sum/mnum；
(3)根据工业相机获取的图像和待检品匹配关系计算液位，设拍摄视野内待检品最低 处(相对液位)对应的a坐标值为low，对应的待检品实际高度为h，每像素对应的待检品高 度为pixh，则液位实际高度level为
level=h+ (lev-low)*pixh ；
质量判别单元7接受液位获取单元6给出的液位值与预先设定的液位上限值和下限值 比较，如液位值在上限值和下限值之间则认为液位合格，否则认为液位不合格，液位上限值 和下限值根据企业所能容忍的最大最小灌装量和灌装设备的精度设定，如上限值可设定为 距离瓶口 3厘米，下限值可设定为距离瓶口 5厘米。图片处理结束后质量判别单元7将处理结果发送给控制设备8，由控制设备8控制 将灌装不合格的产品剔除。
权利要求
一种饮料灌装后液位检测装置，其特征是，该装置包括光源和相机，所述光源和相机与待检品相配合；所述相机与算法处理装置的液位扫描单元连接；所述算法处理装置还包括液位获取单元和质量判别单元，所述液位扫描单元、液位获取单元和质量判别单元依次连接；质量判别单元还与算法处理装置外的控制设备连接。
2.如权利要求1所述的一种饮料灌装后液位检测装置，其特征是，所述光源选择LED光 源，光源颜色与待检品颜色相匹配，暖色用红色光源，冷色用绿色光源，无色用白色光源。
3.如权利要求1所述的一种饮料灌装后液位检测装置，其特征是，所述相机采用工业 黑白相机。
4.一种采用权利要求1的饮料灌装后液位检测方法，其特征是，该检测方法步骤如下Stepl 首先对采集的待检品图像进行液位扫描工作，根据现场液位的变动区域，设定液位扫描线的信息；Step2 液位扫描单元沿与液位线垂直的方向在液位检测区域内寻找液位扫描线上的 液位待检点；Step3 液位获取单元找到液位待检点数值分布满足条件的区域，记录该区域内所有液 位待检点为液位点；Step4 液位获取单元获取到所有液位点之后，计算出液位在待检品中的实际高度；Step5 质量判别单元接受液位获取单元给出的液位值与预先设定的液位上限值和下 限值比较，如液位值在上限值和下限值之间则认为液位合格，否则认为液位不合格；Step6 控制设备将灌装不合格的产品剔除。
5.如权利要求4所述的一种饮料灌装后液位检测方法，其特征是，在所述的stepl中， 所述的图像是从工业相机中获取的包含液位信息的灰度图像。
6.如权利要求4所述的一种饮料灌装后液位检测方法，其特征是，在所述的stepl中， 所述的液位扫描线的信息包括液位扫描线的条数和间隔。
7.如权利要求4所述的一种饮料灌装后液位检测方法，其特征是，所述step3中，所述 液位点寻找步骤如下a)设置区域内液位待检点最大值mnum的初始值为0，区域中心位置c初始值为液位扫 描线起始a坐标值f，f为现场出现的最低液位所在位置a坐标值，终止值为液位扫描线终 止a坐标值t，t值设定为瓶口所在位置a坐标值，区域半径为r ；b)计算所有液位待检点中数值在c_r与c+r之间的液位待检点个数num，如果num大 于mnum,贝丨J mnum=num,修改液位区域中心点levelcenter=c ；c)将c值加1，如c>t，转到步骤4)，否则转到步骤2)；d)记录所有液位待检点中数值在levelcenter-r与levelcenter+r之间的液位待检点 为液位点。
8.如权利要求4所述的一种饮料灌装后液位检测方法，其特征是，在所述的step4中， 所述液位在待检品中的实际高度的计算步骤为1)计算所有液位点的数值和sum；2)计算液位点的平均值得到液位线a轴坐标lev=Sum/mnum；3)根据工业相机获取的图像和待检品匹配关系计算液位，设拍摄视野内待检品最低 处对应的a坐标值为low，对应的待检品实际高度为h，所述最低处是相对液位；每像素对应的待检品实际高度为Pixh，则液位实际高度level为level=h+ (lev—low) *pixh。
全文摘要
本发明公开了一种饮料灌装后液位检测装置及方法，通过处理工业相机获取的图像，检测饮料灌装后的液位信息。该发明中的算法包括液位扫描单元，液位获取单元，质量判别单元三个部分，通过液位所在区域的灰度变化来达到检测液位的目的，本算法检测液位测量精度高，实时性好，且对人体不会造成任何伤害。既可以采用本发明叙述的方法做成单独的产品，也可以方便的添加到现有的视觉检测装置内，扩展现有系统的功能，拥有广泛的应用价值。
文档编号G01F23/00GK101858768SQ20101017212
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者于海亮, 吴艳丽, 张业伟, 马思乐, 黄彬 申请人:山东大学