杨 阳 赵春磊 查 朦 钱黎明 任俊楠

（1.南通理工学院，南通 226002；2.康美包（苏州）有限公司，苏州 215028）

易拉罐属于饮料行业中必备的一种包装容器，在啤酒、奶粉等产业中也有一定的应用。易拉罐包装具有一定的优势，但在实际使用中可能因为各种各样的因素，使得易拉罐很容易出现空罐污染、空罐变形等缺陷而影响产品的质量，进而影响产品的使用。所以，在易拉罐灌装前，必须检测好易拉罐空罐是否存在缺陷，这是保证产品质量的重要防线。鉴于此，设计了一款易拉罐空罐缺陷检测系统，针对易拉罐空罐的各个部位进行精确、高速的检测。

1 系统设计方案

1.1 系统工作原理

易拉罐空罐缺陷检测系统设计，以将高速的图像处理技术和相机功能相结合为基础，将易拉罐空罐用光线照射，然后利用相机功能，实现对空罐的图像采集。待检测物品触发光线接触到相机后，光源随后开始工作，相机拍照。相机处理图像后，可将处理好的图像高速传输到工控机中进行进一步处理，最后将传输结果输送到可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和信号板上。接收到信号后，将图像传输到检测系统，判定易拉罐是否为不合格产品[1]。

1.2 缺陷检测系统的组成结构

易拉罐空罐缺陷检测系统要求在易拉罐灌装前完成图像采集和处理程序，从而更加精确地找到缺陷并处理缺陷。缺陷检测系统主要包含检测装置、控制系统、计算机系统、负压输送带和剔除装置等结构。

（1）检测装置。检测装置包含相机、半导体光源以及镜头3部分，可全面检测易拉罐空罐。

（2）控制系统。采用PLC控制系统，用于剔除相机采集出来的不合格易拉罐产品，并统计其中不合格的易拉罐数量，为客户数据统计提供依据。为了保证PLC控制系统和整体系统的通信，需要落实控制系统的各项工作[2]。

（3）计算机系统。计算机系统主要由工控机和显示器组成。一般情况下，缺陷检测的计算机系统主要应用两台工控机协同工作，以便更好地完成易拉罐缺陷检测。

（4）负压输送带。考虑到易拉罐自身质量很小，再加上传输链条的润滑后，在传输易拉罐的过程中很容易出现空罐滑动位移的情况。相关研究发现，易拉罐在进入加速的链条道后，传输中心会有所下移，很大程度上减少了易拉罐倾倒情况的出现。易拉罐缺陷检测系统就是利用气体吸收的原理，适当增加易拉罐底部的重量，确保易拉罐在运输中保持结构稳定。具体操作是在负压输送带中增加电机，确保气体有效吸收，并在传输链道上打上了小孔，防止漏气[3]。

（5）剔除装置。剔除装置的主体结构包含高速高频气缸、气源处理部件和电磁控制阀，用于完成易拉罐空罐缺陷的精准剔除。

2 易拉罐空罐缺陷智能检测系统的设计和应用

2.1 易拉罐空罐系统模块设计

易拉罐是一种薄铁皮制的罐装容器。易拉罐从生产后到被用于饮料的罐装，这一过程中经历的搬运、上下料次数较多，可能导致易拉罐表面出现大大小小的损伤和缺陷。这些缺陷一般存在于罐口、罐身和罐底等部位。其中：罐口缺陷包括缺料、翘边、卷边等；罐身缺陷包括油污、铁屑、罐身凹陷、瘪罐及划痕等；罐底缺陷包括油污、铁屑、罐底变形及划痕等。易拉罐系统主要包括5个模块，分别为采集装置、图像分析模块、数据存储模块、端子缺陷识别模块以及筛选装置，如图1所示。

2.2 易拉罐空罐主要模块的功能实现

2.2.1 数据采集模块

系统借助模拟信号输入函数实现对硬件的有效控制和数据采集。数据采集模块的功能实现需要设计多样化的数据采集通道。要提前设置好数据文件的保存路径、采样频率、点数以及通道号等重要参数[4]。在数据保存路径选择上，应该选择便于管理和调用的数据文件保存形式，将数据文件保存到固定位置，方便浏览查找。对于采集数据的存储，应该在各个通道设置列，便于文件存放。

2.2.2 图像分析模块

通过摄像头采集易拉罐表面图像信息，将图像相关信息数据等动态显示在显示屏中形成在线信号波形，系统会自动将采集到的图像以文件形式储存。使用图像读取模块读取保存的文件，进行均值预处理，展示相应时域和频域的波形数据。其中，时域波形以时间轴为间隔，频域波形以频率轴为间隔。处理模块主要处理相关的信号，处理流程包含带通滤波、包络检波以及低通滤波[5]。对采集到的时域信号进行带通滤波处理后转到包络检波环节，对信号进行调整和变换，最后进入低通滤波，完成图像的整体处理。

2.2.3 缺陷识别模块

缺陷识别模块主要是通过在系统中增加传感器，对易拉罐表面信息进行传感，及时感知异常部分。一些部位出现异常传感信息时，则表示这个部位可能存在缺陷。针对检测到的异常模块信息，系统会将这些易拉罐通过分区通道传送到筛选装置，由专门的技术人员对缺陷进行再次检查、筛选。

2.3 易拉罐空罐缺陷检测流程

当易拉罐经过输送带传输时，会慢慢由普通链道转向负压链道。在负压链道传输时，传输速度要远远高于普通链道，从而通过速度差距将不同的易拉罐隔开一定的间距。在负压链道的传输板上增加小孔，这样在负压作用下易拉罐可以牢牢吸附在负压板上，从而达到稳定传输的目的。当易拉罐传输到光电系统中时，系统会自动开启照明功能和拍照功能，从而采集易拉罐空罐的图像，并进行除噪处理，进一步增强图像的采集质量。当图像采集并处理完成后，需要进一步定位易拉罐空罐的位置。有异常情况的空罐，则会在定位步骤中出现差错，此时可以直接将其视为不合格易拉罐。具体的易拉罐空罐缺陷检测流程，如图2所示。

易拉罐空罐缺陷检测将对成功定位的空罐分割成多个检测单元。考虑到易拉罐的形状各异，还有一些不规则形状，需要借助图像分割处理，对空罐的相应缺陷进行图像信息采集。做好缺陷数据采集和统计后，设计定值的比较，能够对比判断易拉罐的生产是否满足要求。

系统检测时，采用LabVIEW建立虚拟诊断设备。处理电控发动机缺陷检测问题是目前发动机缺陷检测中比较先进的缺陷检测方法，能够在虚拟诊断模型下对发动机故障进行准确诊断。以LMS公司的Testlab软件结构为蓝本，参照东方所的DASP软件，在LabVIEW 7.0虚拟仪器开发平台上，开发出电控发动机振动的状态监测与缺陷检测系统。系统按照功能划分为参数设置模块、数据采集存储及显示模块、幅域分析模块、时域分析模块、频域分析模块、时频分析模块和缺陷检测模块。系统采用M公司提供的PCI-6024E数据采集卡进行信号采集，并按后序数据处理的要求分类存储二进制数据流文件和波形数据文件。

第一，缺陷问诊。系统在使用过程中难免会出现故障，而实践中也经常围绕缺陷检测流程讨论检修方法。问诊是基础，通过对生产员的询问来了解缺陷发生、发展的全过程，以获得相关信息，为进一步诊断打好基础。

第二，症状确认。问诊后不能急于动手，还需要确认症状，因为存在诸多因素可能会使问诊信息在一定程度上失真。比如，生产员提供的信息不够准确。有的信息是因为生产员描述不够准确，有的信息是因为生产员本人对生产情况了解不够详细，因此需要通过缺陷再现确认症状。

第三，直观检查。并非所有的缺陷检测都需要动用诊断仪，有时通过直观检查也可以快速找到缺陷原因或重要线索，因此维修中需要灵活运用多种手段，确保按照由简至繁的原则进行诊断，以提高维修效率。

第四，解码诊断。利用系统中的电控发动机自检测系统读取缺陷码，是检测电控发动机过程中非常重要的一步。缺陷码对调整方向的确定和检测流程具有重要意义。读取缺陷码的方法可分为人工读码和采用仪器检测两种。

3 结语

设计的这款易拉罐空罐缺陷检测系统，能够实现对易拉罐空罐图像的采集和处理。结果表明：智能检测系统能够针对易拉罐的罐口、罐身、罐底各个部位可能存在的异物、变形等缺陷进行有效检测。如今，这款易拉罐空罐缺陷智能检测系统已经广泛应用于社会企业生产的过程，并与其他检测系统配合使用，拥有广阔的应用前景。