基于机器视觉的智能空瓶检测机器人研究

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基于机器视觉的智能空瓶检测机器人以其高速度、高精度、智能自动化的特点成为了当今高速啤酒生产线上必不可少的高科技设备之一。而我国机器视觉的研究和应用还处于起步阶段,对智能空瓶检测机器人的研究几乎是空白,远远落后于国外发达国家的水平。我国啤酒生产的大规模发展,急需国人的努力来填补这一空白。为此,本文对智能空瓶检测机器人进行了深入、系统的研究。 论文综述了当今世界机器视觉技术的发展与应用现状,介绍了与空瓶检测相关的重要机器视觉技术,分析了空瓶检测的技术特点和难点,提出了直线式和旋转式两种机器人的传动结构,设计了智能空瓶检测机器人的机械和电气控制方案,深入研究了多种数字图像检测算法,研制了智能空瓶检测机器人实验系统,完成了所有机械、电气控制部分和软件的设计、安装和调试。 主要工作包括以下几方面: 1、对啤酒行业中空瓶检测的生产需求和工艺流程的要求进行了完整而详细的描述,并在此基础上,通过理论分析和实验总结了机器视觉应用与空瓶检测的特点和难点,得到整个智能空瓶检测机器人的技术需求,提出了智能空瓶检测机器人是集光、机、电一体化的高度综合复杂的工业机器视觉应用系统。 2、在总结了目前与空瓶检测机器人相关的机器视觉技术和国外相关成果的基础上,结合空瓶检测的实际需求,提出了智能空瓶检测机器人系统的整体方案。在机械结构方面,提出直线式和旋转式两种机械传动结构,并详细介绍了直线式空瓶检测机器人的机械布局以及光学成像系统和照明方案。对于系统的电气控制部分,本文提出了基于PC机、基于DSP和基于视觉传感器的三种结构,分析了三种结构的特点,并设计了系统的方案。 3、对数字图像处理技术在空瓶检测中的应用进行了详细地研究,并做了大量的实验。针对空瓶检测的高速、高精度、实时性特点,在总结分析传统数字图像边缘检测技术基础上,提出了用于瓶底、瓶口、瓶身检测的实用算法,并通过试验验证了算法的有效性。 4、对智能信息处理技术在空瓶检测中的应用进行了分析研究和试验。将模糊信息处理技术和神经网络技术用于图像检测,将多传感器信息融合技术用于提高CCD摄像机的动态范围。通过实验发现用模糊信息处理技术进行边缘检测具有可行性,但效果一般,没有明显优越性。而BP神经网络在图像检测中效果较好,有一定的优点,但计算耗时多,在基于PC机的应用系统中,实现高速度的实时检测比较困难,必须借助专用运算器。而采用多传感器图像融合算法,能大幅度地提高CCD摄像机的动态范围。 5、研制开发了智能空瓶检测机器人实验系统,完成了整个系统的机械、电气控制部分的设计、安装和调试,用VC6.0和VB6.0开发了基于PC机的一整套测试和研究的软件平台,建立了空瓶图像数据库,完成了本文所有算法的测试、研究工作,为智能空瓶检测机器人的进一步研究奠定了很好的基础。本文还针对智能空瓶检测机器人实验系统的不足, 拍要 提出了新一代开放型机器视觉实验系统的设计方案。 通过理论分析研究和大量实验证明了本文所提出的针对空瓶瓶口、瓶底、瓶身的数字 图像检测算法等有效性和可行性,解决了空瓶检测机器人应用中的大部分问题,为进一步 的研究开发奠定了4for的基础。
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