基于plc的饮料异物检测系统-华南农业大学本科毕业论文（设计）开题报告

本科毕业论文（设计）开题报告学号: 姓名: 专 业: 电气工程及其自动化年级班级: 14级电气2班学院: 工程学院导师姓名: 华南农业大学本科毕业论文（设计）开题报告题目基于PLC的饮料异物检测控制系统开题日期 2018年1月8号字数要求：3000字以上一、立题依据（根据对指导教师下达的课题任务的学习与理解，阐述课题开展的依据，包括研究目的、意义、国内外研究现状和发展趋势。附10篇左右主要参考文献目录）1.1 研究目的和意义随着社会的发展，人民生活水平的逐渐提高，尤其是近几年来，食品安全事件不断发生，人们对消费品的质量要求日益提高，行业之间的竞争也随之日益激烈，相关的制度和法律法规也日益完善。产品的质量检测是产品生产过程中不可缺少的一个重要环节，每个企业都在使用各种方法以确保投放市场的是百分之百合格的产品。近年来，为了适应广大消费者的巨大需求，矿泉水饮料等瓶装液体产品生产行业快速而平稳的发展。科技在进步，产品的生产和包装设备的自动化程度也越来越高，科学技术是第一生产力，只有不断地研究新的技术，实验并加以应用，才能够使产品的质量提高，生产的成本降低，企业的竞争力增强。目前，生产厂家普遍采用机械设备对瓶装液体进行自动封口，这种封装方式容易导致瓶口的部分材料被碾碎并落入瓶中污染液体。同时，导致瓶装液体中出现杂物的其他原因也有很多，常见的有液体过滤不佳、罐装器具未清洗干净、一些物理原如饮料的结晶和化学原因如发生化学反应等，这些原因使得瓶装液体中会偶尔出现悬浮物、毛发、玻璃屑等各种可见的异物。这些异物的存在极大影响产品的质量。因此需要相关部门采用一定的检测手段对已经封口的瓶装液体进行检测，找到质量不合格的产品，免其危害消费者的健康。在国内，主要采用传统的人工检测的方法，即人工将瓶装液体的成品从生产线上取下，将其轻轻旋转或者翻转瓶装的容器，这样可以使瓶装液体中可能存在的异物运动。对准特殊的光源，若没有异物漂浮，则判定为质量合格的产品，放回生产线，若发现异物，则被认定为不合格产品1。但是人工检测不可避免的出现精度低、效率低、速度慢、漏检率高，检测结果的重复性和一致性差，并且检测人员容易疲劳。为了节约劳动力并保证检测精度，瓶装液体饮料异物的自动检测系统来代替手工检测是一个必然的发展趋势，这便引出了新兴的机器视觉这一检测技术用来作为这一转换的技术支持2。 。1.2 国内外研究现状与发展趋势国外瓶装液体饮料异物检测大都采用机器视觉的方法来进行，通过分析瓶装液体的实时图像，来对产品的质量进行判断。在瓶装液体异物的检测过程中，采用了旋转-急停法，也就是让瓶装容器高速旋转，瓶装液体中的异物会随液体一起运动，立即停止后，通过对塑料瓶中运动目标的检测，来判断液体中是否有异物存在3。在视觉检测设备的生产厂商中，产品性能突出的有德国的塞登纳得、博世和意大利的贝威蒂等公司开发的用于瓶装液体等产品检测的视觉检测设备。这些检测装置都是采用了旋转-急停的方式进行运动分析，以避免瓶身上痕迹或异物的干扰，其检测速度可以达到 200 瓶/分钟以上4。在中国，瓶装液体异物检测目前普遍使用的方法主要有人工灯检法和高效液相色谱法两种。人工灯检法由于技术门槛较低成为最为普遍使用的方法。在人工灯检法中，检测人员在人工灯检机下将被检液体饮料先后置于具有不反光的黑色背景和不反光的白色背景（分别用于检测浅色异物和有色异物）下，通过肉眼观察药液中是否有异物，以此判断是否合格5。人工灯检对工人体能要求高，需要长期高度集中精神，容易导致出错，已经不能适应生产自动化的要求。色谱法分离原理如下：将溶于流动相中的各组分通过与固定相的不同作用导致其从固定相中流出时间不同，最终使其分离。而液相色谱法由色谱法发展而来，使用容器为较粗的玻璃管，该方法可在常温常压下进行，但是也具有柱效低、时间长的缺点。高效液相色谱法也是一种分离分析技术，通过对液相色谱法进行技术上的改进而成，并引入气相色谱的理论，然后采用相应的实验方法和很多其他新技术，使得异物检测系统速度快、效率高。高效液相色谱法也有不同于经典液相色谱法之处，主要是具有更小的填料颗粒，并且颗粒也更均匀6。相较而言，其优点是柱效更高，缺点是流动相输送压强要求更高，以此来抗衡高阻力。高效液相色谱法虽然技术较新，但是由于使用该方法的设备主要来自进口，成本较高，因此不太适合该算法在国内厂家的普及8。但是，上述行业在国内本身就属于新兴领域，加之产品与技术的普及不够，导致机器视觉在检测领域的研究和应用较少，因此我国对工业机器视觉技术的研究，主要还是在理论研究和小型应用系统的开发上，而对集光、机、电、控制、图像检测于一体的视觉检测设备的研制几乎是空白7。目前国内生产厂商中，仅有西安丰唐光电公司研制出全自动智能在线口服液灯检机样机，在检测正确率等方面还未能达到生产厂家的要求。我国还有一些公司在该领域进行了探索性研究，但对视觉检测中的关键技术还掌握不多，大部分还是停留在做国外产品的系统集成上，从而使得国产设备无法与国外同类设备相比，尤其在检测算法方面，国内对从生产线上在大量干扰背景下所获取的实时瓶装液体图像序列中分割出微小点目标，即识别瓶装液体中异物的技术很落后，检测识别问题目前尚无突破性进展，更缺乏实际方法的研究和系统的应用。 参考文献：1秦虹.异形瓶装溶液可见异物的视觉检测技术研究.湖南：湖南大学，2009.2 周博文. 保健酒智能视觉检测机器人技术研究.湖南：湖南大学，2012. 3 刘静寒. 基于机器视觉的瓶装液体异物检测技术研究.安徽：合肥工业大学，2012.4 鲍冉冉. 基于图像处理的瓶内异物自动检测.江苏：东南大学，2009.5 黄超灵. 基于图像处理的瓶装液体异物检测研究.广东：广东工业大学，2008.6 张辉. 医药大输液可见异物的视觉检测机器人技术研究.湖南：湖南大学，2012.7 张书真. 表面缺陷检测实验装置PLC运动控制的实现.安徽：合肥工业大学，2017.8 许明国. 基于机器视觉的药液中可见异物检测技术的研究.湖南：长沙理工大学，2013.9 刘美津. 自动光学检测仪器PLC运动控制技术研究.安徽：合肥工业大学，2017.10 疏义桂. 基于机器视觉的铝塑泡罩包装药品缺陷检测.武汉：华中科技大学，2013.二、研究内容和目标（说明具体研究内容，研究目标和效果）2.1 具体研究内容本课题的主要目的是研究基于机器视觉的plc控制的瓶装液体异物检测技术，本课题的终极目标是建立一个完整的适用于工业现场的机器视觉的瓶装液体异物检测系统。通过对矿泉水瓶的实时图像信息的快速而准确的获取，实现对瓶装液体中存在的异物进行检测、分析研究并进行具体判断，来保证矿泉水的质量，进一步目的则是提高矿泉水生产线的效率和自动化程度。在采集矿泉水瓶图像的时候，如何有效的处理光线、仪器、角度、阴影之间的相互影响；如何在图像分析时能够更快更有效的得到结果；如何满足生产线上矿泉水瓶快速运动的要求，一直是基于机器视觉的瓶装液体异物检测系统实现的几个难点9。所以本课题将计算机图形处理技术和实际应用相结合，围绕实际应用中涉及到的关键的技术进行展开，有以下几个方面的问题：（1）由于光源、仪器、角度等问题，如何能够采集清晰的图像使后续的处理和操作更加方便快捷（2）由于矿泉水瓶图像的背景复杂，如何对采集到的图像抑制噪声，获取有利于后续检测的图像；（3）根据液体中杂质的形状和灰度信息，选择合适的算法进行液体的异物检测与识别，并且要与其它的干扰信息区分开；并且在对图像的分析时要更快更有效，具有实时的检测效率；（4）根据现场情况，如何在工业现场设计并搭建系统，并且如何把检测的最终结果及时的反馈到工业现场。本论文对瓶装液体异物检测技术的研究主要是基于机器视觉和 DSP 等关键技术，由于时间有限，只对其中若干重要的技术进行论证和对比，而并没有对整系统进行全面的研究，从而选择了现已成型的基于机器视觉的瓶装液体异物检测的技术10。根据以上提出的几个问题，本文对其进行了相应的分析，主要研究内容为下几个方面：（1）运用工业摄像机对生产线上的待包装的矿泉水瓶内异物进行机器视觉检测（2）通过图像采集模块和图像处理模块对矿泉水内异物信息处理判断（3）执行系统获得矿泉水图像信息后，控制plc是否对正在被检测的矿泉水进行剔除，如果检测的异物超出规定范围，则命令plc对该矿泉水进行剔除2.2 研究目标和效果 （1）CCD摄像机能够准确精准拍摄出矿泉水饮料内异物情况图片 （2）信息采集模块能精确采集到摄像机拍出的信息 （3）DSP信息处理系统能够用合适的算法判断出拍摄的矿泉水饮料是否为含有超标的异物 （4）如果判断为异物超标，执行系统能精准的命令plc，让plc控制机械剔除含有异物的矿泉水异物而不影响不含异物的矿泉水饮料进行下一步生产工作。 三、拟实施的方案及具体进度计划（实施方案可根据具体情况展开描述，比如研究方法，技术路线，理论分析方法及步骤、模拟仿真方法及步骤、实验方法及步骤，可行性分析等）3.1 拟实施的方案（1）研究矿泉水瓶异物的视觉检测系统的设计，包括成像系统的设计和照明方式以及各种光源、摄像机及镜头的选择。（2）研究矿泉水瓶图像的预处理算法，包括图像的去噪，边缘检测和线性灰度变换。（3）研究瓶装液体异物检测的算法，以及对各种算法的比较和改进。（4）研究基于 DSP 技术的系统搭建并完成测试获得满意的结果。（5）调试出精准的plc控制程序，控制机械臂剔除有异物矿泉水饮料。3.2 具体进度计划2017.12.092017.12.30 了解国内外