項目背景及可行性分析

　　項目名稱、項目的主要內容及目前的進展情況

　　項目名稱：啤酒生產線的啤酒瓶自動檢驗設備。

　　項目背景：整條瓶裝啤酒生產線包括上瓶、驗瓶、裝酒、消毒、加蓋、驗酒、貼標等幾道工序。其中啤酒瓶在線檢測裝置和控制系統(tǒng)是啤酒生產線的重要組成部分，是實現啤酒生產線整線自動化、高效率、低能耗經濟運行的決定性因素之一，也是今后啤酒生產自動化的研究重點。目前國內啤酒企業(yè)使用的關鍵檢測裝置還都依賴進口，這是我國啤酒設備技術發(fā)展中的薄弱環(huán)節(jié)。本課題基于機器視覺技術和FPGA技術，研究的目標就是要制造出技術含量高、功能完善、運行穩(wěn)定可靠的適應高速、高效啤酒生產線的在線檢測和自控系統(tǒng)產品。

　　主要內容：本設備是啤酒生產線整線自動化中的關鍵檢驗裝置，主要用來檢驗啤酒瓶的質量，包括破口，瓶壁帶有霉斑、拉絲、異物、火堿等。本設備基于機器視覺技術，通過FPGA實現。設備通過攝像頭實時獲得生產線上的啤酒瓶照片，針對不同的質量問題，通過相應的圖像分析與識別算法，得出檢驗結果，并將存在質量問題的啤酒瓶自動處理、記錄。管理員可以通過網絡遠程監(jiān)控整個生產線上的檢驗進度。而且系統(tǒng)帶有智能安裝配置向導，引導操作人員快速進行安裝配置設備。本系統(tǒng)大大提高了生產效率，并改善了人員的工作環(huán)境。

　　本方案現在已經完成前期車間調查與可行性分析。正在進行原型設計和算法設計階段。

　　項目關鍵技術及創(chuàng)新點的論述;

　　主要關鍵技術為：圖像快速獲取和預處理技術，啤酒瓶質量分析和識別算法的硬件實現，生產線機械控制改造，遠程網絡監(jiān)控，系統(tǒng)安裝配置程序。

　　創(chuàng)新點為：

　　啤酒瓶破口，霉斑，拉絲，異物，火堿等相關質量指標的識別算法，并通過FPGA硬件實現。

　　針對不同的啤酒瓶質量問題并行檢驗，保證設備快速處理，滿足生產線流水速度。

　　實現啤酒生產線的自動化在線檢驗與處理裝置。通過網絡遠程監(jiān)控，提高生產效率，改善工作條件。

　　系統(tǒng)自帶的安裝配置向導，根據現場環(huán)境進行參數自動調整，并自動指導工程人員安裝設備，從而簡化安裝及維護。

　　硬件裝置的可重用性，通過更換相應軟件，使得本設備用于其他關鍵環(huán)節(jié)檢驗，如驗酒環(huán)節(jié)。

　　技術成熟性和可靠性論述：

　　由于啤酒瓶圖像畫面很干凈，如果啤酒瓶有破口，霉斑，拉絲，異物，火堿等不合格現象，在畫面上將有明顯的特征。目前此方面的圖像識別算法比較容易實現，實時性也較高，可以滿足啤酒生產線的速度。攝像頭像素和處理速度都可以滿足設備的要求。而且本方案已經進行過現場調查，吸取了現場工程人員的建議，在系統(tǒng)設計中加入了可靠性設計。

　　項目實施方案

　　1.方案基本功能框圖及描述

　　從圖1可見，本系統(tǒng)主要由光源、攝像頭、圖像處理單元、控制單元、機械裝置、顯示器、機械部分和遠程監(jiān)控主機等組成，其中圖像處理單元和控制單元由Spartan 3E完成。其職能分別為：光源提供穩(wěn)定的、長效的光源，保證取像質量;攝像頭用于獲取啤酒瓶圖片;控制單元對系統(tǒng)的功能執(zhí)行予以控制;圖像處理單元對數據進行處理、分析，判斷各種不合格現象;顯示器用來顯示檢驗結果和生產線狀況;機械部分完成生產線傳動，啤酒瓶觸發(fā)和實時處理等動作;監(jiān)控主機用來遠程監(jiān)視生產線的狀況。

　　系統(tǒng)主要功能模塊如下：

　　(1)圖像采樣：對生產線上的啤酒進行數字圖像采樣，并做圖像預處理。

　　(2)圖像處理和識別：對采樣圖像做專門的識別算法，檢測圖樣中的污點等不合格現象。

　　(3)控制單元：由FPGA開發(fā)板控制機械裝置，自動處理不合格啤酒，并記錄檢測結果，保證生產線的正常運行。

　　(4)網絡監(jiān)控程序：響應管理人員的網絡監(jiān)控。

　　(5)智能安裝配置向導：在設備安裝過程中，該向導能夠自動設置參數，并指導操作人員進行很方便地安裝和維護。

　　2.需要的開發(fā)平臺

　　系統(tǒng)使用Spartan 3E Starter Board作為核心控制板，外加圖像傳感器模塊，控制裝置，顯示器和網絡監(jiān)控模塊。使用Expansion Connectors，RS232接口，PS/2接口，VGA接口，10/100 M網絡接口和LCD 顯示屏。系統(tǒng)需要實時拍照，獲取啤酒瓶圖像，送入FPGA圖像處理模塊，處理后執(zhí)行控制裝置和顯示設備。生產線管理員可以通過網絡遠程監(jiān)控檢驗情況。設備在安裝和維護時需要使用鍵盤和VGA顯示器配置系統(tǒng)?？紤]到系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能，我們選用Spartan 3E 作為開發(fā)平臺，使用ISE™ design software，以及相應的開發(fā)工具。

　　3.方案實施過程中需要開發(fā)的模塊

　　本方案實施過程中需要開發(fā)的模塊包括：

　　系統(tǒng)安裝配置程序;圖像數據采集模塊;圖像預處理模塊;圖像分析比對模塊;數據記錄處理;機械控制模塊和遠程網絡控制模塊。

　　系統(tǒng)開發(fā)采用整體設計+模塊開發(fā)的方式，對于圖像識別算法的硬件實現，我們先通過matlab軟件仿真，再在FPGA上實現 。

　　系統(tǒng)最終要達到的性能指標

　　(1)系統(tǒng)安裝向導能夠智能配置，方便一般的工程人員很容易地安裝和維護。

　　(2)對啤酒生產線上的產品進行實時檢驗，準確地分辨和處理不合格產品。

　　(3)滿足瓶酒瓶不同類型質量問題的檢驗，并滿足生產線的速度。

　　(4)實時地響應網絡遠程監(jiān)控功能。

　　(5)在啤酒生產車間的環(huán)境條件下能夠正常工作。

　　需要的其它資源

　　1.設計輸入輸出功能子板

　　圖像傳感器模塊：啤酒生產線上的傳速度很快，但啤酒瓶的圖片色彩簡單，因此需要選用的圖像傳感器響應速度快，但對色位要求不高。圖像傳感器通過擴展接口與Spartan 3E開發(fā)板相連。

　　控制裝置：控制裝置需要與啤酒生產線結合在一塊設計，通過擴展接口與Spartan 3E相連。響應速度要符合生產線的要求。

　　2.測試設備

　　萬用表、示波器、頻譜儀、邏輯分析儀等。

　　3.方針、開發(fā)工具

　　ISE™ webpad ，Matlab，labVIEW，Modelsim，SQL server，VisualStudio等