一種基于ccd的精油灌裝計量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種灌裝計量方法，特別涉及一種基于CCD的精油灌裝計量方法。
【背景技術】
[0002] 灌裝是化工、食品、制藥等生產過程中最重要的生產環節。其中，精油、口服液、針 劑等通過復雜工藝的提取生產出來的經濟價值較高的產品，對生產環境、灌裝精度、灌裝瓶 完好程度、封裝質量等方面都有著更為嚴格、苛刻的要求。這就使得小容量、低污染、高精度 的精油灌裝機械從廣義的包裝機械中發展成為一個相對獨立的分支。
[0003] 精油灌裝機的定量調整是灌裝機使用過程中必不可少的一個重要工作內容，在 傳統的定量式精油灌裝機中定量調整都是通過機械的方式進行并且需要配備專業的維修 人員，例如定量杯式精油灌裝機是通過調整定量杯內活塞的位置來實現定量的調整，這種 方式需要調試人員具有較豐富的調試經驗，并且在調試過程中要反復測試，整個調試過程 時間較長，在灌裝過程中出現定量波動時，必須停機才能進行調試。隨著自動控制技術的 日益發展和成熟，也為簡化精油灌裝機的定量控制和調整提供了有效的手段。之后出現了 稱重式精油灌裝機，稱重式灌裝機是指在每個灌裝工位上安裝一個高精度動態電子秤，通 過計量電子秤上重量來實現定量灌裝。其優點是適用于不同粘度的液體灌裝，也適用于有 氣泡的液體灌裝，但是其設備技術要求高，元件價格昂貴，且實時效應及灌裝精度較差，現 場環境要求較高，抗干擾能力較差。近年來，出現了激光反射測量法，其原理為將一束激光 從灌裝瓶中被測精油液位的斜上方射入，激光器所反射的光束被線陣CCD接收并采集。伴 隨著灌裝瓶內液位的變化，激光束與液面的接觸點也隨之發生變化，這使得線陣CCD接收 到的光束所在的像素位置同樣發生相應的變化，將圖像上相應的像素位置變化點與實際的 液位位置對應起來，就能求出實際變化了的液位信息。該方法結構簡單、靈活性強，比較適 用于粘稠液體的灌裝計量，缺點是裝置的體積較大、可測量程較小、精油液面有較大的波動 時，測量精度將很難保證。因此，研宄出一種高精度、實時、定量的精油灌裝液位檢測的方法 對于精油灌裝行業的發展具有重要的意義。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了解決現有精油灌裝液位檢測方法存在精度低、量程小、定量 不準確的問題，而提供一種基于CCD的精油灌裝計量方法。
[0005] 本發明包括以下步驟：
[0006] 第一步、彳目息米集：
[0007] 將散光板、熒光燈、透明灌裝瓶、成像凸透鏡和線陣CCD依次順序排列放置，利用 散光板對光線的散射作用，使熒光燈發射出的平行光線成為散射光，散射光經過透明灌裝 瓶內的精油折射后，再經過成像凸透鏡成放大實像折射，最后投射到線陣CCD上，精油液位 信號被成像到線陣CCD上；
[0008] 設置坐標系，橫坐標表示線陣(XD從起始端到底端依次排列的像素點，縱坐標表 示每個像素點采集到的光強，通過分析線陣CCD采集到的精油液位圖像信息可知，縱坐標 值越大表示采集到的光強越小；
[0009] 已知灌裝瓶內液面的上方和下方兩部分各自的光強趨勢一致，其中液面下方由于 液柱對光線的會聚作用，光線較亮，反映到圖像上就是一條產生了略不平滑的階躍突變的 曲線，突變處即為液面的位置。
[0010] 第二步、圖像數據分析：
[0011] 由于灌裝精油液位會有一些氣泡產生，所以在氣泡和液體的交接范圍，光強的變 化是漸進的，所以圖像上會出現光強的變化帶，截取這個光強的變化帶，找到一個臨界值， 是低于臨界值為液體，高于則為氣體，臨界值處即為精油灌裝的液位值。
[0012] 第三步、圖像的邊緣檢測：
[0013] 本發明利用LOG (Laplacian of Gaussian)算子，即拉普拉斯-高斯算子，是一種 將高斯濾波和拉普拉斯檢測算子結合在一起進行邊緣檢測的方法，對于所得到的二維圖像 信號f(x，y)，首先利用高斯函數進行平滑濾波，其函數為：
【主權項】
1. 一種基于CCD的精油灌裝計量方法，其特征在于：包括W下步驟： 第一步、信息采集： 將散光板（1)、巧光燈（2)、透明灌裝瓶（3)、成像凸透鏡（4)和線陣CCD(5)依次順序排 列放置，利用散光板（1)對光線的散射作用，使巧光燈（2)發射出的平行光線成為散射光， 散射光經過透明灌裝瓶（3)內的精油折射后，再經過成像凸透鏡（4)成放大實像折射，最后 投射到線陣CCD(5)上，精油液位信號被成像到線陣CCD(5)上； 設置坐標系，橫坐標表示線陣CCD(5)從起始端到底端依次排列的像素點，縱坐標表示 每個像素點采集到的光強，通過分析線陣CCD(5)采集到的精油液位圖像信息可知，縱坐標 值越大表示采集到的光強越小； 已知灌裝瓶內液面的上方和下方兩部分各自的光強趨勢一致，其中液面下方由于液柱 對光線的會聚作用，光線較亮，反映到圖像上就是一條產生了略不平滑的階躍突變的曲線， 突變處即為液面的位置； 第二步、圖像數據分析： 由于灌裝精油液位會有一些氣泡產生，在氣泡和液體的交接范圍，光強的變化是漸進 的，圖像上會出現光強的變化帶，截取該個光強的變化帶，找到一個臨界值，是低于臨界值 為液體，高于臨界值為氣體，臨界值處即為精油灌裝的液位值； 第=步、圖像的邊緣檢測： 利用LOG算子，將高斯濾波和拉普拉斯檢測算子結合在一起進行邊緣檢測，對于所得 到的二維圖像信號f(X，y)，首先利用高斯函數進行平滑濾波，其函數為：
其中： X為線陣CCD的像素點；y為每個像素點采集到的光強； 5為方差值； 高斯函數G(x，y)是一個圓對稱函數，它對圖像的平滑程度可通過參數5來進行調節； 上述二維圖像信號為f(x，y)，設濾波后的圖像函數為g(x，y)，通過卷積運算對圖像進行線 性平滑濾波，公式為： g(x，y) =f(x，y)*G(x，y)， 對于濾波后的圖像g(x，y)，通過求其二階導數的零交叉點來找出其邊緣點，即通過拉 普拉斯算子對圖像g(x，y)進行邊緣檢測： h(X，y) = ▽ 2[f(X,y)*G(X，y)]， 對g(x，y)進行的拉普拉斯運算可W等效為對G(x，y)的拉普拉斯運算然后與f(x，y) 的卷積，公式為： h(x,y) =f(x,y)*V'G(x,y), 式中▽2G(x，y)為LOG算子，進一步可得：
其中： X為線陣CCD的像素點；y為每個像素點采集到的光強； 5為方差值； 第四步、精油液位的標定： 實際的液位值與線陣CCD的各像素點具有線性對應關系，而測量裝置給出的精油液位 特征值正是通過線陣CCD上的特征像素點來表示的，因此，在標定過程中，將實際液位值與 線陣CCD上相應的特征像素點相對應起來，則實際的精油液位值與裝置測得的特征液位值 可對應上； 實際液位值可通過游標卡尺實時量得到，特征像素點通過液位提取算法給出，通過多 組標定數據進行線性擬合即可得到標定曲線，暫假設為： y=P1X+P2， 其中： X為特征像素點；y為實際液位值； Pi為實際液位與特征像素點之間函數斜率； P2為關系式常數； 第五步、與CPU通信： 將測得的精油實時液位值傳送到CPU,CPU通過預設定的控制方法來調節電機W及精 油灌裝計量調節單元。
【專利摘要】本發明公開了一種基于CCD的精油灌裝計量方法，利用高分辨率的線陣CCD將包含有灌裝瓶中精油液位信息的光強信號快速的采集出來，采集到的精油液位圖像經過處理，提取出特征帶，對特征帶進行邊緣檢測處理，即通過高斯濾波及拉普拉斯檢測算子提取出精油液位變化的臨界面，再通過實驗測得實際精油液位與線陣CCD特征像素點的對應關系，得出多組數據，對其進行線性擬合得出線性表達式，即可得出灌裝瓶內精油的液位實際信息，再經CPU控制其達到我們所期望的定量灌裝的目的；本發明具有反應速度快，檢測精度高，抗干擾能力強，并適合多種精油的灌裝，具有普遍性，具有很高的可靠性和穩定性。
【IPC分類】G01F23-292
【公開號】CN104848918
【申請號】CN201510306618
【發明人】尤文, 張旭龍, 魏紅波, 李亞洲, 徐生欣
【申請人】長春工業大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年6月6日