文/chris Mc Loone

美国Worldwide Glass Resources公司是一家玻璃瓶制造商，生产各种不同形状和尺寸的玻璃瓶，用于包括COVID-19测试盒等多种用途。在生产过程中，这家公司要求对玻璃瓶的尺寸进行100%检测。

在安装视觉检测系统之前，该公司主要通过人工手动检查下线的玻璃瓶。“人工检测最大的问题是，由于需要检测玻璃瓶的所有属性，人工检测方法需要使用各种量具，如环形量具、螺纹量具和总长度量具，因为玻璃瓶是通过传送带连续被送到检验员面前的，人工检测还是存在一定困难的。”Worldwide Glass Resources公司运营经理Ed Poisker说道。

“除此之外，人工检测也很难实现100%的检测，因为人会感到疲劳。很显然，增加视觉检测系统能帮我们节省劳动力。以前，我们每台机器上都有一名检查员，现在我们两台机器安排一名检查员就够了。检察员要看的东西少了，因为他们只需要检测外观上的缺陷，而不是尺寸上的缺陷。”

该公司有几台小瓶生产设备，并在所有设备上使用视觉系统进行尺寸检测。该公司与德国Isotronic公司建立了长期合作关系，Isotronic公司拥有30年的历史，致力于为药瓶和玻璃瓶包装行业提供高质量保证，目前已经向Worldwide Glass Resources公司提供了10套视觉系统。

Worldwide Glass Resources公司最近一次安装的应用（大约1.5~2年前），使用Isotronic VialChecker视觉系统来测量玻璃瓶的瓶口（开口端）。要测量的瓶口主要有两种类型：一种是螺纹口，另一种是铝封口，即将铝压在瓶子的顶部。

Poisker说：“我们用Isotronic VialChecker系统检查螺纹的大直径；螺纹的小直径；螺纹的起点，也就是从顶部到螺纹开始的地方；瓶口的颈部长度；以及小瓶的整体直径。同样，对于铝制密封圈来说，关键的是密封圈的外径，然后是密封圈的唇厚。这些是我们测量的主要参数。另外，也可以测量瓶口的半径和角度等。”

图1：图中显示的是在小瓶检测系统中，用于保护相机的外壳。（图片来源：Worldwide Glass Resources）

在这套VialChecker检测系统中，包括一台型号为uEye CP 5250的IDS工业相机（见图1），该相机安装在一个Colibri相机外壳中，起到保护作用；系统中还包括了CCS America公司的LED光源，一个人机界面，以及放置计算机、传感器、模拟I/O口和电源的机柜。

图2：IDS uEye CP相机（UI-5250CP Rev.2）具有以太网接口，速度高达1.0Gbps。该相机可提供全GigE速度，以太网供电（PoE）允许工作距离长达100m。（图片来源：IDS）

IDS的uEye CP相机（UI-5250CP Rev.2）具有一个以太网接口，速度高达1.0Gbps（见图2）。该相机可提供全GigE速度，以太网供电（PoE）允许工作距离长达100m。

该相机采用Teledyne e2v的CMOS彩色传感器，帧率高达52fps，分辨率为1600×1200像素（1.92MP），像素大小为4.5µm。相机的外观尺寸为29mm×29mm×29mm，重量为51g。传感器格式（光学尺寸）为7.2mm×5.4mm。它还具有一个GigE RJ45可旋接连接器（见图3）。配备C型镜头接口。

图3：IDS uEye CP相机（UI-5250CP Rev.2）具有一个GigE RJ45可旋接连接器。（图片来源：IDS）

该相机与Isotronic公司的VialChecker软件协同工作。VialChecker由VialChecker Geometry软件和 VialChecker Cosmetic软件组成。

“我们有相当标准的计算机视觉算法来分析图像。目前主要有两大类图像分析：一类是产品的几何尺寸属性，如直径、高度、宽度、长度、角度等；另一类是外观属性，即表面缺陷，如裂缝、灰尘、黑点、气泡等。”Isotronic公司首席运营官Valentin Mayer-Eichberger说，“我们还有另一个传感器可以测量玻璃的厚度。”Mayer-Eichberger补充说，该软件是五年前开发的，它是一个标准产品，所有Isotronic的客户都使用相同的软件。“这是每个人都在使用的产品，我们试图让所有的产品保持在同一个版本上。”

VialChecker的测量速度可以达到每分钟120个小瓶，尽管这种应用系统以每分钟18~30件的速度运行。据Poisker介绍，该软件是专门为玻璃瓶制造商设计的，它允许Worldwide Glass Resources公司存储零件，而且有一个工具库来测量常见属性。“因此，这是我们最大的收获——操作人员有了一个很好的工具来工作，我们能够看到我们在生产过程中的位置。VialChecker Geometry提供精度达0.01mm的亚像素测量，而VialChecker Cosmetic提供精度达0.1mm²的外观检查。

VialChecker系统也有一个机柜（见图4），配备了一个用于输入/输出的PLC，用于供电的UPS，一台电脑，以及其他传感器和模拟输入。

图4：VialChecker系统有一个机柜，配备了一个用于输入/输出的PLC、用于供电的UPS、一台电脑以及其他传感器和模拟输入。（图片来源：Isotronic）

人机界面（见图5）是一个工业触摸屏，屏幕尺寸为22~24英寸。

图5：Worldwide Glass Resources公司正在使用的VialChecker系统的人机界面。屏幕尺寸为22~24英寸。（图片来源：Worldwide Glass Resources）。

Worldwide Glass Resources公司的小瓶制造机是分度机，它们与分度输送机相连。这些机器将长玻璃管作为输入，输出小玻璃瓶。相机安装在机器形成小瓶头部后的一个点上，这就是进行尺寸检测的地方。

该系统使用的软件，允许Worldwide Glass Resources公司在小瓶检验不合格时，选择一个剔除位置。使用德国Ambeg公司的取放机器人（旋转和线性执行器），将零件放在传送带上。如果一个小瓶没有通过检查，取放机器人就会将这个不合格的小瓶丢进一个废品箱。

据Poisker说，这个系统的安装过程也面临挑战，其中包括在油腻和肮脏的环境下，保持镜头和背光灯的清洁。

Mayer-Eichberger补充说：“我们必须适应一个相当恶劣的环境。离视觉系统很近的地方有气体火焰。气体火焰在玻璃瓶中产生反射。因此，从视觉的角度来看，我们要对抗大量的反射，这些反射并不能给我们带来非常准确的图像。必须对系统进行调整，例如，如果背光太大，离产品太近，就会有侧光进入玻璃的边缘。而且，它们的作用就像一个镜头，所以不会得到一个尖锐的边缘。必须调整背光与产品和镜头的距离和位置。”

Poisker补充说：“在背光方面，我们也做了很多努力。早期，我们使用的是一个红色背光，但是根据小瓶的尺寸不同，并不能得到清晰的图像。因此，我们通过在它前面放上盾牌（见图1）来减少背光的尺寸。”

对于Worldwide Glass Resources公司来说，有几件事情即将发生，包括转向100%外观检查。Poisker解释说，与尺寸检查一样，现在产品的外观检查依然靠人工检查。“有疲劳感、工作时间长、检查员并不能100%地检查每一个小瓶，这些因素综合在一起，导致存在着将外观有缺陷的产品送到客户手中的风险。”他说，在这种情况下，他们希望这些缺陷只是不影响使用的瑕疵，而不是裂缝或缺口等硬伤。“因此，我们将使用Isotronic提供的系统来满足外观检查的需要。外观检测是我们进入自动化生产的切入口，这也将为我们带来很多好处。”

Worldwide Glass Resources公司最近还安装了另一套VialChecker系统。虽然这套系统是专门测量小瓶开口的尺寸，但是新系统中将包括两台相机，一台用于检查小瓶的开口，第二台是为一个客户准备的，这个客户要求我们测量小瓶的内径，所以只有在传送带上才能正确进行测量。

对Poisker来说，也许最重要的是，视觉系统的采用帮助公司提高了生产质量和过程控制。Poisker说：“它不仅能很好地保障客户不会得到任何有缺陷的产品，而且它也是机器操作员的一个很好的工具。”机器操作员设置机器，可以看到哪里偏离了标称值，从而能够真正实现减少废品和减少缺陷。

视觉系统还使操作员能够更快地完成工作变更。过去，他们会生产一个零件，然后用卡尺或量具进行测量，直到他们能使零件符合规格。有了视觉系统，我们生产的所有零件都在一个库中，现在只有在正确的位置打开窗口，就可以开始检测了。”

Poisker还阐述了视觉系统对公司的价值。“我在早期试图建立我自己的自制系统时很挣扎。我的建议是寻找这些已经存在的软件包，这会节省大量的工程时间，也会得到一些很好的支持。早期，当我们规模较小，没有很多资金的时候，购买前两个系统对我们来说是相当大的投资。我不后悔这样做。从大的方面来说，这就是你的客户想要看到的东西——100%的零件检测。如果我要给任何人任何建议，那就是进行投资，确保你的客户得到好的零件。”