基于SOPC技術(shù)的PET瓶缺陷檢測系統設計

摘 要：介紹基于SOPC技術(shù)的PET瓶缺陷檢測系統的軟、硬件設計方法。利用SOPC Builder在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ軟核處理器作為控制核心，在A(yíng)valon總線(xiàn)上掛接接口模塊和用戶(hù)自定義邏輯模塊，于NIOSⅡ中使用C++編程實(shí)現圖像檢測判別準則，并加上FPGA的外圍單元，共同完成系統主要的功能設計。實(shí)驗結果表明，該設計方法可行、可靠，檢測效果快速精確。該設計在圖像處理中采用并行處理設計，其應用上具有一定的幫助性和可借鑒性，也證明FPGA在圖像處理方面的優(yōu)越性。采用FPGA并行處理的方法進(jìn)行圖像識別，系統處理速度快、集成度高、成本低、維護方便。
關(guān)鍵詞：NIOSⅡ；SOPC Builder；FPGA；圖像處理

0 引 言
隨著(zhù)生活水平的提高，飲料的市場(chǎng)需求量也不斷增加，產(chǎn)品的質(zhì)量已成為生產(chǎn)廠(chǎng)商和消費者關(guān)注的問(wèn)題。目前，市場(chǎng)上幾乎所有的飲料瓶都是采用PET(環(huán)保塑膠)切片來(lái)注塑加工成型的。在進(jìn)行灌裝的工序時(shí)，高速旋蓋子系統中PET瓶會(huì )出現蓋擰松、高蓋和歪蓋等情況；這些情況中輕微的會(huì )導致產(chǎn)品外觀(guān)不美觀(guān)，嚴重的會(huì )導致飲料內部質(zhì)量發(fā)生變化。所以為了減少不合格品的數量，需要增加必要的檢測工序。
傳統的方法是在計算機中利用軟件實(shí)現圖像處理系統，這是一個(gè)相對耗時(shí)的過(guò)程，而且對于處理速度要求很高的檢測系統來(lái)說(shuō)，用這種方法也會(huì )逐漸不能滿(mǎn)足現代化大生產(chǎn)的高速生產(chǎn)節拍要求，給視覺(jué)檢測實(shí)現100 %在線(xiàn)檢測方面帶來(lái)了局限性。FPGA器件的可編程片上系統(SOPC)在設計的靈活性、功能的可裁剪性和軟硬件的可編程性上具有良好的集成度和成本較低等特點(diǎn)，為圖像處理系統帶來(lái)了新的解決方案，并具有極大的靈活性。目前并行處理是解決系統實(shí)時(shí)性問(wèn)題的有效方法。

l 系統硬件的實(shí)現
設計采用FPGA芯片EP2C35F6726C，利用SOPC技術(shù)設計實(shí)現一個(gè)能檢測PET瓶缺陷的系統。即針對PET瓶灌裝后高蓋、歪蓋等缺陷情況進(jìn)行快速檢測判別，以確定并報警剔除不合格產(chǎn)品。系統主要由圖像采集模塊、FPGA圖像處理模塊、圖像顯示模塊和判別模塊四部分組成。系統硬件平臺如圖1所示。

在生產(chǎn)線(xiàn)上待檢測產(chǎn)品經(jīng)過(guò)傳送帶輸送到達指定位置時(shí)，光電傳感器產(chǎn)生感應信號，傳送帶停止一段時(shí)間，系統開(kāi)始進(jìn)行PET瓶缺陷檢測。按下按鍵后由圖像采集模塊(TRDB-DC2)采集圖像數據，通過(guò)硬件器件，將數據RAW轉換成RGB格式，再進(jìn)行圖像預處理，并在SDRAM中保存相應的數據，以利于進(jìn)行后期圖像處理，同時(shí)也可以通過(guò)操作相應按鍵在VGA上實(shí)時(shí)顯示出該圖像。系統在FPGA芯片EP2C35F6726C上配置的NIOSⅡ軟核處理器作為控制核心，并在A(yíng)valon總線(xiàn)上掛接相應的接口模塊和用戶(hù)自定義邏輯模塊，與FPGA的外圍單元共同完成系統后期的圖像處理、實(shí)時(shí)顯示剔除操作等功能。系統硬件設計框如圖2所示。整個(gè)設計采用自上而下的設計方法，在SOPC Builder中搭建系統硬件模塊。將所需的各功能模塊通過(guò)Avalon總線(xiàn)集成。SOPC Builder具有強大的系統集成特性，充分利用現有的IP，大大縮短了設計周期，在很短的時(shí)間內就可以構建一個(gè)穩定的系統，進(jìn)而基于硬件完成系統中各模塊的軟件設計，最后集合成系統，如圖3所示。