基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)*

摘 要：基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，利用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、5G通信網(wǎng)絡(luò)及云服務(wù)器對(duì)產(chǎn)品包裝過(guò)程中的外部包裝材料的質(zhì)量狀況進(jìn)行檢測(cè)，解決目前產(chǎn)品包裝外觀(guān)檢測(cè)設(shè)備信息孤島、參數(shù)調(diào)整效率低、調(diào)整過(guò)程影響產(chǎn)線(xiàn)工作等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：云端協(xié)同；5G通信；視覺(jué)檢測(cè)；質(zhì)量檢測(cè)

*基金項(xiàng)目：安徽省科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（基于5G通信的云化視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)研發(fā)），項(xiàng)目編號(hào)：202003a05020002

0 引言

產(chǎn)品的包裝質(zhì)量關(guān)系到生產(chǎn)企業(yè)的品牌形象和用戶(hù)口碑，有包裝質(zhì)量缺陷的產(chǎn)品流入市場(chǎng)，會(huì)對(duì)企業(yè)造成不良的影響。為了保證最終產(chǎn)品的包裝質(zhì)量，需要在工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上安裝檢測(cè)設(shè)備，用于檢測(cè)產(chǎn)品包裝過(guò)程中是否存在包裝材料破損、印刷圖案缺失等包裝缺陷，并將存在缺陷的產(chǎn)品進(jìn)行剔除。目前使用最多的是視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備，視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備可代替人眼進(jìn)行測(cè)量和判別，極大提高了測(cè)量的精度、檢測(cè)的準(zhǔn)確率，同時(shí)適用于復(fù)雜惡劣的應(yīng)用場(chǎng)景，能夠?qū)崿F(xiàn)微小尺寸測(cè)量和滿(mǎn)足高速工業(yè)在線(xiàn)檢測(cè)等功能，能最大程度上提高現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的效率 ^[1]。視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備使用過(guò)程中需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)識(shí)別特征，設(shè)定檢測(cè)區(qū)域、算法類(lèi)型、檢測(cè)參數(shù)等，而且需要長(zhǎng)時(shí)間觀(guān)察檢測(cè)效果并對(duì)參數(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化。涉及多臺(tái)設(shè)備或多品牌生產(chǎn)時(shí)，操作人員需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)設(shè)備的參數(shù)調(diào)整，調(diào)整過(guò)程會(huì)影響生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率，參數(shù)設(shè)置不當(dāng)還會(huì)引起質(zhì)量隱患或造成材料浪費(fèi)。

視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備大多屬于工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)外掛產(chǎn)品，其工作狀態(tài)、檢測(cè)參數(shù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等均未加入生產(chǎn)線(xiàn)電控系統(tǒng)，很多設(shè)備處于信息孤島的狀態(tài)，不便于設(shè)備管理人員及時(shí)掌握各檢測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，為保障設(shè)備的正常運(yùn)行企業(yè)將投入更多的人力和物力，使得企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本增加。同時(shí)存在檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的情況，給產(chǎn)品質(zhì)量造成較大隱患。

當(dāng)前，以互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新引領(lǐng)未來(lái)工業(yè)發(fā)展已取得了廣泛共識(shí)。與此同時(shí)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興信息通信技術(shù)快速發(fā)展，進(jìn)入集成突破新階段，為未來(lái)工業(yè)發(fā)展提供了新的思路和契機(jī) ^[2-4]。將云端協(xié)同技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)，可以解決目前檢測(cè)設(shè)備信息孤島、參數(shù)調(diào)整效率低、調(diào)整過(guò)程影響產(chǎn)線(xiàn)工作等不足，使產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備更加數(shù)字化、智能化、高效化。

1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)主要由云端服務(wù)器、本地控制器、工業(yè)相機(jī)、光源、通信模塊等組成，系統(tǒng)組成框圖如圖 1 所示。

云端服務(wù)器提供組網(wǎng)內(nèi)所有本地控制器的集中管理，包含狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、檢測(cè)仿真等功能模塊，實(shí)現(xiàn)本地控制器的高效故障自診斷、智能參數(shù)優(yōu)化等應(yīng)用；本地控制器通過(guò)工業(yè)相機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、在線(xiàn)分析并判斷是否存在產(chǎn)品外觀(guān)缺陷，通過(guò)剔除機(jī)構(gòu)將缺陷產(chǎn)品剔除，同時(shí)將檢測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)通過(guò)通信模塊傳輸至云端服務(wù)器；工業(yè)相機(jī)負(fù)責(zé)采集待檢產(chǎn)品包裝過(guò)程中的圖像，并經(jīng)過(guò)初步處理后傳輸給本地控制器；光源負(fù)責(zé)對(duì)待檢產(chǎn)品進(jìn)行照明，使得工業(yè)相機(jī)能夠拍攝待檢產(chǎn)品包裝的清晰圖像，便于后續(xù)的圖像處理。

圖1 基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)

云端服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊負(fù)責(zé)本地控制器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取本地控制器的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，判斷各控制器的工作狀態(tài)，及時(shí)向管理人員反饋；②數(shù)據(jù)分析模塊負(fù)責(zé)本地檢測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)分析，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)和橫向、縱向多維度對(duì)比分析，深入掌握各控制器工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升以及質(zhì)量問(wèn)題的追溯；③檢測(cè)仿真模塊負(fù)責(zé)本地控制器的檢測(cè)仿真，構(gòu)建與實(shí)際檢測(cè)過(guò)程對(duì)稱(chēng)的數(shù)字化鏡像，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的快速調(diào)整、智能預(yù)測(cè)，為檢測(cè)設(shè)備參數(shù)調(diào)優(yōu)提供指導(dǎo)；④數(shù)據(jù)管理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、導(dǎo)出、刪除等操作；⑤設(shè)備管理模塊負(fù)責(zé)本地控制器的添加、刪除及診斷測(cè)試等操作。云端服務(wù)器需要對(duì)車(chē)間多臺(tái)本地控制器進(jìn)行集中管理，并進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、檢測(cè)仿真等運(yùn)算功能，需要配置多核多線(xiàn)程的高性能 CPU、高性能高顯存 GPU、高頻內(nèi)存及大容量存儲(chǔ)硬盤(pán)。

本地控制器主要由 CPU 模塊、嵌入式控制器、光源驅(qū)動(dòng)等外圍電路組成，如圖 2 所示。本地控制器通過(guò)圖像處理技術(shù)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并判斷是否存在缺陷，并接收和發(fā)送相關(guān)控制命令，同時(shí)與云端服務(wù)器進(jìn)行通信傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)；工業(yè)相機(jī)負(fù)責(zé)采集待檢產(chǎn)品的圖像并進(jìn)行初步處理后傳送至本地控制器；光源以合適的方式將光線(xiàn)投射到待檢產(chǎn)品上，盡可能地突出產(chǎn)品包裝的特征量部分，使需要檢測(cè)的部分與背景之間盡可能地產(chǎn)生明顯的區(qū)別，增加足夠的對(duì)比度。

圖2 本地控制器組成框圖

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，軟件主體設(shè)計(jì)上分為云端服務(wù)器軟件、本地控制器交互軟件、本地控制器控制軟件和本地控制器下位機(jī)軟件 4 個(gè)部分，系統(tǒng)軟件組成框圖如圖 3 所示。

云服務(wù)器軟件用于實(shí)現(xiàn)對(duì)各本地控制器的智能管理，其主要模塊包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、檢測(cè)仿真等。

本地控制器交互軟件主要功能包括提供人機(jī)交互界面、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、參數(shù)設(shè)置、品牌管理等。通過(guò)以太網(wǎng)口和本地控制器控制軟件進(jìn)行通信，通過(guò)通信模塊和云端服務(wù)器軟件進(jìn)行通信。

本地控制器控制軟件作為圖像處理的核心軟件，主要執(zhí)行相機(jī)初始化、圖像數(shù)據(jù)采集、處理與統(tǒng)計(jì)等功能。通過(guò)以太網(wǎng)口和本地控制器交互軟件進(jìn)行通信，通過(guò)串口和本地控制器下位機(jī)軟件進(jìn)行通信。

本地控制器下位機(jī)軟件的功能主要是對(duì)相機(jī)、光源和 I/O 信號(hào)進(jìn)行操作。包含 I/O 信號(hào)處理、編碼器信號(hào)處理、相機(jī)控制、光源控制和串口通信功能模塊。

圖3 系統(tǒng)軟件組成框圖

3 結(jié)束語(yǔ)

基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，利用視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)、5G 通信網(wǎng)絡(luò)及云服務(wù)器對(duì)產(chǎn)品包裝過(guò)程中的外部包裝材料的質(zhì)量狀況進(jìn)行檢測(cè)，可以解決目前檢測(cè)設(shè)備信息孤島、參數(shù)調(diào)整效率低、調(diào)整過(guò)程影響產(chǎn)線(xiàn)工作等不足，使產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備更加數(shù)字化、智能化、高效化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱作付,徐超,葛紅美.機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用[J].包裝工程,2010(3):124-127.

[2] 羅軍舟,何源,張?zhí)m,等.云端融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2020,50(2):195-220.

[3] 陳姣玉,張輝,鄭屹.基于云端融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021(4):35-38.

[4] 杜加懂.5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合應(yīng)用的思考[J].信息通信技術(shù)與政策,2019(11):45-47.

(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年11月期)