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

摘 要：基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測系統，利用視覺(jué)檢測技術(shù)、5G通信網(wǎng)絡(luò )及云服務(wù)器對產(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，解決目前產(chǎn)品包裝外觀(guān)檢測設備信息孤島、參數調整效率低、調整過(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；質(zhì)量檢測

*基金項目：安徽省科技重大專(zhuān)項項目（基于5G通信的云化視覺(jué)檢測系統研發(fā)），項目編號：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)上安裝檢測設備，用于檢測產(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)檢測設備，視覺(jué)檢測設備可代替人眼進(jìn)行測量和判別，極大提高了測量的精度、檢測的準確率，同時(shí)適用于復雜惡劣的應用場(chǎng)景，能夠實(shí)現微小尺寸測量和滿(mǎn)足高速工業(yè)在線(xiàn)檢測等功能，能最大程度上提高現代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的效率 ^[1]。視覺(jué)檢測設備使用過(guò)程中需要操作人員根據經(jīng)驗識別特征，設定檢測區域、算法類(lèi)型、檢測參數等，而且需要長(cháng)時(shí)間觀(guān)察檢測效果并對參數進(jìn)行不斷優(yōu)化。涉及多臺設備或多品牌生產(chǎn)時(shí)，操作人員需要花費大量時(shí)間進(jìn)行檢測設備的參數調整，調整過(guò)程會(huì )影響生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率，參數設置不當還會(huì )引起質(zhì)量隱患或造成材料浪費。

視覺(jué)檢測設備大多屬于工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)系統外掛產(chǎn)品，其工作狀態(tài)、檢測參數、統計數據等均未加入生產(chǎn)線(xiàn)電控系統，很多設備處于信息孤島的狀態(tài)，不便于設備管理人員及時(shí)掌握各檢測設備的工作狀態(tài)，為保障設備的正常運行企業(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)存在檢測設備出現故障未被及時(shí)發(fā)現的情況，給產(chǎn)品質(zhì)量造成較大隱患。

當前，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。與此同時(shí)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數據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 ^[2-4]。將云端協(xié)同技術(shù)應用到產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測，可以解決目前檢測設備信息孤島、參數調整效率低、調整過(guò)程影響產(chǎn)線(xiàn)工作等不足，使產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量檢測設備更加數字化、智能化、高效化。

1 結構組成及工作原理

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

云端服務(wù)器提供組網(wǎng)內所有本地控制器的集中管理，包含狀態(tài)監測、數據分析、檢測仿真等功能模塊，實(shí)現本地控制器的高效故障自診斷、智能參數優(yōu)化等應用；本地控制器通過(guò)工業(yè)相機采集現場(chǎng)數據、在線(xiàn)分析并判斷是否存在產(chǎn)品外觀(guān)缺陷，通過(guò)剔除機構將缺陷產(chǎn)品剔除，同時(shí)將檢測數據及相關(guān)參數通過(guò)通信模塊傳輸至云端服務(wù)器；工業(yè)相機負責采集待檢產(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；光源負責對待檢產(chǎn)品進(jìn)行照明，使得工業(yè)相機能夠拍攝待檢產(chǎn)品包裝的清晰圖像，便于后續的圖像處理。

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

云端服務(wù)器主要實(shí)現以下功能：①狀態(tài)監測模塊負責本地控制器的實(shí)時(shí)監測，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數據分析模塊負責本地檢測設備的數據分析，通過(guò)對生產(chǎn)數據的存儲、統計和橫向、縱向多維度對比分析，深入掌握各控制器工作狀態(tài)，實(shí)現生產(chǎn)效率的提升以及質(zhì)量問(wèn)題的追溯；③檢測仿真模塊負責本地控制器的檢測仿真，構建與實(shí)際檢測過(guò)程對稱(chēng)的數字化鏡像，實(shí)現參數的快速調整、智能預測，為檢測設備參數調優(yōu)提供指導；④數據管理模塊負責數據庫的數據導入、導出、刪除等操作；⑤設備管理模塊負責本地控制器的添加、刪除及診斷測試等操作。云端服務(wù)器需要對車(chē)間多臺本地控制器進(jìn)行集中管理，并進(jìn)行狀態(tài)監測、數據統計分析、檢測仿真等運算功能，需要配置多核多線(xiàn)程的高性能 CPU、高性能高顯存 GPU、高頻內存及大容量存儲硬盤(pán)。

本地控制器主要由 CPU 模塊、嵌入式控制器、光源驅動(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)對圖像數據進(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)數據；工業(yè)相機負責采集待檢產(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，使需要檢測的部分與背景之間盡可能地產(chǎn)生明顯的區別，增加足夠的對比度。

圖2 本地控制器組成框圖

為了實(shí)現系統的各項功能，軟件主體設計上分為云端服務(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軟件 4 個(gè)部分，系統軟件組成框圖如圖 3 所示。

云服務(wù)器軟件用于實(shí)現對各本地控制器的智能管理，其主要模塊包括狀態(tài)監測、數據分析、檢測仿真等。

本地控制器交互軟件主要功能包括提供人機交互界面、數據統計、參數設置、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，主要執行相機初始化、圖像數據采集、處理與統計等功能。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軟件進(jìn)行通信。

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

圖3 系統軟件組成框圖

3 結束語(yǔ)

基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀(guān)質(zhì)量檢測系統，利用視覺(jué)檢測技術(shù)、5G 通信網(wǎng)絡(luò )及云服務(wù)器對產(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，可以解決目前檢測設備信息孤島、參數調整效率低、調整過(guò)程影響產(chǎn)線(xiàn)工作等不足，使產(chǎn)品外觀(guān)質(zhì)量檢測設備更加數字化、智能化、高效化。

參考文獻：

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

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[3] 陳姣玉,張輝,鄭屹.基于云端融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系結構設計[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)融合應用的思考[J].信息通信技術(shù)與政策,2019(11):45-47.

(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年11月期)