基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀質量檢測系統(tǒng)*

摘 要：基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀質量檢測系統(tǒng)，利用視覺檢測技術、5G通信網(wǎng)絡及云服務器對產(chǎn)品包裝過程中的外部包裝材料的質量狀況進行檢測，解決目前產(chǎn)品包裝外觀檢測設備信息孤島、參數(shù)調整效率低、調整過程影響產(chǎn)線工作等問題。

關鍵詞：云端協(xié)同；5G通信；視覺檢測；質量檢測

*基金項目：安徽省科技重大專項項目（基于5G通信的云化視覺檢測系統(tǒng)研發(fā)），項目編號：202003a05020002

0 引言

產(chǎn)品的包裝質量關系到生產(chǎn)企業(yè)的品牌形象和用戶口碑，有包裝質量缺陷的產(chǎn)品流入市場，會對企業(yè)造成不良的影響。為了保證最終產(chǎn)品的包裝質量，需要在工業(yè)生產(chǎn)線上安裝檢測設備，用于檢測產(chǎn)品包裝過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)品進行剔除。目前使用最多的是視覺檢測設備，視覺檢測設備可代替人眼進行測量和判別，極大提高了測量的精度、檢測的準確率，同時適用于復雜惡劣的應用場景，能夠實現(xiàn)微小尺寸測量和滿足高速工業(yè)在線檢測等功能，能最大程度上提高現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)的效率 ^[1]。視覺檢測設備使用過程中需要操作人員根據(jù)經(jīng)驗識別特征，設定檢測區(qū)域、算法類型、檢測參數(shù)等，而且需要長時間觀察檢測效果并對參數(shù)進行不斷優(yōu)化。涉及多臺設備或多品牌生產(chǎn)時，操作人員需要花費大量時間進行檢測設備的參數(shù)調整，調整過程會影響生產(chǎn)線的工作效率，參數(shù)設置不當還會引起質量隱患或造成材料浪費。

視覺檢測設備大多屬于工業(yè)生產(chǎn)線系統(tǒng)外掛產(chǎn)品，其工作狀態(tài)、檢測參數(shù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等均未加入生產(chǎn)線電控系統(tǒng)，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)營成本增加。同時存在檢測設備出現(xiàn)故障未被及時發(fā)現(xiàn)的情況，給產(chǎn)品質量造成較大隱患。

當前，以互聯(lián)網(wǎng)融合創(chuàng)新引領未來工業(yè)發(fā)展已取得了廣泛共識。與此同時，移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等新興信息通信技術快速發(fā)展，進入集成突破新階段，為未來工業(yè)發(fā)展提供了新的思路和契機 ^[2-4]。將云端協(xié)同技術應用到產(chǎn)品包裝外觀質量檢測，可以解決目前檢測設備信息孤島、參數(shù)調整效率低、調整過程影響產(chǎn)線工作等不足，使產(chǎn)品外觀質量檢測設備更加數(shù)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)品包裝外觀質量檢測系統(tǒng)主要由云端服務器、本地控制器、工業(yè)相機、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(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、檢測仿真等功能模塊，實現(xiàn)本地控制器的高效故障自診斷、智能參數(shù)優(yōu)化等應用；本地控制器通過工業(yè)相機采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、在線分析并判斷是否存在產(chǎn)品外觀缺陷，通過剔除機構將缺陷產(chǎn)品剔除，同時將檢測數(shù)據(jù)及相關參數(shù)通過通信模塊傳輸至云端服務器；工業(yè)相機負責采集待檢產(chǎn)品包裝過程中的圖像，并經(jīng)過初步處理后傳輸給本地控制器；光源負責對待檢產(chǎn)品進行照明，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(xù)的圖像處理。

圖1 基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀質量檢測系統(tǒng)

云端服務器主要實現(xiàn)以下功能：①狀態(tài)監(jiān)測模塊負責本地控制器的實時監(jiān)測，獲取本地控制器的實時狀態(tài)信息，判斷各控制器的工作狀態(tài)，及時向管理人員反饋；②數(shù)據(jù)分析模塊負責本地檢測設備的數(shù)據(jù)分析，通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)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)，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升以及質量問題的追溯；③檢測仿真模塊負責本地控制器的檢測仿真，構建與實際檢測過程對稱的數(shù)字化鏡像，實現(xiàn)參數(shù)的快速調整、智能預測，為檢測設備參數(shù)調優(yōu)提供指導；④數(shù)據(jù)管理模塊負責數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)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。云端服務器需要對車間多臺本地控制器進行集中管理，并進行狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、檢測仿真等運算功能，需要配置多核多線程的高性能 CPU、高性能高顯存 GPU、高頻內存及大容量存儲硬盤。

本地控制器主要由 CPU 模塊、嵌入式控制器、光源驅動等外圍電路組成，如圖 2 所示。本地控制器通過圖像處理技術對圖像數(shù)據(jù)進行處理并判斷是否存在缺陷，并接收和發(fā)送相關控制命令，同時與云端服務器進行通信傳遞相關數(shù)據(jù)；工業(yè)相機負責采集待檢產(chǎn)品的圖像并進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(qū)別，增加足夠的對比度。

圖2 本地控制器組成框圖

為了實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能，軟件主體設計上分為云端服務器軟件、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 個部分，系統(tǒng)軟件組成框圖如圖 3 所示。

云服務器軟件用于實現(xiàn)對各本地控制器的智能管理，其主要模塊包括狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)統(tǒng)計、參數(shù)設置、品牌管理等。通過以太網(wǎng)口和本地控制器控制軟件進行通信，通過通信模塊和云端服務器軟件進行通信。

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

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(tǒng)軟件組成框圖

3 結束語

基于云端協(xié)同的產(chǎn)品包裝外觀質量檢測系統(tǒng)，利用視覺檢測技術、5G 通信網(wǎng)絡及云服務器對產(chǎn)品包裝過程中的外部包裝材料的質量狀況進行檢測，可以解決目前檢測設備信息孤島、參數(shù)調整效率低、調整過程影響產(chǎn)線工作等不足，使產(chǎn)品外觀質量檢測設備更加數(shù)字化、智能化、高效化。

參考文獻：

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[2] 羅軍舟,何源,張?zhí)m,等.云端融合的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系結構及關鍵技術[J].中國科學:信息科學,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)體系結構設計[J].電子技術與軟件工程,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)