基于云端协同的产品包装外观质量检测系统*

发布时间：2022-11-21

关键词：云端协同；5G通信；视觉检测；质量检测

*基金项目：安徽省科技重大专项项目（基于5G通信的云化视觉检测系统研发），项目编号：202003a05020002

0 引言

产品的包装质量关系到生产企业的品牌形象和用户口碑，有包装质量缺陷的产品流入市场，会对企业造成不良的影响。为了保证最终产品的包装质量，需要在工业生产线上安装检测设备，用于检测产品包装过程中是否存在包装材料破损、印刷图案缺失等包装缺陷，并将存在缺陷的产品进行剔除。目前使用最多的是视觉检测设备，视觉检测设备可代替人眼进行测量和判别，极大提高了测量的精度、检测的准确率，同时适用于复杂恶劣的应用场景，能够实现微小尺寸测量和满足高速工业在线检测等功能，能最大程度上提高现代工业自动化生产的效率^[1]。视觉检测设备使用过程中需要操作人员根据经验识别特征，设定检测区域、算法类型、检测参数等，而且需要长时间观察检测效果并对参数进行不断优化。涉及多台设备或多品牌生产时，操作人员需要花费大量时间进行检测设备的参数调整，调整过程会影响生产线的工作效率，参数设置不当还会引起质量隐患或造成材料浪费。

视觉检测设备大多属于工业生产线系统外挂产品，其工作状态、检测参数、统计数据等均未加入生产线电控系统，很多设备处于信息孤岛的状态，不便于设备管理人员及时掌握各检测设备的工作状态，为保障设备的正常运行企业将投入更多的人力和物力，使得企业的生产经营成本增加。同时存在检测设备出现故障未被及时发现的情况，给产品质量造成较大隐患。

当前，以互联网融合创新引领未来工业发展已取得了广泛共识。与此同时，移动互联网、物联网、云计算和大数据等新兴信息通信技术快速发展，进入集成突破新阶段，为未来工业发展提供了新的思路和契机^[2-4]。将云端协同技术应用到产品包装外观质量检测，可以解决目前检测设备信息孤岛、参数调整效率低、调整过程影响产线工作等不足，使产品外观质量检测设备更加数字化、智能化、高效化。

1 结构组成及工作原理

基于云端协同的产品包装外观质量检测系统主要由云端服务器、本地控制器、工业相机、光源、通信模块等组成，系统组成框图如图 1 所示。

云端服务器提供组网内所有本地控制器的集中管理，包含状态监测、数据分析、检测仿真等功能模块，实现本地控制器的高效故障自诊断、智能参数优化等应用；本地控制器通过工业相机采集现场数据、在线分析并判断是否存在产品外观缺陷，通过剔除机构将缺陷产品剔除，同时将检测数据及相关参数通过通信模块传输至云端服务器；工业相机负责采集待检产品包装过程中的图像，并经过初步处理后传输给本地控制器；光源负责对待检产品进行照明，使得工业相机能够拍摄待检产品包装的清晰图像，便于后续的图像处理。

图1 基于云端协同的产品包装外观质量检测系统

云端服务器主要实现以下功能：①状态监测模块负责本地控制器的实时监测，获取本地控制器的实时状态信息，判断各控制器的工作状态，及时向管理人员反馈；②数据分析模块负责本地检测设备的数据分析，通过对生产数据的存储、统计和横向、纵向多维度对比分析，深入掌握各控制器工作状态，实现生产效率的提升以及质量问题的追溯；③检测仿真模块负责本地控制器的检测仿真，构建与实际检测过程对称的数字化镜像，实现参数的快速调整、智能预测，为检测设备参数调优提供指导；④数据管理模块负责数据库的数据导入、导出、删除等操作；⑤设备管理模块负责本地控制器的添加、删除及诊断测试等操作。云端服务器需要对车间多台本地控制器进行集中管理，并进行状态监测、数据统计分析、检测仿真等运算功能，需要配置多核多线程的高性能 CPU、高性能高显存 GPU、高频内存及大容量存储硬盘。

本地控制器主要由 CPU 模块、嵌入式控制器、光源驱动等外围电路组成，如图 2 所示。本地控制器通过图像处理技术对图像数据进行处理并判断是否存在缺陷，并接收和发送相关控制命令，同时与云端服务器进行通信传递相关数据；工业相机负责采集待检产品的图像并进行初步处理后传送至本地控制器；光源以合适的方式将光线投射到待检产品上，尽可能地突出产品包装的特征量部分，使需要检测的部分与背景之间尽可能地产生明显的区别，增加足够的对比度。