一、 引言
包装技术目前广泛应用于食品、日化、药品、和烟草等行业，包装过程由自动化的包装机组操作完成，由于机械及电气的原因经常会出现产品包装材料缺损、偏斜、褶皱等现象[1]。大多行业的包装机组运行速度高无法用人工的方法来检查，随着机器视觉技术[2]的理论和方法不断完善，利用机器视觉技术实现产品包装质量的实时在线检测已变得切实可行。通过机器视觉系统自动识别各包装工位的产品包装质量进行测量、检查和辨识，其实时性强、自动化水平高、非接触无损检测等特点适于自动化产线大批量生产。采用机器视觉方案可提高产品包装的技术水平和自动化程度，可保障产品包装质量的一致性，降低产品的不良率，提高生产效率，降低工人的劳动强度。
近年来随着5G移动通信技术的快速发展，凭借其百兆以上的传输速率、毫秒级的时延、高可靠性等特点，保证其能够与工业各环节融合[3]。本文将5G通信技术与视觉检测技术融合，形成基于5G通信云化包装质量视觉检测系统，实现人员、设备及环境的全方位互联及生产设备的远程实时控制，促使工业生产向着无人化、网络化、智能化和协同化方向发展。
二、结构组成及工作原理
基于5G通信云化包装质量视觉检测系统主要由5G通信网络及云服务器数字孪生体、本地视觉检测系统三部分组成，系统组成框图如图1所示。
本地视觉检测系统，主要利用机器视觉实现对指定检测对象实时检测。机器视觉技术又称计算机视觉技术，通过计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息并进行处理、分析，最终实现检测、测量和控制[2]。本地视觉检测系统主要由控制器、视觉探头、固定支架等组成，系统框图如图2所示。其中视觉探头由工业相机、镜头、相机支架、光源支架、LED光源等组成。该检测装置由固定在包装机运转轴上的增量式编码器提供设备的运动位置信息，到达触发位置时进行光源曝光与图像采集，图像采集完成后上传至控制器，控制器进行图像处理，当设备运行到结果输出位置时控制器根据处理结果向包装系统发送当前当前检测工位的产品包装质量信息。
图1 基于5G通信的云化包装质量视觉检测系统组成框图
图2 本地视觉检测系统组成框图
5G通信网络是检测系统的网络基础，是实现包装质量检测孪生的载体，在本地视觉检测系统布置5G CPE（客户终端设备），控制器通过千兆网线或无线连接5G CPE接入5G通信网络，然后利用专用通信协议与云服务器进行通信，将本地采集的产品包装图像及相关参数传输至云服务器，同时云服务器视觉拉线检测孪生体自优化的相关模型及参数也可以通过5G网络反馈至本地检测控制器进行更新。
云服务器数字孪生体，在云服务器上构建与实际包装质量检测过程对称的数字化镜像，实现产品包装图像的离线仿真计算与二次复检，实现参数变化的实时预测，节省物理资源，降低在线检测需要长时间跟踪优化的成本，实现高效的自诊断、柔性智能检测与智能参数优化，大幅提升产品包装质量检测的智能化水平。用户可以通过网络访问云服务器的人机交互应用软件进行远程运维等操作。
本地视觉检测系统的检测处理流程如图3所示，控制器实时读取增量式编码器信号，当机器运行到设定的相机触发相位时，控制相应的视觉探头进行光源曝光、相机触发拍照等操作。工业相机完成图像采集后通过USB端口将图像上传至CPU模块，CPU模块对拍摄的图像进行相应处理。灰度化处理[4]有利于提高后续处理的速度，对灰度化的图像投影、边缘检测、像素统计、完整性分析等操作，当图像处理分析出缺陷类型时向包装机控制柜输出相应的剔除信号。
图3 本地视觉检测系统图像处理操作流程图
三、 结语
基于5G通信的云化包装质量视觉检测系统，采用视觉检测技术解决产品在自动化包装产线上出现的包装材料丢失、破损、偏斜、褶皱等问题，避免缺陷产品进入市场造成质量事故。同时提供图像数据上传云服务器进行云端二次复检，参数变化的实时预测及实际检测过程优化指导，大幅度提升视觉检测系统的智能化水平。
[参考文献]
[1] 朱作付,徐超,葛红美. 机器视觉技术在包装领域的应用[J].包装工程.2010(03):124-127.
[2] 张兴兰. 基于机器视觉的包装缺损检测方法[J].重庆工学院学报(自然科学版) .2009,23(5):84-88.
[3] 杜加懂. 5G与工业互联网融合应用的思考[J]. 信息通信技术与政策.2019(11):45-47.
[4] 彭溦汐,赵冠先,王志前.基于图像识别系统的灰度化算法研究与效率分析[J]. 电子世界.2014(07):105.