電熱毯面料智能檢測系統(tǒng)

劉斌

（成都彩虹電器（集團）股份有限公司，四川 成都 610045）

0 引言

電熱毯生產(chǎn)工藝流程中，質(zhì)量檢測是影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率的關(guān)鍵點?，F(xiàn)有的電熱毯質(zhì)量檢測流程主要依靠人工分析和檢測，長期存在檢測效率不高、良品率難以提升，且隨著產(chǎn)能增長帶來瑕疵產(chǎn)品絕對數(shù)量的不斷攀升等問題[1]。隨著智能制造的各方面基礎(chǔ)技術(shù)和裝備的不斷進步，采用新一代的智能檢測系統(tǒng)融入電熱毯生產(chǎn)工藝流程，面向各種類型的電熱毯面料進行自動化的缺陷檢測，并通過自定義算法的不斷深度學(xué)習(xí)，持續(xù)提高缺陷檢測的效率和性能，使得生產(chǎn)過程中面料質(zhì)量檢測可以獲得持續(xù)的準(zhǔn)確率提升，從而最終將電熱毯生產(chǎn)的良品率提高到極高的質(zhì)量水平。

1 概述

彩虹集團公司是中國生產(chǎn)電熱毯的龍頭企業(yè)，擁有大規(guī)模、多種面料的生產(chǎn)線。

電熱毯面料在生產(chǎn)過程中時常會出現(xiàn)各種各樣的污漬和瑕疵，例如：印花不清晰、有污跡、有接頭等。面料生產(chǎn)出來后，需要進行人工檢測。面料出機很快，基本上3～5秒即可產(chǎn)出毯料一張，但人工檢測速度較慢，完整的三道檢測工序總計需要10人完成，人力成本高。此外，面料的花色品種很多，多達上百種，人工檢測往往會有遺漏，肉眼看到的花色、圖案、大小也不同，導(dǎo)致檢測結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致時常有不合格品進入下一道生產(chǎn)工序。

采用智能自動化檢測系統(tǒng)代替人工檢測，經(jīng)評估測試，智能檢測系統(tǒng)能實現(xiàn)電熱毯面料檢測的過殺率<5%（過殺率=過殺數(shù)/投產(chǎn)總數(shù)），漏檢率<2%（漏檢率=漏檢數(shù)/投產(chǎn)總數(shù)）。由此可見，智能檢測系統(tǒng)將大幅提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約人工成本。

2 現(xiàn)有人工檢測流程情況

現(xiàn)有面料檢測的質(zhì)量控制流程如下：

面料從機床出料，人工快速進行肉眼檢測，大小2毫米以上的污跡、瑕疵、皺褶、印花空白均為不合格；

因為機器出料速度很快，第一次快速進行質(zhì)量檢測，不合格品快速拿開，將面料移至第二道檢測工序，繼續(xù)進行質(zhì)量檢測。

由于機床出料速度很快，很多面料來不及看就送到下道檢測工序；肉眼容易視覺疲勞，會漏檢；印花上的瑕疵肉眼也很難分辨，仍會漏檢。

質(zhì)量檢測完全靠經(jīng)驗，有經(jīng)驗的質(zhì)檢員成功檢測的機率能達到時80%。

目前有兩種面料檢測生產(chǎn)線，印花面料和復(fù)合面料生產(chǎn)線，每天的產(chǎn)量上萬床，導(dǎo)致人工檢測的工作量及難度很大。

3 智能檢測系統(tǒng)規(guī)劃

智能制造是制造業(yè)的發(fā)展方向，將AI技術(shù)引入到集團主打產(chǎn)品電熱毯生產(chǎn)線，融入產(chǎn)品質(zhì)量的檢測流程，可以大幅度提升產(chǎn)品檢測質(zhì)量和效率。

采用人工智能檢測系統(tǒng)，可以降低人工成本，克服傳統(tǒng)視覺只能檢測尺寸和物料有無、規(guī)則產(chǎn)品上的明顯的缺陷[2]。

智能檢測系統(tǒng)將按照三個階段實施：

首先，在印花面料生產(chǎn)線上試行智能視覺檢測系統(tǒng)，用4K工業(yè)線掃相機在生產(chǎn)線上實時拍照，工控機實現(xiàn)面料質(zhì)量檢測，視覺軟件平臺進行深度學(xué)習(xí)，用機械抓手將不合格面料自動歸類，實現(xiàn)面料智能檢測和自動化操作。

其次，開發(fā)數(shù)據(jù)接口，與公司ERP系統(tǒng)進行對接。實現(xiàn)對智能檢測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、自動分析、統(tǒng)計和大數(shù)據(jù)分析。

最后，將實施成功的智能檢測系統(tǒng)應(yīng)用于更多種類的面料生產(chǎn)線，并對所有生產(chǎn)線進行實時監(jiān)控和自動取數(shù)、統(tǒng)計分析。最終，形成全公司所有電熱毯生產(chǎn)面料檢測的全局化、可視化的數(shù)據(jù)分析，支撐電熱毯的生產(chǎn)管理[3]。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及驗證

4.1 建立面料檢測的樣例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

針對每一個型號的面料進行特征數(shù)據(jù)采集：面料的尺寸、厚度、重量、花色等形成該SKU的特征集合。

匯總和存儲所有的SKU樣例基礎(chǔ)特征集合。

針對每一個SKU樣例進行關(guān)鍵閾值的設(shè)置，包括（顏色深度、花樣形態(tài)、紋理材質(zhì)走向等）。

4.2 針對瑕疵檢測的AI算法及場景建模：

提取特征信息和文字信息的OCR技術(shù)。

提取高清晰照片進行圖像識別和分析技術(shù)。

對比該檢測面料與樣例基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的特征集進行對比分析。

4.3 驗證AI檢測的準(zhǔn)確性和效率

不同型號、多種花色的面料檢測，提取檢測數(shù)據(jù)樣本。

檢測AI分析時工控機的性能（CPU,內(nèi)存，GPU的性能占用數(shù)據(jù)）。

4.4 系統(tǒng)融入生產(chǎn)線的要求

操作臺的部署位置，包括：放置高度、平面布置、電熱毯的軌道走向。

監(jiān)看大屏以及監(jiān)看數(shù)據(jù)的定義與規(guī)劃。

設(shè)備開機、設(shè)備暫停、設(shè)備關(guān)機、機械操作手柄等操作流程以及使用規(guī)范。

5 系統(tǒng)實施方案

5.1 系統(tǒng)架構(gòu)

針對面料生產(chǎn)線的出料方式，面料生產(chǎn)線采用兩個高分辨率4K線掃相機，垂直于產(chǎn)品上方，垂直距離產(chǎn)品表面合適的工作距離；單個相機可拍攝500mm-1000mm的寬度，兩個相機組合可覆蓋2000mm寬度；當(dāng)產(chǎn)品移動時，線掃相機掃描成像；在生產(chǎn)線一側(cè)放置可視化操作平臺，實時檢測展示：能從管理界面上看見實時檢測的圖片，并標(biāo)注出檢測點，標(biāo)注是否合格[4]。

通過網(wǎng)絡(luò)將智能視覺檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時傳送到ERP系統(tǒng)，實時統(tǒng)計當(dāng)前時點的各個型號規(guī)格、花色面料的產(chǎn)量，可以即時查看該時間點的不合格品率，其中：污跡、瑕疵、皺褶、印花空白等的占比情況，以及這些污跡、瑕疵、皺褶、印花空白的大小的描述。

5.2 系統(tǒng)功能

制造企業(yè)都有自己的生產(chǎn)模式，電熱毯面料生產(chǎn)更是獨一無二，傳統(tǒng)制造企業(yè)尤其需要創(chuàng)新增效。公司領(lǐng)導(dǎo)非常重視生產(chǎn)線的改進和創(chuàng)新，多次組織員工學(xué)習(xí)智能生產(chǎn)，尤其是組織技術(shù)人員多次參觀學(xué)習(xí)數(shù)字化工廠，最后選擇技術(shù)先進的工業(yè)質(zhì)檢平臺。

從生產(chǎn)線出來的每一床面料都經(jīng)過智能視覺檢測系統(tǒng)的快速檢測，合格品自動歸類入庫，不合格品用機器抓手自動歸類到待處理類；

屏幕自動顯示產(chǎn)品檢測情況：能從管理系統(tǒng)界面上看見實時檢測的電熱毯面料的圖片， 并標(biāo)注出檢測點，標(biāo)注是否合格，并有聲音提示；

能識別出印花上面很小的污跡和瑕疵，用肉眼不容易辨別；

支持種類繁多的花色面料的自動檢測，只需要提高工控機的算力；

通過采圖訓(xùn)練，系統(tǒng)不斷的學(xué)習(xí)，檢測識別非?？?，準(zhǔn)確率很高。

數(shù)據(jù)記錄管理功能：能將視覺圖片、檢測結(jié)果關(guān)聯(lián)后存儲到視覺識別設(shè)備自帶的數(shù)據(jù)庫中，確保ERP系統(tǒng)能夠訪問數(shù)據(jù)庫獲取關(guān)聯(lián)信息。

工業(yè)質(zhì)檢平臺是基于深度學(xué)習(xí)算法的智能視覺檢測系統(tǒng)，能實現(xiàn)多種產(chǎn)品瑕疵的檢測；實時監(jiān)控運行檢測數(shù)據(jù)，自動生成報表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析；采用多角度光源和高分辨率線陣相機來實現(xiàn)產(chǎn)品圖像的采集，實現(xiàn)高檢測精度[5]。

5.3 系統(tǒng)測試

公司的電熱毯面料有十幾個規(guī)格品種，花色有二十多個。每一種花色的污跡和瑕疵都不一樣，需要采集大量的樣圖，錄入系統(tǒng)。AI用這些數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，然后進行建模，出現(xiàn)瑕疵的時候就自動進行對比，最后通過一定的算法來進行識別，經(jīng)過多次訓(xùn)練后就能熟練識別各種瑕疵、污跡。

圖1 面料智能檢測系統(tǒng)

面料智能檢測系統(tǒng)在印花面料生產(chǎn)線上搭建好后，就開始進行測試。當(dāng)天檢測出來的不合格面料，系統(tǒng)自動進行統(tǒng)計分析分類：油污2.5mm占16.52%；平均3mm大小印花不清晰的占10.74%；瑕疵2.2mm占38.01%；皺褶3.5mm占13.22%；其他不合格的占21.48%。

經(jīng)過一個月左右的測試，系統(tǒng)不斷的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，反復(fù)調(diào)整設(shè)置，基本上達到了每張面料離開機床就實現(xiàn)快速檢測和歸類，只要看面板就知道面料的質(zhì)量情況和分析報告。系統(tǒng)運行良好。

現(xiàn)在只需一人查看面板，系統(tǒng)自動實現(xiàn)快速檢測和歸類，極大的節(jié)約了人力成本和生產(chǎn)效率。

6 結(jié)語

電熱毯面料智能檢測系統(tǒng)通過遷移學(xué)習(xí)，縮短了采圖訓(xùn)練的時間，減少了樣本；物理模擬生成缺陷樣本，減少了對缺陷樣本的依賴；自動分析數(shù)據(jù)，保證訓(xùn)練數(shù)據(jù)和平衡，提高模型精度；自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和大小，提高了工作效率。

公司率先對單一型號花色的面料進行試點檢測，達到了預(yù)期的效果。電熱毯面料智能檢測系統(tǒng)識別準(zhǔn)確率達到90%以上，超過人工檢測水平，整體效率大幅提升。