21级专硕夏煜《基于红外热成像的铝箔封口缺陷检测研究》

文摘   科技   2024-05-03 00:32   江苏  

随着现代包装技术的不断发展,铝箔作为常见的包装材料,广泛应用于食品、化妆品、药品以及各类化学产品的包装。这些产品对安全性有极高的要求,铝箔封口的质量直接影响到产品的保质期和最终使用效果。因此,铝箔封口检测技术对于保障产品安全和促进国家经济发展至关重要。基于红外热成像的铝箔封口缺陷检测,在非接触性检测、处理速度、灵敏度等多个方面都具有显著优势,可以快速发现和识别可能存在的封口缺陷,从而避免潜在的食品安全风险,同时保证了产品的质量和消费者的健康

图1 铝箔密封应用场景
为提高产品质量和生产效率,本研究中基于红外热成像技术,实现了对铝箔封口缺陷的精确、高效检测。本文主要研究内容如下:

(1)进行了铝箔封口缺陷检测系统设计,硬件主要包括图像采集和机构的运动控制,软件主要包括图像预处理、缺陷算法检测等,并通过PLC实现了上位机和下位机的通讯,以及图像采集系统和运动控制的需求,经现场测试,满足工业实际应用需求

2 铝箔封口缺陷检测系统实验平台实物图
(2)针对缺陷样本数据稀少的问题,本文提出了基于深度卷积生成对抗网络改进的数据增强算法。首先引入自注意力机制提取图像局部特征,实现图像生成的多样性。其次将频谱归一化加入模型中,使得模型稳定训练。最后采用两个尺度时间更新规则,加快模型学习速度。经对比和消融实验,改进的数据增强算法提高了合成图像的质量,解决了工业中缺陷样本不足问题。

3 基于DCGAN的数据增强方法

(3)针对铝箔封口缺陷检测问题,本文提出了基于结构相似的铝箔封口缺陷检测方法。首先对铝箔封口红外热像图进行亮度法和改进的中值滤波的预处理操作,然后采用Canny算子边缘检测实现铝箔封口的特征提取,最后通过改进的结构相似性对铝箔封口进行缺陷检测。经实验分析,在单一工作环境下,能够满足铝箔封口缺陷检测应用。

(4)针对上述内容(3)中基于结构相似的铝箔封口缺陷检测方法局限性,提出了基于小样本学习的铝箔封口缺陷检测算法。首先采用特征注意卷积模块提取铝箔封口特征信息,然后采用特征增强集成模块增强铝箔封口图像特征,最后通过组合的损失函数优化分类模型。通过实验验证,基于小样本的检测算法准确率最高达95.27%,单张耗时180ms,符合工业生产要求

4 基于小样本学习的铝箔封口缺陷检测算法

图5 铝箔封口缺陷检测软件开发机算法部署

本文基于红外热成像技术,开发出铝箔封口缺陷检测系统,结合结构相似性和深度学习的检测方法,对现有算法进行优化改进,并将深度学习算法部署到软件系统进行测试,为铝箔封口质量安全提供有力的技术支持



智能自主无人系统课题组
智能自主无人系统(IAUS)课题组坚持“面向国家重大科技需求,引领行业技术进步”的思路,专注于人工智能技术在自主无人系统、机器人、智能工程装备领域的基础和应用研究,分享和发布最新科研动态及研究成果。
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