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摘要：中国是世界上重要的口罩生产基地。受疫情影响，口罩产能激增。口罩的特殊防护性使用和应急生产，使其安全管理显得尤为重要，而这一点在疫情爆发前也被传统企业所忽视。目前，口罩生产企业安全管理存在的主要问题是车间和生产设备安全性差，生产操作缺乏规范化，安全监管部门能力不足。因此针对一次性民用口罩，采用机器视觉手段，替代人工，解决口罩生产过程中所涉及的产品质量问题是本文研究的重点。
关键词：口罩机;视觉检测机;疫情;设计
1引言
岁末年初，全国各地一起面临了新型冠状病毒疫情暴发。疫情发生在“九省通衢”的湖北省武汉市，在春节假期传播，人数最多。已成为新中国成立以来传播速度最快、感染范围最广、防控难度最大的重大突发公共卫生事件。在夺取全面小康社会胜利和脱贫攻坚的关键时刻，中华民族再次面临严峻考验。我们的意志像堡垒一样团结。在习近平总书记和党中央的坚强领导下，全国人民团结奋斗，取得了胜利。全国防疫工作取得重要成效。经济社会秩序加快，各地经济社会秩序正在恢复。
防疫复工期间，作为重要防护材料之一的口罩一度面临短缺。作为国家的基础性和战略性产业，面对国家的需要，企业克服重重困难，快速反应，在最短时间内完成了技术攻关。他们积极投入口罩自动化生产设备研发、辅料生产等相关领域，精诚团结，攻坚克难，有效缓解了防疫物资供应紧张局面，为打赢防疫战斗作出了重要贡献。
然而在传统的口罩质量检测环节中，需对口罩耳带焊接点位置、焊接宽度检测、焊接位置漏头检测，多耳带及耳带断接;鼻梁条长度检测、鼻梁条有无检测、鼻梁条两侧定位孔有无及位置;口罩正反两面污渍进行检测等。为了保证口罩质量满足生产要求，在口罩传输过程中需要翻转，从而完成数据采集和检测。受测试设备成本和传输过程中透明带污染的影响，数据检测精度无法保证。因此，结合掩模机技术迭代和掩模质量提高的要求，对掩模视觉检测装置进行改进迫在眉睫
2具体的需求和设计方案
2.1设计背景与原理
近年来，机器的视觉控制技术，工业互联网，人工智能等技术已成为制造业的研究热点，为智能化生产提供了新的动力。本文设计了一种新型设备的视觉控制面罩，其结构如图1所示，基于视觉系统人工智能的概念，为解决现有面罩目视检测装置的质量问题，新装置主要由机架、输送机、光源、面罩磁道组成，相机等。机架上有许多水平方向安装的输送机组，输送机侧有安装板，在相邻的两组输送机之间有光源和光圈，光源靠近丝网轨道，光源上方有摄像头，隔膜的侧面与安装板相连，表面与光栅传输轨迹对齐，并且光圈表面与光掩模透射轨迹之间的距离小于10mm。这种装置的一个创新是用旋转的光圈泵送掩模当面膜位于相邻的两个旋转辊上时，使用摄像机检测照片，可在面罩制造过程中进行质量控制和控制，有效降低面罩产品废品率，提高生产效率。
2.2装置设计方案思路
详细分析了新型面罩目视控制装置的技术方案，装置主要由滚筒、光源四部分组成，透明板和安装板。机架上的水平安装有多组输送辊，两组输送辊之间相邻安装隔膜，使隔膜表面与丝网平齐，高度差不超过10mm，保证面膜顺利输送至下一组输送辊，而隔膜的侧面安装在安装板上;用相机拍摄反演掩模图像时，选择设置在透明板和丝网透射线上方的光源;在拍摄掩模正面时，不需要在两组传送带之间安装隔膜，而只需在掩模轨道下方安装光源，以便在输送辊侧安装安装板.鉴于需要检测面罩的焊接耳带，焊接点一般位于面罩的头部和尾部。因此，应确保相邻两组转印辊之间的距离大于掩模的长度，以确保当掩模通过由转印辊驱动的一组转印辊时，相机只能拍摄掩模的一侧图像。新装置通过连接传动辊和透光板，去掉原有的透光带，可有效降低因皮带污染而造成误判的概率。可有效节约口罩的生产成本，且不需要反复更换皮带，提高了生产效率，显著提高了检测结果的准确性
3设计要点
3.1过程检测
本文设计的新型口罩视觉检测装置已应用于智能口罩生产线。通过传输线将设备与一台口罩成型机和两台耳带焊接机连接，实现卷取、送料、折叠、压制、切割、耳带焊接、下料一体化，实现全自动生产。位于智能生产线中部的面罩视觉检测装置，主要是利用输送辊带动面罩前进。当面罩在两组相邻的传送辊之间传送时，摄像头和透光板捕捉到面罩表面的清晰图像，可自动完成面罩前后焊接耳带的质量检测，它克服了以往由透光带透射掩模造成的污染和误判问题，提高了检测结果的准确性和效率。
3.2PLC控制
基于PLC实现面具传输过程中的运动控制，设计了一种长时间控制系统.系统的硬件部件主要包括：S7-313-2DP可编程控制器、上、结构控制软件、PS307-5A电源、传感器、数字输入/输出模块，模擬数值输入/输出模块，采用PLC确定相关台站的停机时间，以及翻转启动机构;系统软件主要由物料供应、定位、当相机捕捉图像信息时，它将进入系统的创建状态。通过设计迭代过程创建最终项目，实现生产过程的自动化。
3.3智能定位
以计算机视觉为基础，对口罩生产过程进行定位检测，通过计算机颜色识别将目标和背景分离，保证自动同步焊耳带定位准确、焊接牢固。采用感兴趣区域进行图像分割和区域提取，采用高斯滤波器对所选图像区域进行去噪，消除光照等因素引起的噪声;然后对图像进行腐蚀和扩展，去除图像中小图像的边缘点和孔洞。通过对图像边缘进行平滑处理，有效地提取出最大轮廓;最后，利用该滤波器进行边缘检测和增强处理，基于最小多边形包围最大轮廓，有效地加快了定位速度，降低了操作复杂度，进一步提高了生产效率。
3.4感应识别
在人工智能视觉识别模块硬件设计中，优先考虑光电变换器，用于并行设计的数字信号处理器和操作元件。进入语言代码、数字信号处理器进行计算并通过传感器进行传输;在软件设计中使用了摄像机，与加速器兼容。收到相机快照后，加速器自动完成图像测量和计算。GPS系统和接收信号的天线，分别基于闹钟定位模块提取图像和信号，滤波后按概率从输出端口输出图像，在网络通信中引入OPC技术，实现了灵活自动的网络通信功能AI光模板.串行配置PC硬件框架和控制台，提供配置和诊断支持;然后配置PC站并下载设置.配置正确时，将显示显示.连接后下载成功;最后对数据通信进行了验证.建立通信连接，开发C语言的OPC客户端程序，实现了网络通信功能。 4测试结果
4.1助力智能生产线转型
将基于柔性人工智能的全封闭口罩智能生产线投入实际生产，实现生产全自动化，每小时4000张，为改造半自动口罩，工厂和批量生产为满足N95优质口罩的生产需求和其他优质面膜。
4.2提升产品合格率
柔性AI视觉自动口罩机配有SMC气缸附件和电磁阀，大大提高了设备的响应速度。基于微机控制和友好的人机界面，实现了耳带焊接工艺的全自动同步开发，采用目测设备提高了产品合格率，进一步减少了生产能力的浪费，提高了生产效率。
柔性AI视觉全自动口罩机属于典型的口罩自动化生产一体机，由机架、AI系统、牵引机构、模切机构、视觉检测机构、翻边机构、焊接机构、整合机构、成型机构、上料机构组成，可通过设置视觉检测机构，自动检测口罩质量，可在生产中省略人工质检环节，同时提升产品质量，降低用工成本。该口罩自动化生产一体机由产品质量检测机改造而成，利用计算机视觉（AI人工智能）进行鉴别和操控，在AI系统的支持下，柔性AI视觉全自动口罩机可实现自动生产一体化，口罩的生产效率和产能因此显著提升，具体生产可做到集“过程质量检测、机器人管理（引导、定位、识别、信息采集）、自动化生产”于一体，辅以视觉检测设备，可更好地保证口罩生产质量，单机产量达120片/min，在24 h不间断生产情况下，单机口罩日产量超过13万片。此外，该口罩机采用模块化设计，开放性高，使得柔性AI视觉全自动口罩机可在传统卷材检测设备与口罩生产设备之间切换，仅需要更换相应的作业机构。随着疫情控制趋于稳定并进入常态化防疫时期，作为防疫紧急装备的柔性AI视觉全自动口罩机开始逐步停止生产，部分柔性AI视觉全自动口罩机被改装为涂布机，或用于各种卷材外壳、柔性电路板、柔性显示屏幕的质量检测。在柔性设计的支持下，柔性AI视觉全自动口罩机可解决产能浪费问题，人工智能在口罩自动化生产一体机的应用中所发挥的优势引起了人们的关注。
4.3 扩大市场应用范围和产量
近年来，由于计算机视觉技术的进步，智能医学不断受到科学界和工业界的关注.利用视觉测试等先进技术促进迭代，传统面罩的现代化和现代化已经成为行业共识。实践表明，柔性AI机投产后，每天可生产16万多个口罩，在国家发展改革委员会、财政部和其他部门的支持下，面罩从防护材料逐渐转变为消费品，潜在的国内需求和海外市场需求预示着，医疗防护材料将成为ACAN行业，为面罩的开发和生产开辟了广阔的前景。
结论
有效避免口罩需求浮动造成的设备闲置和产能浪费问题，采用基于计算机视觉技术的AI视觉自动口罩机的设计、开发和生产，并且采用模块化柔性设计方法，为制造企业的柔性生产和智能化生产线运行提供技术支持。
参考文献：
[1]张孟月，苏宝茵. 普理司科技：三天改造出全自动口罩机[J]. 科技与金融，2020（04）：16-18.
[2]倪明堂，赵健州，方浩贤，郭正元. 基于模块化设计的KN95全自动折叠口罩生产线关键技术研究[J]. 机电工程技术，2020，49（08）：141-144.
[3]曾繁昌，谭思敏. 口罩自动化生产一体机研究[J]. 机电信息，2020（20）：32-33.
[4]兰格瑶，张智雷，王成勇，赵倩，郑李娟，袁志山. 口罩机关键结构部件研究进展[J]. 機电工程技术，2020，49（10）：5-13.
[5]王丽莉，宋彬. 全自动平面口罩机控制系统的设计[J]. 装备制造技术，2020（11）：128-131.
关键词：口罩机;视觉检测机;疫情;设计
1引言
岁末年初，全国各地一起面临了新型冠状病毒疫情暴发。疫情发生在“九省通衢”的湖北省武汉市，在春节假期传播，人数最多。已成为新中国成立以来传播速度最快、感染范围最广、防控难度最大的重大突发公共卫生事件。在夺取全面小康社会胜利和脱贫攻坚的关键时刻，中华民族再次面临严峻考验。我们的意志像堡垒一样团结。在习近平总书记和党中央的坚强领导下，全国人民团结奋斗，取得了胜利。全国防疫工作取得重要成效。经济社会秩序加快，各地经济社会秩序正在恢复。
防疫复工期间，作为重要防护材料之一的口罩一度面临短缺。作为国家的基础性和战略性产业，面对国家的需要，企业克服重重困难，快速反应，在最短时间内完成了技术攻关。他们积极投入口罩自动化生产设备研发、辅料生产等相关领域，精诚团结，攻坚克难，有效缓解了防疫物资供应紧张局面，为打赢防疫战斗作出了重要贡献。
然而在传统的口罩质量检测环节中，需对口罩耳带焊接点位置、焊接宽度检测、焊接位置漏头检测，多耳带及耳带断接;鼻梁条长度检测、鼻梁条有无检测、鼻梁条两侧定位孔有无及位置;口罩正反两面污渍进行检测等。为了保证口罩质量满足生产要求，在口罩传输过程中需要翻转，从而完成数据采集和检测。受测试设备成本和传输过程中透明带污染的影响，数据检测精度无法保证。因此，结合掩模机技术迭代和掩模质量提高的要求，对掩模视觉检测装置进行改进迫在眉睫
2具体的需求和设计方案
2.1设计背景与原理
近年来，机器的视觉控制技术，工业互联网，人工智能等技术已成为制造业的研究热点，为智能化生产提供了新的动力。本文设计了一种新型设备的视觉控制面罩，其结构如图1所示，基于视觉系统人工智能的概念，为解决现有面罩目视检测装置的质量问题，新装置主要由机架、输送机、光源、面罩磁道组成，相机等。机架上有许多水平方向安装的输送机组，输送机侧有安装板，在相邻的两组输送机之间有光源和光圈，光源靠近丝网轨道，光源上方有摄像头，隔膜的侧面与安装板相连，表面与光栅传输轨迹对齐，并且光圈表面与光掩模透射轨迹之间的距离小于10mm。这种装置的一个创新是用旋转的光圈泵送掩模当面膜位于相邻的两个旋转辊上时，使用摄像机检测照片，可在面罩制造过程中进行质量控制和控制，有效降低面罩产品废品率，提高生产效率。
2.2装置设计方案思路
详细分析了新型面罩目视控制装置的技术方案，装置主要由滚筒、光源四部分组成，透明板和安装板。机架上的水平安装有多组输送辊，两组输送辊之间相邻安装隔膜，使隔膜表面与丝网平齐，高度差不超过10mm，保证面膜顺利输送至下一组输送辊，而隔膜的侧面安装在安装板上;用相机拍摄反演掩模图像时，选择设置在透明板和丝网透射线上方的光源;在拍摄掩模正面时，不需要在两组传送带之间安装隔膜，而只需在掩模轨道下方安装光源，以便在输送辊侧安装安装板.鉴于需要检测面罩的焊接耳带，焊接点一般位于面罩的头部和尾部。因此，应确保相邻两组转印辊之间的距离大于掩模的长度，以确保当掩模通过由转印辊驱动的一组转印辊时，相机只能拍摄掩模的一侧图像。新装置通过连接传动辊和透光板，去掉原有的透光带，可有效降低因皮带污染而造成误判的概率。可有效节约口罩的生产成本，且不需要反复更换皮带，提高了生产效率，显著提高了检测结果的准确性
3设计要点
3.1过程检测
本文设计的新型口罩视觉检测装置已应用于智能口罩生产线。通过传输线将设备与一台口罩成型机和两台耳带焊接机连接，实现卷取、送料、折叠、压制、切割、耳带焊接、下料一体化，实现全自动生产。位于智能生产线中部的面罩视觉检测装置，主要是利用输送辊带动面罩前进。当面罩在两组相邻的传送辊之间传送时，摄像头和透光板捕捉到面罩表面的清晰图像，可自动完成面罩前后焊接耳带的质量检测，它克服了以往由透光带透射掩模造成的污染和误判问题，提高了检测结果的准确性和效率。
3.2PLC控制
基于PLC实现面具传输过程中的运动控制，设计了一种长时间控制系统.系统的硬件部件主要包括：S7-313-2DP可编程控制器、上、结构控制软件、PS307-5A电源、传感器、数字输入/输出模块，模擬数值输入/输出模块，采用PLC确定相关台站的停机时间，以及翻转启动机构;系统软件主要由物料供应、定位、当相机捕捉图像信息时，它将进入系统的创建状态。通过设计迭代过程创建最终项目，实现生产过程的自动化。
3.3智能定位
以计算机视觉为基础，对口罩生产过程进行定位检测，通过计算机颜色识别将目标和背景分离，保证自动同步焊耳带定位准确、焊接牢固。采用感兴趣区域进行图像分割和区域提取，采用高斯滤波器对所选图像区域进行去噪，消除光照等因素引起的噪声;然后对图像进行腐蚀和扩展，去除图像中小图像的边缘点和孔洞。通过对图像边缘进行平滑处理，有效地提取出最大轮廓;最后，利用该滤波器进行边缘检测和增强处理，基于最小多边形包围最大轮廓，有效地加快了定位速度，降低了操作复杂度，进一步提高了生产效率。
3.4感应识别
在人工智能视觉识别模块硬件设计中，优先考虑光电变换器，用于并行设计的数字信号处理器和操作元件。进入语言代码、数字信号处理器进行计算并通过传感器进行传输;在软件设计中使用了摄像机，与加速器兼容。收到相机快照后，加速器自动完成图像测量和计算。GPS系统和接收信号的天线，分别基于闹钟定位模块提取图像和信号，滤波后按概率从输出端口输出图像，在网络通信中引入OPC技术，实现了灵活自动的网络通信功能AI光模板.串行配置PC硬件框架和控制台，提供配置和诊断支持;然后配置PC站并下载设置.配置正确时，将显示显示.连接后下载成功;最后对数据通信进行了验证.建立通信连接，开发C语言的OPC客户端程序，实现了网络通信功能。 4测试结果
4.1助力智能生产线转型
将基于柔性人工智能的全封闭口罩智能生产线投入实际生产，实现生产全自动化，每小时4000张，为改造半自动口罩，工厂和批量生产为满足N95优质口罩的生产需求和其他优质面膜。
4.2提升产品合格率
柔性AI视觉自动口罩机配有SMC气缸附件和电磁阀，大大提高了设备的响应速度。基于微机控制和友好的人机界面，实现了耳带焊接工艺的全自动同步开发，采用目测设备提高了产品合格率，进一步减少了生产能力的浪费，提高了生产效率。
柔性AI视觉全自动口罩机属于典型的口罩自动化生产一体机，由机架、AI系统、牵引机构、模切机构、视觉检测机构、翻边机构、焊接机构、整合机构、成型机构、上料机构组成，可通过设置视觉检测机构，自动检测口罩质量，可在生产中省略人工质检环节，同时提升产品质量，降低用工成本。该口罩自动化生产一体机由产品质量检测机改造而成，利用计算机视觉（AI人工智能）进行鉴别和操控，在AI系统的支持下，柔性AI视觉全自动口罩机可实现自动生产一体化，口罩的生产效率和产能因此显著提升，具体生产可做到集“过程质量检测、机器人管理（引导、定位、识别、信息采集）、自动化生产”于一体，辅以视觉检测设备，可更好地保证口罩生产质量，单机产量达120片/min，在24 h不间断生产情况下，单机口罩日产量超过13万片。此外，该口罩机采用模块化设计，开放性高，使得柔性AI视觉全自动口罩机可在传统卷材检测设备与口罩生产设备之间切换，仅需要更换相应的作业机构。随着疫情控制趋于稳定并进入常态化防疫时期，作为防疫紧急装备的柔性AI视觉全自动口罩机开始逐步停止生产，部分柔性AI视觉全自动口罩机被改装为涂布机，或用于各种卷材外壳、柔性电路板、柔性显示屏幕的质量检测。在柔性设计的支持下，柔性AI视觉全自动口罩机可解决产能浪费问题，人工智能在口罩自动化生产一体机的应用中所发挥的优势引起了人们的关注。
4.3 扩大市场应用范围和产量
近年来，由于计算机视觉技术的进步，智能医学不断受到科学界和工业界的关注.利用视觉测试等先进技术促进迭代，传统面罩的现代化和现代化已经成为行业共识。实践表明，柔性AI机投产后，每天可生产16万多个口罩，在国家发展改革委员会、财政部和其他部门的支持下，面罩从防护材料逐渐转变为消费品，潜在的国内需求和海外市场需求预示着，医疗防护材料将成为ACAN行业，为面罩的开发和生产开辟了广阔的前景。
结论
有效避免口罩需求浮动造成的设备闲置和产能浪费问题，采用基于计算机视觉技术的AI视觉自动口罩机的设计、开发和生产，并且采用模块化柔性设计方法，为制造企业的柔性生产和智能化生产线运行提供技术支持。
参考文献：
[1]张孟月，苏宝茵. 普理司科技：三天改造出全自动口罩机[J]. 科技与金融，2020（04）：16-18.
[2]倪明堂，赵健州，方浩贤，郭正元. 基于模块化设计的KN95全自动折叠口罩生产线关键技术研究[J]. 机电工程技术，2020，49（08）：141-144.
[3]曾繁昌，谭思敏. 口罩自动化生产一体机研究[J]. 机电信息，2020（20）：32-33.
[4]兰格瑶，张智雷，王成勇，赵倩，郑李娟，袁志山. 口罩机关键结构部件研究进展[J]. 機电工程技术，2020，49（10）：5-13.
[5]王丽莉，宋彬. 全自动平面口罩机控制系统的设计[J]. 装备制造技术，2020（11）：128-131.