一种集成交互式照明与边缘计算单元的线性视觉阵列系统及检测方法与流程

本发明涉及自动化质检领域，具体涉及一种集成交互式照明与边缘计算单元的线性视觉阵列系统及检测方法，尤其适用于玻纤布面、长条包装等宽幅连续工件的机器视觉缺陷检测场景。

背景技术：

1、在工业自动化质检领域，机器视觉系统已广泛应用于电子、新能源、医药包装等行业，当前主流视觉检测方案主要分为三类，各自存在明显技术短板，具体包括以下五点：

2、1.对于采用单相机与固定光源的现有技术，例如基恩士 cv-x、康耐视 in-sight系列；采用单一相机搭配固定亮度环形 led 光源成像，光源亮度不可动态调节；在检测反光或透明工件时，固定光源极易在光滑表面形成强烈的镜面反射（高光过曝）或在透明材质边缘产生透射干扰。这导致图像中缺陷区域与正常背景的灰度差异极小，成像对比度严重不足，关键纹理细节被强光淹没。受限于低对比度的成像质量，视觉算法难以准确提取边缘特征，导致系统对微小划痕、凹坑或异物的漏检率和误检率居高不下，无法满足高端制造对复杂材质工件的精密检测需求。

3、2.对于中心化图像处理的现有技术，相机采集的完整原图通过千兆以太网回传至中控工控/云端服务器，依靠 cpu、gpu 完成 ai 推理。图像传输延迟普遍大于 200ms，难以满足高速流水线＜100ms 的缺陷停机联动需求，易产生大批量不良品流出。

4、3.对于多相机独立拼接的现有技术，例如 isra vision 长幅检测设备，多台相机横向排布拓宽视野，但各相机独立运行，无统一同步启停、在线状态管理机制；系统无法实时识别离线故障相机，故障状态下持续生产易造成批量漏检。

5、4.对于上位机中转联动的现有技术，视觉启停指令需经上位软件转发至 plc，信号传输链路长，无硬件级隔离防护，工业电磁环境下易出现信号丢包、时序偏移；且缺少整机自诊断机制，设备异常无法主动告警。

6、5.对于固化 ai 模型的现有技术，视觉 ai 模型烧录后无法在线迭代更新，产线新增缺陷类型时泛化能力不足，需人工停机导出样本、本地重训后手动烧录，维护成本高。

7、综上，现有技术在动态照明适配、端侧实时响应、宽幅无盲区成像、设备在线自检、产线硬实时联动、ai 模型持续进化六大维度存在显著缺陷，制约高速宽幅工件质检的稳定性与检测精度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种集成交互式照明与边缘计算单元的线性视觉阵列系统及检测方法，实现光源与工件材质、位置联动的动态调光，提升缺陷成像对比度，本发明中相机模组本地边缘端完成缺陷 ai 推理，实现毫秒级缺陷停机联动，线性阵列多相机无缝拼接，长幅工件全域无盲区覆盖，搭建心跳式整机在线自诊断机制，相机离线主动声光告警；本发明采用光耦硬件隔离实现 plc 硬实时信号交互，抗工业电磁干扰，构建不良样本自动回传、云端增量训练、边缘模型下发的闭环自进化体系。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种集成交互式照明与边缘计算单元的线性视觉阵列系统，包括：主控单元、多组线性排布的视觉检测模组、交互式线性照明装置、光耦隔离启停电路、poe 交换机；

3、所述主控单元集成多路独立 pwm 输出、uart 通信接口、光耦隔离 gpio、继电器驱动、模组拨码启用开关，整合电源与以太网信号并通过 poe 交换机分发；

4、每组视觉检测模组包含图像传感器与内置 npu 的边缘计算单元，所有模组线性无缝拼接实现宽幅工件无盲区成像；模组与主控单元建立心跳-启停-告警三态通信协议，每秒发送心跳数据包；

5、所述交互式线性照明装置包含多路独立受控 led 阵列，主控单元根据边缘计算单元输出的工件材质、位置信号输出 pwm 调光指令，实现自适应成像；

6、所述光耦隔离启停电路连接外部 plc 信号，硬件隔离传输启停电平信号，主控根据光耦导通/截止状态判定产线启停；

7、任一视觉检测模组本地识别出缺陷后向主控上报 ng 信号，主控触发继电器切断产线动力，同步向所有模组下发停止采集指令。

8、进一步地，所述主控单元采用 stm32/gd32/esp32 系列等微控制器，集成 4 路独立 pwm 输出通道、4 路 uart 通信接口、1 路光耦隔离 gpio 输入、1 路继电器驱动输出、4 路模组心跳指示灯（与相机模组数量对应）、多档位拨码启用开关；主控单元与所有视觉检测模组建立心跳-启停-告警三态通信协议，每秒收发一次心跳数据包，连续 4 周期未收到模组心跳包时，则判定该模组离线，触发黄灯故障告警。

9、进一步地，系统采用 10pin 复合线缆集成 12v 供电与千兆以太网信号，由主控单元统一供电后经 poe 交换机分发给各视觉检测模组。

10、进一步地，所述主控单元通过拨码选择启用对应数量的视觉检测模组，适配不同宽度的待检工件。

11、进一步地，所述光耦隔离启停电路采用el3h4(a)(ta)-g隔离光耦，隔离耐压≥3750vrms；兼容 12v/24v plc 干接点输入；外部 plc24v 导通时光耦拉低主控 gpio引脚，判定产线启动，24v 断开时光耦截止，gpio上拉判定产线停止。硬件级信号隔离，杜绝工业变频器、电机电磁干扰造成的信号失真。

12、进一步地，系统设有红黄绿三色状态指示灯、停机继电器；全部模组心跳正常时绿灯常亮，所有启用模组在线就绪；存在离线模组时黄灯常亮；检出缺陷触发 ng 信号时红灯常亮且继电器吸合，直接切断产线动力，所有模组同步终止采集。

13、进一步地，所述边缘计算单元将缺陷原图、含时间戳、缺陷坐标、镜头编号的 json元数据通过 mqtt/http 协议上传至云端服务器；服务器自动归集不良样本，人工复核后开展增量训练，生成轻量化模型后，将新版本 ai 模型下发至各边缘计算单元本地迭代更新。

14、进一步地，所述交互式线性照明装置包含多组线性 led 阵列，每组 led 对应一路独立 pwm 调光通道，0~100% 无级亮度调节；主控单元接收边缘计算单元输出的工件材质、位置特征数据，动态匹配对应 pwm 输出值，实现材质联动自适应调光；光源可按需替换白光、rgb、多光谱 led 阵列。

15、进一步地，视觉检测模组数量根据工件宽度配置为 2~8 组，每一组模组包含工业图像传感器、内置 npu 的边缘计算单元， npu 搭载 int8 量化 yolo 推理模型，单帧图像推理耗时≤30ms。图像传感器采用800 万像素 cmos，边缘计算单元选用瑞芯微高性能芯片模组，内置 3.0tops 算力 npu，支持 int8 量化 yolo 系列 ai 模型本地推理。所有模组线性无缝拼接，完成宽幅工件完整成像；任一模组本地识别出产品缺陷后，立即向主控单元上报 ng 告警报文。

16、另一方面，本发明还提供了一种集成交互式照明与边缘计算单元的线性视觉阵列检测方法，包含完整上电自检、在线成像、缺陷联动、模型迭代全流程，包含以下步骤：

17、（1）上电初始化：主控单元、所有拨码启用的视觉检测模组、交互式照明装置完成硬件自检；

18、（2）心跳在线校验：所有启用模组每秒向主控单元发送心跳数据包；主控统计全部模组心跳信号；若存在连续 4 周期无心跳的离线模组，黄灯常亮锁定检测流程，禁止接收plc 启动信号，等待人工排查；若全部模组心跳正常，绿灯常亮，系统进入待检就绪状态；

19、（3）电平监测：主控持续读取光耦隔离电路 gpio 电平，plc24v 导通、gpio 拉低，判定产线启动，主控向全部模组广播图像采集指令；

20、（4）边缘 ai 推理：各模组同步采集工件图像，内置 npu 本地执行缺陷识别，输出ok 或 ng 判定；

21、（5）缺陷联动处置：若任一模组输出 ng 结果时，立即向主控上传告警报文；主控触发红灯、继电器切断产线动力，并向全部模组下发停止采集指令；若所有模组均输出 ok判定，持续循环执行图像采集与推理流程；

22、（6）图像数据回传：支持自由配置回传策略，plc 信号断开、产线停机，所有 ng 图像或者抽帧的ok图像与配套json元数据自动上传云端服务器；

23、（7）模型自迭代：服务器归集不良样本，人工剔除无效误检样本后开展增量训练，生成新版本轻量化 ai 模型；模型通过网络下发至各边缘计算单元，校验 md5 完整性后完成本地更新；更新失败自动回滚至上一稳定模型版本。

24、本发明的有益效果：

25、1.自适应成像优化：多路独立 pwm 线性光源，根据工件材质动态调节亮度，消除反光、透光工件成像干扰，缺陷特征清晰，降低漏检误检率；

26、2.端侧毫秒级响应：npu 本地完成缺陷推理，无需回传原图至中控，整机 ng 停机总延迟低于 80ms，满足高速流水线实时阻断要求；

27、3.宽幅全域无盲区：线性多相机无缝拼接架构，适配玻纤布面等超长工件完整成像，无检测死角；

28、4.硬件级稳定防护：光耦隔离 plc 启停信号，高隔离耐压适配复杂工业电磁环境；心跳自诊断机制，相机离线主动告警，避免设备带病生产；

29、5.实时硬停机保障：检出缺陷直接通过主控继电器切断产线动力，不依赖上位软件中转，杜绝不良品持续产出；

30、6.ai 模型自进化闭环：不良样本自动归集、云端增量训练、边缘一键更新，持续适配产线新增缺陷类型，长期降低质检误判率。