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智能分拣,“工业之眼”瞄准竹材加工

来源:福州大学物理与信息工程学院 作者:福大物信

近年来,以竹代木成为趋势。福建竹林面积广阔,竹木深加工产业基础雄厚。随着人力成本上升以及产品质量标准提高,竹条分拣误检漏检成为行业发展痛点。福州大学团队经过三年攻关,利用被称为“工业之眼”的视觉检测技术,打造出竹条分拣机器人——

智慧担纲,数字先行。随着技术的日渐成熟,“互联网+人工智能”正在加速融入传统行业,并演进出形式多样、功能强大的各类应用,为千行百业的转型升级赋能。

日前,福州大学“视觉哨兵”创业团队研发出了一种“基于人工智能的竹条分选机器人”。利用自主研发的视觉检测系统,它可以完全替代熟练工人“秒杀”质量缺陷,完成竹条检测,准确率高达99%。

据悉,目前团队已积极联络进行量产,在福建、浙江等6家竹加工龙头企业投入使用。其中包括全球高端家居用品Umbra供货商柏毅竹业技术开发有限公司,宜家供货商福建双羿竹木发展有限公司,上市企业元力股份旗下的福建南平三元竹业有限公司,以及福建省外首家合作企业——浙江旺杰竹业有限公司等。

行业之痛:缺陷竹条带来百亿元之亏

“这个机器人圆了我17年的梦想。”柏毅竹业法人代表刘建章有着24年行业经历,他一直在追求竹产业智能化发展。

他列举了这样一组数据:全国竹加工行业产值约2000亿元,全国竹加工企业数超过1万家,随着人力成本上升,同时产品标准提升,“大家普遍感受到压力”。

他进一步分析说,以竹板材加工为例,一般用46根竹条压制成一块竹板。“现在客户对于产品要求非常精细,除了明显瑕疵,甚至颜色都会有具体要求。只要一根出现问题,竹板就会出现质量瑕疵,轻则评级受影响,重则报废,无法进一步加工成竹制品。”

尽管瑕疵筛选很重要,但如今行业大多只能依靠工人肉眼检测。“缺陷种类繁多,工人经验非常重要。但是即使工人再熟练,也有视觉盲区,也有精力不济的时候。”刘建章说,据不完全统计,每年由于缺陷造成的竹加工业利润损失近百亿元,因此缺陷竹条分拣成为行业“痛点”。

17年前,刘建章就曾经有过“利用计算机图像处理技术解决缺陷识别问题”的想法,但是投入十几万元后以失败告终。

3年前,他与福州大学联系谈及这一行业“痼疾”,双方决定合作启动科研项目,将人工智能应用于竹加工缺陷识别。

核心攻关:竹条缺陷99%实现“云处理”

经过产业调研,科研团队确定了方向:降低竹板材成品报废率就得降低高达30%的误检漏检率,而漏检误检的主要原因是竹条的缺陷种类繁多,分拣强度大、要求高,即使熟练工人也时常难以胜任。

为此,三年来,团队收集了20万张竹条数据,涵盖了竹条12大类、上百种缺陷。“可以自豪地说,这是全球首创体量最大的竹条缺陷数据库,目前数据还在持续更新。”“视觉哨兵”团队成员、福州大学物理与信息工程学院学生林博毅说。

与此同时,团队将视觉检测技术用在竹木加工行业,借助工业级混合数据云平台,开发出能够自主学习的核心算法软件,缺陷识别实时精准高效。团队出示的检测报告显示,机器人每分钟可处理缺陷图片高达2000张,缺陷检出率可达99%,检测精度达到0.1毫米。“目前国内也有两家企业在做竹木缺陷识别,但是从试用企业的反馈来看,我们的检测性能稳居业界第一。”林博毅说。

除了算法软件、数据库,分拣机器人还是一套集约化自动设备,从进材、识别到分拣,全程自动化。“区别于传统人工检测方式,我们研发的这套系统在采集竹条数据后,能根据颜色、缺陷等具体要求进行自动分拣,以前是机械手,现在是履带通道式,运转效率进一步提升。”

“这个机器人有两只眼睛、一双手、一个大脑,完全可以替代熟练工人,甚至已经高于人的水平。”刘建章评价道。

瞄准未来:毛竹到竹板全程脱离人工

团队提供了这样一组对比数据:目前机器人每分钟分拣50根竹条,日均检测24000根,相当于4个熟练工人一天的工作量,分拣速度接近人工10倍。

根据测算,自动化设备降低50%人工成本,而且准确率提高17%,让竹条的良品率提高20%,从而提高了10%单价,净利润提升40%。

福建是竹业大省,竹木的精深加工产业基础好。但是现有竹材加工企业总体生产机械化程度低,属于劳动密集型产业。如何通过解放劳动力间接为企业降低招工难的成本压力,竹加工自动化势在必行。

“分拣机器人只是迈出了第一步。未来,为了推动竹木加工产业的整体智能化,我们会继续攻坚,朝着全球首条标准自动化竹坯板生产线进军,实现从一根毛竹到一块竹板全程脱离人工。”林博毅表示。

在他们的设想中,这一生产线包括自动送料机器人、数控精刨机、智能精选机器人、自动涂胶机器人、自动压卸机器人等。

在竹材领域上的成功也打开了视觉检测在工业领域的应用想象空间。“视觉哨兵”团队认为,木材、钢材乃至玻璃等产品的视觉检测应用也值得期待。

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