[发明专利]一种基于数字孪生技术的包装机智能控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生技术的包装机智能控制系统及方法，包括信息采集端、信息处理端、三维虚拟显示端及人机交互端，包括步骤：信息采集端获取卷烟设备及包装对象的倾斜影像以及传感器数据；信息处理端对卷烟设备及包装对象的倾斜影像及传感器数据进行矩阵向量化处理并进行编码和传输；三维虚拟显示端对信息处理端的数据进行映射虚拟显示；信息处理端将矩阵向量化数据与卷烟设备工作参数三维立体标准库进行核对，当工作参数异常时则自动适应性调整。本发明解决了传统技术中包装机自动化水平低，不能根据实际工作状态进行自动调整，且在人机交互差，包装机工作过程中的可视化效果差的问题。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体地涉及一种基于数字孪生技术的包装机智能控制系统及方法。

背景技术

目前，烟草工业研发并实现了虚拟制造和3D可视化管理的数字孪生应用，类似应用存在功能单一、交互体验不足、实用效果有限等问题。通过研究烟草工业制造装备在运行保障复杂条件下的设备管控和系统维护，越来越受到欢迎。

现有技术中，包装机各个零件工作过程中都是人工判断问题，在包装机中通过观察各个运动的机器元件例如滑阀、输送机、转塔等对转动的王轴或主轴的机械(运动)耦合，实现对于这些机器元件进行电子地耦合于机器节拍的各个伺服驱动。但是，随着为各个运动的机器元件使用单独的伺服马达，自然增加了在机器元件或由机器元件操作的产品与设施的其它的固定或运动部件、尤其是另一运动的机器元件之间发生碰撞的风险，问题的产生是逐渐变化的过程。如果例如多个运动的机器元件的移动路径在就此而言共同的工作空间中重叠或非常接近，那么这种风险特别大。错误的操控、材料断裂或其它错误则可能快速地导致碰撞。而如何实现问题的自动化及早判断，成为越来越重要的研究课题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于数字孪生技术的包装机智能控制系统及方法，本发明的基于数字孪生技术的包装机智能控制系统及方法显著提升了设备自动化工作水平，且在人机交互方面大大增强，增强了包装机工作过程中的可视化效果， 增强了用户体验。

本发明具体是通过如下方式实现的：

一种基于数字孪生技术的包装机智能控制系统，包括信息采集端、信息处理端、三维虚拟显示端及人机交互端；包装机采用FOCKE FX型号，以StrangeIOC框架为基础；

所述包装机智能控制系统包括步骤：信息采集端获取卷烟设备及包装对象的倾斜影像以及传感器数据；信息处理端对卷烟设备及包装对象的倾斜影像及传感器数据进行矩阵向量化处理并进行编码和传输；三维虚拟显示端对信息处理端的数据进行映射虚拟显示；卷烟设备卷烟过程映射到三维虚拟显示端进行显示的同时，信息处理端将矩阵向量化数据与卷烟设备工作参数三维立体标准库进行核对，当工作参数异常时则自动适应性调整；所述卷烟设备的倾斜影像信息包括包装盒标识信息、包装盒方位信息、包装盒状态信息、卷烟设备运转信息，其中，卷烟设备运转信息、包装盒状态信息通过倾斜影像的视频像素变化及传感器数据表征；

所述核对包括如下步骤：获取卷烟设备及包装对象的倾斜影像以及传感器数据信息，形成三维值空间值，空间中的每个空间点加入一个系数值，来表示该空间点信息的权重，搜寻三维空间每隔时间T，就形成一个新的搜寻模板，搜寻模板的大小和形状与三维空间值范围一致，搜寻模板中相应位置的系数值由该空间点到中心空间点的空间距离和与中心空间点的差异度确定，矩阵向量化数据与卷烟设备工作参数三维立体标准库的关联度由远近度函数和差异度函数表示，

其中，，，

是空间点和空间点之间的欧式距离，是空间点和空间点之间差异度度测量，

，

，

远近度函数为高斯函数，，

其中，是常量，是高斯核的误差，空间点和空间点的距离越近，远近度函数的值越大；

差异度函数也是高斯函数，，