CN102818809A - 一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***及实现方法，包括横梁装置、照明装置和工业相机、工控主机、显控屏和报警指示模块，横梁装置安装在经编机刚完成的被检测坯布的正上方或者斜上方，横梁装置用于固定照明装置和固定圆钢管，圆钢管上固定连接有一组工业相机；所述显控屏与工控主机相连，在设置状态时通过显控屏设置***的各项参数，在运行状态时能够观测疵点形态及发生疵点的区域；所述报警指示模块包括报警指示灯和LED信息指示面板，报警指示灯能在疵点发生时以声光信号的形式警示操作人员，而LED信息指示面板指示机器检测是否正常运行或疵点发生的区域位置。本发明有益的效果是：本发明则克服了上述方法的不足，是机器视觉技术在经编疵点检测领域的一种新型方法。

Description

一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***及实现方法

技术领域

本发明涉及纺织领域，尤其是一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***及实现方法。

背景技术

在经编机编制布匹的过程中，纱线发生断裂后会出现布匹疵点，该类型的疵点是评价经编布匹质量的等级的最主要参数。现有技术中，辅助检测技术主要以激光模式和光电感测阵列扫描式为主。其检测原理为：（1）激光模式：在织布机上相对地安装一对激光二极管发射器和接收器，使激光光线横掠布匹表面，激光光线与布匹的走向垂直。疵点发生时，对应会有纱线发生断裂，当纱线被拉断时，在鼓风机和导气管路产生的气流作用下，纱线会飘入激光线从而干扰光线，产生光线的微小干扰，光敏器件和后续电路通过捕捉这种干扰完成一次疵点检测。该模式的检测率一般在50%—60%左右，且对针织后的断线疵点检测无能为力。（2）扫描模式：采用16—64个光电管的集成阵列，使该阵列与布匹表面相隔8—10cm处垂直于布匹方向做往复运动，运动过程中，光电管阵列从有限的区域内（约5*8cm²)获取布匹表面光线的明暗信息，通过数字处理器***判断纱线是否发生断裂从而产生疵点。该模式的检测率在80%—85%左右，对布匹两端的疵点检出率较低。上述两种模式装备功耗大，其辅助设备安装复杂、维护工作量大。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***及实现方法，特指一种纺织领域坯布经编时在线检测是否有疵点的机器视觉***及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，包括横梁装置、照明装置和工业相机、工控主机、显控屏和报警指示模块，横梁装置安装在经编机刚完成的被检测坯布的正上方或者斜上方，横梁装置用于固定照明装置和固定圆钢管，圆钢管上固定连接有一组工业相机；圆钢管亦固接于组合方钢横梁，圆钢管用于固定工业相机夹具以构成工业相机阵列，工业相机阵列对称放置。圆钢管1-5由单位长度为1m的短管组成，工业相机1-6的个数根据坯布宽度的需求来确定。所述显控屏与工控主机相连，在设置状态时通过显控屏设置***的各项参数，在运行状态时能够观测疵点形态及发生疵点的区域；所述报警指示模块包括报警指示灯和LED信息指示面板，报警指示灯能在疵点发生时以声光信号的形式警示操作人员，而LED信息指示面板指示机器检测是否正常运行或疵点发生的区域位置。

所述横梁装置、照明装置和工业相机的外部安装有用于防尘、防静电的屏蔽的长方体外壳，横梁装置采用中空的方钢，方钢内部用于走电缆。

所述工业相机采用高精度工业相机，相机的图像传感器为不低于130万像素以上的面阵CCD或CMOS。根据工业相机的选型精度及图像精细度确定工业相机离坯布面的距离，通过调节工业相机上所挂接的镜头焦距，可以得到清晰的坯布面图像。

所述照明装置由一组线性线性排列的发光体组成，相邻的管状发光体在被检测坯布的照明区域具有重叠部分，且所有管状发光体在被检测坯布拼接而形成的照明区域覆盖整个待检测区，，以保证工业相机采集的图像明暗效果均匀。

所述工控主机包括***电源、工控主板和IO输入输出控制板，所述***电源采用开关电源作为工控主板、工业相机和IO输入输出控制板的供电装置；所述工控主板通过触发与控制板进行软件触发或脉冲发生器触发使工业相机采集图像，工业相机通过USB、1394或GigE千兆网的传输方式向工控主机上传触发采集的图像。工控主机内IO输入输出模块与***中工业相机相连构成“*”型触发连接，连接端口采用光耦隔离，工控主机根据软件算法的配置情况通过同步触发、串行触发或无触发软件自由采集的任一方式控制工业相机采集图像。

本发明所述的这种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***的实现方法，包括以下步骤：工控主板通过疵点识别图像处理算法对采集的图像进行处理，当处理结果中显示发现疵点时，工控主机向IO输入输出控制板下发命令，IO输入输出控制板根据命令驱动继电器动作控制经编机停机；在经编机处于暂停整经状态时，IO输入输出控制板连续捕捉经编机运行状态并实时向工控主板上传经编机工作状态，当操作工人处理好疵点后，经编机重新启动时，工控主板根据机器状态延时重启疵点识别图像处理算法，其中延时的目的是跳过经编机启动前4秒内的非全速不稳定状态。

所述工控主板的检测步骤如下：机器开启后，程序随机启动，启动后的程序先进行初始化，包括***配置文件的自动读入及图像内存空间的开辟；初始化完成后，工控主板通过IO输入输出控制板检测经编机是否处于运行状态，如果经编机处于运行状态，则程序进入延时等待，当延时时间达到n秒经验值时，，n一般设置为4时，疵点识别图像处理算法启动；图像处理和分析模块从各内存空间里取出图像数据，采集的原始图像经过灰度变换、均值滤波的图像增强过程使得图像的疵点增强和背景纹理模糊化；对经过前处理的图像采用Niblack方法进行局部阈值二值化处理；根据二值化处理的图像，利用高级形态学的处理方法去除图像中的噪声微粒，粒度分析通过对图像中残存的粒子进行筛选，利用特征值约束法检测疵点是否存在；如检测结果为存在，则表示有疵点存在，此时工控主板需要向IO输入输出控制板发出指令并控制经编机停机，该过程表明一轮检测结束；当操作员进行疵点修复后，在***未退出程序时，检测重新进入上述描述流程；如检测结果为不存在，则重新进行新的图像采集和判断。

所述的均值化处理采用[0,255]区间展宽；滤波处理采用3x3或5x5的作用核矩阵；阈值分析时采用NiBlack算法，其作用核宜采用16x8大小矩阵，偏差因子设置为0.6；选取Background Correction进行阈值分析时，核矩阵参数同Niblack设置；高级形态学处理采用3x3的核对Hexa的八角数据矩阵进行8连通的腐蚀操作；形态学处理采用常规的开、闭运算和膨胀、腐蚀操作，核为3x3矩阵，作用方式为粒度分析采用疵点高度、角度和长短比的特征作为判断依据，当算法处理后的疑似疵点满足粒度分析的参数设定时，则进行疵点认定和记录。

更进一步的，为避免检测的误报警和人工操作，程序中设定报警/停机灵敏度，即确认次数调节，及手动/自动切换的功能性按键，能够设定手动模式或者自动模式，有利于应对实际工程中的众多不确定因素。手动模式时检测到疵点时只报警不停机，可以由人工操作决定是否停机，在自动模式下则发生上述状况则立即停机。

本发明有益的效果是：本发明则克服了上述方法的不足，是机器视觉技术在经编疵点检测领域的一种新型方法。

附图说明

图1经编疵点检测***示意图；

图2工控主机模块结构示意图；

图3软件程序核心算法流程图；

图4是整体流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图所示，这种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，包括横梁装置1-3、照明装置1-2和工业相机1-6、工控主机2-2、显控屏1-1和报警指示模块，横梁装置1-3安装在经编机刚完成的被检测坯布1-7的正上方或者斜上方，横梁装置1-3用于固定照明装置1-2和固定圆钢管1-5，圆钢管1-5上固定连接有一组工业相机1-6；所述显控屏1-1与工控主机1-2相连，在设置状态时通过显控屏设置***的各项参数，在运行状态时能够观测疵点形态及发生疵点的区域；所述报警指示模块包括报警指示灯和LED信息指示面板，报警指示灯能在疵点发生时以声光信号的形式警示操作人员，而LED信息指示面板指示机器检测是否正常运行或疵点发生的区域位置。横梁装置1-3、照明装置1-2和工业相机1-6的外部安装有用于防尘、防静电的屏蔽的长方体外壳，横梁装置1-3采用中空的方钢，方钢内部用于走电缆，其数据传输线埋入中空的横梁以保持设备的简洁。所述工控主机2-2包括***电源2-1、工控主板2-3和IO输入输出控制板2-6，所述***电源2-1采用开关电源作为工控主板2-3、工业相机2-8和IO输入输出控制板2-6的供电装置；所述工控主板2-3通过触发与控制板2-5进行软件触发或脉冲发生器触发使工业相机2-8采集图像，工业相机2-8通过USB、1394或GigE千兆网的传输方式向工控主机2-2上传触发采集的图像。所述工控主机中嵌入疵点识别图像处理算法，通过图像处理算法识别出经编机当前织造过程中的出布处是否发生疵点，利用识别结果来确定经编机是否因疵点发生而停机；所述经编机控制板能在疵点发生时控制经编机停机，且在经编机启动时向工控主机发送经编机启动状态信号，以支持决定算法的再次启用；所述触摸显控屏与工控主机相连，在设置状态时通过显控屏设置***的各项参数，在运行状态时可以观测疵点形态及发生疵点的区域；所述报警指示模块包括报警指示灯和LED信息指示面板，报警指示灯能在疵点发生时以声光信号的形式警示操作人员，而LED信息指示面板指示机器检测是否正常运行或疵点发生的区域位置。

把***设备顺着经编坯布运动的方向横架在经编机刚完成的坯布的上方或斜上方，横梁与坯布运动方向垂直，作为照明装置和工业相机的安装载体，照明装置和工业相机均安装在对应的区域。所述照明装置1-2为普通的荧光灯或者通过直流电源驱动的直流电源，为管状发光体，管状发光体在被检测坯布的照明区域具有重叠部分，且所有管状发光体在被检测坯布拼接形成的照明区域覆盖整个待检测区，用于提供被检测区域的较为恒定、均匀、充足的照明光源，该光源根据不同经编机所织布匹的宽度而不同，设置的数量也不同。需要保证相邻的照明光源接合而成的所照亮的待检测区图像的亮度具有一致性，及保证工业相机所采集的图像的明暗效果均匀。

同时，所述工业相机1-6采用高精度工业相机，相机的图像传感器为不低于130万像素以上的面阵CCD或CMOS，要合理选择摄像头内CCD传感器靶面的大小，镜头的成像精度以及镜头的视角，调整横梁装置1-3的高度位置来设定工业相机1-6的合理物距，保证***所需的合适成像面积，该面积的选择以疵点识别时所要求的图像的精度为出发点，相机长度方向上即坯布的宽度方向保证图像精度，相机宽度方向上即坯布纺织走动的方向保证疵点出现时所能确切识别的长度，一般取值在5cm，图1中待检测区即为该***工业相机1-6图像采集的目标。

固定好横梁并做好相机调节后，通过线缆把工控主机的IO输入输出控制板和经编机主控电路的启停继电器相连，以保证检测***对经编机的控制及对经编机运行状态的检测。

在***进入运行状态时，程序进行初始化，包括读入***配置文件的自动读入及图像内存空间的开辟，在触发作用或软件自由采集软件的软触发的驱动下，各工业相机所采集的图像将被导入所开辟的相应内存空间。接着程序对经编机是否在运行中进行一次判断，如为否则退出程序，如为是则在经过n秒一般为4秒的延时等待后开始采集图像，采集到的坯布面图像被传输到工控主机，由工控主机中嵌入的疵点识别图像处理算法进行处理，算法对采集到的图像进行灰度变换、均值滤波的图像增强过程使得图像的疵点增强和背景纹理模糊化；对经过前处理的图像采用Niblack方法进行局部阈值二值化处理。根据二值化处理的图像，利用高级形态学的处理方法去除图像中的噪声微粒，粒度分析通过对图像中残存的粒子进行筛选，利用特征值约束法检测疵点是否存在。如检测结果为存在，则表示有疵点存在，此时工控主板2-3需要向IO输入输出控制板2-6发出指令并控制经编机停机，该过程表明一轮检测结束。当操作员进行疵点修复后，在***未退出程序时，检测重新进入上述描述流程。如检测结果为不存在，则重新进行新的图像采集和判断。

***配备有显控操作终端，在运行状态时用户可以在操作终端观测出现疵点的区域以及设置参数，如灵敏度调节，报警/停机确认次数等，并且停机确认次数及停机灵敏度系数的设置会自动保证不小于报警确认次数及报警灵敏度系数。设置方法为选择界面控制栏中的管理员区需要密码进行操作。同时为防止在员工清洁、维护***时等出现误停机，终端配备用自动、手动切换按钮，在手动状态时，如若有疵点被检测到，***的报警灯会以声光信号的形式警示操作人员已发现疵点但不发生停机，而在自动状态时，***不仅给出声光报警，还会自动地实时停止精编机运行。在精编机以及本***暂停时，工控主机能够捕捉经编机的启动信号，在预定的延时后，本***能够根据工控主机捕捉到的信号再次重新启动。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，其特征是：包括横梁装置（1-3）、照明装置（1-2）和工业相机（1-6）、工控主机（2-2）、显控屏（1-1）和报警指示模块，横梁装置（1-3）安装在经编机刚完成的被检测坯布（1-7）的正上方或者斜上方，横梁装置（1-3）用于固定照明装置（1-2）和固定圆钢管（1-5），圆钢管（1-5）上固定连接有一组工业相机（1-6）；所述显控屏（1-1）与工控主机（1-2）相连，在设置状态时通过显控屏设置***的各项参数，在运行状态时能够观测疵点形态及发生疵点的区域；所述报警指示模块包括报警指示灯和LED信息指示面板，报警指示灯能在疵点发生时以声光信号的形式警示操作人员，而LED信息指示面板指示机器检测是否正常运行或疵点发生的区域位置。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，其特征是：横梁装置（1-3）、照明装置（1-2）和工业相机（1-6）的外部安装有用于防尘、防静电的屏蔽的长方体外壳，横梁装置（1-3）采用中空的方钢，方钢内部用于走电缆。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，其特征是：所述工业相机（1-6）采用高精度工业相机，相机的图像传感器为不低于130万像素以上的面阵CCD或CMOS。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，其特征是：所述照明装置（1-2）由一组线性线性排列的发光体组成，相邻的管状发光体在被检测坯布的照明区域具有重叠部分，且所有管状发光体在被检测坯布拼接而形成的照明区域覆盖整个待检测区。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***，其特征是：所述工控主机（2-2）包括***电源（2-1）、工控主板（2-3）和IO输入输出控制板（2-6），所述***电源（2-1）采用开关电源作为工控主板（2-3）、工业相机（2-8）和IO输入输出控制板（2-6）的供电装置；所述工控主板（2-3）通过触发与控制板（2-5）进行软件触发或脉冲发生器触发使工业相机（2-8）采集图像，工业相机（2-8）通过USB、1394或GigE千兆网的传输方式向工控主机（2-2）上传触发采集的图像。

6.一种基于机器视觉的坯布疵点在线检测***的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：工控主板（2-3）通过疵点识别图像处理算法对采集的图像进行处理，当处理结果中显示发现疵点时，工控主机（2-2）向IO输入输出控制板（2-6）下发命令，IO输入输出控制板（2-6）根据命令驱动继电器动作控制经编机（2-7）停机；在经编机（2-7）处于暂停整经状态时，IO输入输出控制板（2-6）连续捕捉经编机（2-7）运行状态并实时向工控主板（2-3）上传经编机（2-7）工作状态，当操作工人处理好疵点后，经编机重新启动时，工控主板（2-3）根据机器状态延时重启疵点识别图像处理算法。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***的实现方法，其特征在于：所述工控主板（2-3）的检测步骤如下：机器开启后，程序随机启动，启动后的程序先进行初始化，包括***配置文件的自动读入及图像内存空间的开辟；初始化完成后，工控主板（2-3）通过IO输入输出控制板（2-6）检测经编机是否处于运行状态，如果经编机处于运行状态，则程序进入延时等待，当延时时间达到n秒时，疵点识别图像处理算法启动；图像处理和分析模块从各内存空间里取出图像数据，采集的原始图像经过灰度变换、均值滤波的图像增强过程使得图像的疵点增强和背景纹理模糊化；对经过前处理的图像采用Niblack方法进行局部阈值二值化处理；根据二值化处理的图像，利用高级形态学的处理方法去除图像中的噪声微粒，粒度分析通过对图像中残存的粒子进行筛选，利用特征值约束法检测疵点是否存在；如检测结果为存在，则表示有疵点存在，此时工控主板（2-3）需要向IO输入输出控制板（2-6）发出指令并控制经编机停机，该过程表明一轮检测结束；当操作员进行疵点修复后，在***未退出程序时，检测重新进入上述描述流程；如检测结果为不存在，则重新进行新的图像采集和判断。

8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***的实现方法，其特征在于：均值化处理采用[0,255]区间展宽；滤波处理采用3x3或5x5的作用核矩阵；阈值分析时采用NiBlack算法，其作用核宜采用16x8大小矩阵，偏差因子设置为0.6；选取Background Correction进行阈值分析时，核矩阵参数同Niblack设置；高级形态学处理采用3x3的核对Hexa的八角数据矩阵进行8连通的腐蚀操作；形态学处理采用常规的开、闭运算和膨胀、腐蚀操作，核为3x3矩阵，作用方式为 $\left[\begin{array}{ccc}0& 1& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 1& 0\end{array}\right];$ 粒度分析采用疵点高度、角度和长短比的特征作为判断依据，当算法处理后的疑似疵点满足粒度分析的参数设定时，则进行疵点认定和记录。

9.根据权利要求6所述的基于机器视觉的坯布疵点在线检测***的实现方法，其特征在于：在程序中设定报警/停机灵敏度，即确认次数调节，及手动/自动切换的功能性按键，能够设定手动模式或者自动模式，手动模式时检测到疵点时只报警不停机，可以由人工操作决定是否停机，在自动模式下则发生上述状况则立即停机。

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