CN202869985U - 一种基于机器视觉的整经断纱在线监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于机器视觉的整经断纱在线监测***，该***包括由竖杆和横梁组成的T型检测主体支架、工业相机、LED照明灯、嵌入图像采集和处理及断纱识别算法的工控主机、整经机控制板、触摸显控屏及报警灯模块，横梁上固定有工业相机和LED照明灯，横梁下方设有纱架，纱架上设有分别设于竖杆的前后两侧的纱线压杆和分纱针，纱线穿过分纱针后形成纱线面。本实用新型有益的效果是：本实用新型结构合理，使用方便，效果好，可通过非接触的情况下利用机器视觉进行断纱检测，不会影响纱线的质量，且安装方便，节能环保。

Description

一种基于机器视觉的整经断纱在线监测***

技术领域

本实用新型涉及纺织领域，尤其是一种基于机器视觉的整经断纱在线监测***。 

背景技术

近年来，随着电子电路的高速发展，纺织行业的自动化程度也大幅度的提高，特别在非接触检测、测量领域，各种新方法的应用层出不穷。纺织过程的断纱现象一直是困扰坯布质量的重要问题。目前在断纱检测领域已出现了一些有待完善的技术，其中的挂钩接触式检测对纱线质量有一定的损伤，而且安装位置有限，激光非接触式检测虽然克服了这两个缺点但是却需要复杂的辅助装置，同时耗能非常之大。 

发明内容

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种对纱线无损伤、节能的基于机器视觉的整经断纱在线监测***。 

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种基于机器视觉的整经断纱在线监测***，包括由竖杆和横梁组成的T型检测主体支架、工业相机、LED照明灯、嵌入图像采集和处理及断纱识别算法的工控主机、整经机控制板、触摸显控屏及报警灯模块，横梁上固定有工业相机和LED照明灯，横梁下方设有纱架，纱架上设有分别设于竖杆的前后两侧的纱线压杆和分纱针，纱线穿过分纱针后形成纱线面。 

作为优选，所述横梁外部设有封闭的长方体外壳。 

作为优选，所述竖杆采用内部可用于缆线布置的中空方钢。 

作为优选，所述竖杆的底部设有钢板，钢板与竖杆的两侧接合转角处设有肋板。 

作为优选，所述纱线面下方设有与纱线走动方向垂直，且与工业相机镜头平面呈60度角的挡光板，挡光板表面设有采用喷塑工艺进行的氧化处理。 

作为优选，所述工业相机采用500万像素以上的面阵CCD或CMOS光电传感器，或者2048像素以上的线阵CCD或CMOS光电传感器，工业相机与纱线面的距离要求保证图像的分辨率大于5Pixel/mm。 

作为优选，所述工控主机主要由***电源，工控主板和IO输入输出控制板组成，其中***电源选择开关电源作为工控主板、IO输入输出控制板、工业相机和LED照明灯的供电装置，工控主板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，工业相机通过USB、1394或千兆网的任一传输方式与工控主板连接上传图像，工控主板通过IO输入输出控制板与控制整经机的整经机控制板连接。 

一种基于机器视觉的整经断纱在线监测***的实现方法，包括以下步骤： 

（1）当监测***进入运行状态时，***开辟N个图像内存空间区（N为工业相机个数），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被导入所开辟的相应内存空间； 

（2）利用软件的多个并行进程或单进程的方法对应处理并行触发或串行触发的图像采集过程； 

（3）内存中的图片首先进行拉普拉斯算子作用的图像增强处理，其作用的局域矩阵为5x5模板，其矩阵形式为 $\left[\begin{array}{ccccc}-1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& 24& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1\\ -1& -1& -1& -1& -1\end{array}\right];$

（4）增强后的图像根据软件设定的图像区域，通过图像处理之边缘检测的算子寻找对比度大于设定的对比度差值阈值的有效边缘，并记录边缘数目，其边缘检测算子采用prewitt垂直边缘寻找模板 $\left[\begin{array}{ccc}-1& 0& 1\\ -1& 0& 1\\ -1& 0& 1\end{array}\right];$

（5）相对于每一个工业相机对应的图像，用（4）中图像处理的边缘数目与对应每个工业相机预设经纱线数目对比，若出现差异时，则表示断纱或多纱情况发生； 

（6）当发生断纱或多纱情况时，检测软件通过写入整经机控制板命令发出声光报警或同时停下整经机。 

作为优选，当操作工人接好断纱后，整经机重新启动时，工控主板会根据机器状态延时重启监测算法。 

作为优选，所述预设经纱线数目可为通过人工设定预置的数目，也可通过软件自动学习功能写入初始预设值。 

本实用新型有益的效果是：本实用新型结构合理，使用方便，效果好，可通过非接触的情况下利用机器视觉进行断纱检测，不会影响纱线的质量，且安装方便，节能环保。 

附图说明

图1是本实用新型的主视图； 

图2是本实用新型的侧视图； 

图3是工控主机模块机构示意图； 

图4是软件程序核心算法流程图； 

附图标记说明：竖杆1，挡光板2，纱架3，横梁4，纱线压杆5，工业相机6，LED照明灯7，触摸显控屏8，工控主机9，***电源91，工控主板92，IO输入输出控制板93，肋板10，钢板11，分纱针12，整经机控制板13，长方体外壳14。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明： 

实施例：如图1、2，这种基于机器视觉的整经断纱在线监测***，包括由竖杆1和横梁4组成的T型检测主体支架、工业相机6、LED照明灯7、嵌入图像采集和处理及断纱识别算法的工控主机9、整经机控制板13、触摸显控屏8及报警灯模块，横梁4上固定有工业相机6和LED照明灯7。工业相机6的个数根据纱线面宽度的需求来确定，以竖杆1为对称轴安装。装有工业相机6和LED照明灯7的横梁4外部可用长方体外壳14进行封闭来进行防尘、防静电的屏蔽。竖杆1采用中空的方钢，起到支撑和固定作用，且中空方钢内部用于线缆布置以保持设备的简洁，同时做成可伸缩结构。竖杆1的底部焊有30~40（mm）见方、厚度为大于10mm的钢板11，钢板11与竖杆1的两侧接合转角处设有肋板10，以达到安装后的支架稳固坚实的目的。 

竖杆1离横梁4下方50~60cm处设有纱架3，纱架3上设有分别设于竖杆1的前后两侧的纱线压杆5和分纱针12，间距在10~30cm范围内可调节。整理纱线穿过检测***纱架3上的分纱针12，并且在纱线穿过分纱针12的前后配备纱线压杆5，以保证纱线在运动过程中上 下跳动的幅度不会过大，从而保证所有的纱线在同一个水平面上，该措施有利于每根纱线都能够被清晰的摄入工业相机6。纱线穿过分纱针12后形成纱线面，纱线面的特点是，其纱线都在一个平面上，且纱线相互平行，纱线头纹数目清晰。纱线面下方10cm处设有与横梁4平行，且与工业相机6镜头平面呈60度角的挡光板2，走线方向与之垂直，挡光板2表面采用喷塑工艺进行氧化处理，以增强工业相机纱线图像采集的对比度，保证工业相机6在采集图像时的良好背景以及能达到较高的质量。 

工业相机6采用500万像素以上的面阵CCD或CMOS光电传感器，或者2048像素以上的线阵CCD或CMOS光电传感器，工业相机6与纱线面的距离要求保证图像的分辨率大于5Pixel/mm，该分辨率能够保障检测效果的100%有效。在选择500万像素面阵图像传感器或2048像素线阵图像传感器时，工业相机6与纱面的距离大约在50cm左右。通过调节工业相机6上所挂接的镜头焦距，可以得到清晰的纱线图像。所述LED照明灯7采用大功率如3W的LED灯珠，以10~15cm的间隔构成灯带，垂直照射在纱面上，保证打到纱面上的光均匀，且可以与挡光板2共同保障图像的优良效果。工业相机6和LED照明灯7在高度方向上有5公分范围可调，在水平沿纱线面走动方向上间隔5公分。 

所述工控主机9如图3所示，主要由***电源91，工控主板92和IO输入输出控制板93组成，其中***电源91选择开关电源作为工控主板92、IO输入输出控制板93、工业相机6和LED照明灯的供电装置，IO输入输出控制板93通过导线与***中相机相连构成“*”型触发连接，连接端口采用光耦隔离，工控主板92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6采集图像，工业相机6通过USB、1394或千兆网的任一传输方式与工控主板92连接上传图像。工控主机9根据图像采集的模式，自动选择并行或串行的图像处理算法对监测的纱线进行根数识别。 

工控主板92中的软件通过特定的算法对采集的图像进行处理，当处理结果中显示断纱发生时，工控主机9向IO输入输出控制板93下发命令，IO输入输出控制板93根据命令驱动继电器动作通过整经机控制板13控制整经机停机。在整经机处于暂停整经状态时，IO输入输出控制板93连续捕捉整经机运行状态并实时向工控主板92上传整经机工作状态，当操作工人接好断纱后，整经机重新启动时，工控主板92会根据机器状态延时重启监测算法，其中 延时的目的是跳过整经机启动前8秒内的非全速不稳定状态。 

所述触摸显控屏8与工控主机9相连，触摸显控屏8采用电阻屏或电容屏，工控主机9通过LVDS或VGA接口及usb接口与触摸显控屏8通讯，在设置状态时通过显控屏设置***的各项参数，如灵敏度调节，纱线预设置数目等。在运行状态时可以观测实际识别纱线数目及发生断纱的区域。可以把显控屏8拉开4米以上到整经机控制平台处，或直接固定在T形监测主体支架的横梁4左边，方便观测。所述报警灯模块能在断纱发生时以声光信号的形式警示操作人员已发生断纱。 

所述工控主板92的算法实现方法的核心流程图如图4所示。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***初始参数的读入及图像内存空间的开辟；初始化完成后，工控主板92通过IO输入输出控制板93监测整经机是否处于运行状态，如果整经机处于运行状态，则程序进入延时等待，当延时时间达到n秒（经验值，n一般设置为8）时，算法启动；采集图片经过ROI（Region Of Interest，感兴趣区域）裁剪处理（裁剪出需要检测的区域）后，先进行5x5的Laplace算子作用，增强后的图像通过基于Prewitt算子的边缘检测后，对统计出边缘线数与实际纱线的设定数目相比较，若纱线数目相同，则重新进行新的图像采集和判断，如果纱线数目不符合，则表明有断纱出现，此时工控主板92需要向IO输入输出控制板93发出指令并控制整经机停机，该过程表明一轮检测结束。当操作员进行断纱修复后，在***未退出程序时，检测重新进入上述描述流程。 

整经机控制板13通过RS232或RS485或CAN总线协议模式与工控主机9相连，当断纱发生时，工控主机9通过整经机控制板13使整经机停止整经，且工控机通过整经机控制板实时获取整经机是否运行的工作状态，当整经机从停机开始运行时，监测软件会在整经机运转电机加速进入平稳状态时进行检测，其实现方式一般是进行适当延时。而当操作工人接好断纱后，整经机重新启动时，工控主板92会根据机器状态延时重启监测算法，延时的目的是跳过整经机启动前8秒内的非全速不稳定状态。 

所述预设经纱线数目可为通过人工设定预置的数目，也可通过软件自动学习功能写入初始预设值，即显示终端提供“校准”按键，用户点击“校准”按键后，***自动学习当前纱线数目，当纱线数目稳定时确认即可作为预设纱线数目。为避免检测的误报警和人工操作，在程 序中设定检测灵敏度（即边缘强度的阈值调节和确认次数调节）和手动/自动切换的功能性按键，有利于应对实际工程中的众多不确定因素。手动模式时断纱、多纱、并纱、跳纱发生时只报警不停机，自动状态时发生上述状况马上停机，手动状态适合在纱线质量较差或者纱线到达筒底丝时采用。 

除上述实施例外，本实用新型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，均落在本实用新型要求的保护范围。 

Claims (7)

1.一种基于机器视觉的整经断纱在线监测***，包括由竖杆（1）和横梁（4）组成的T型检测主体支架、工业相机（6）、LED照明灯（7）、工控主机（9）、整经机控制板（13）、触摸显控屏（8）及报警灯模块，其特征是：横梁（4）上固定有工业相机（6）和LED照明灯（7），横梁（4）下方设有纱架（3），纱架（3）上设有分别设于竖杆（1）的前后两侧的纱线压杆（5）和分纱针（12），纱线穿过分纱针（12）后形成纱线面。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整经断纱在线监测***，其特征是：所述横梁（4）外部设有封闭的长方体外壳（14）。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整经断纱在线监测***，其特征是：所述竖杆（1）采用内部可用于缆线布置的中空方钢。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整经断纱在线监测***，其特征是：所述竖杆（1）的底部设有钢板（11），钢板（11）与竖杆（1）的两侧接合转角处设有肋板（10）。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整经断纱在线监测***，其特征是：所述纱线面下方设有与纱线走动方向垂直，且与工业相机（6）镜头平面呈60度角的挡光板（2），挡光板（2）表面设有采用喷塑工艺进行的氧化处理。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整经断纱在线监测***，其特征是：所述工业相机（6）采用500万像素以上的面阵CCD或CMOS光电传感器，或者2048像素以上的线阵CCD或CMOS光电传感器，工业相机（6）与纱线面的距离要求保证图像的分辨率大于5Pixel/mm。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的整经断纱在线监测***，其特征是：所述工控主机（9）主要由***电源（91），工控主板（92）和IO输入输出控制板（93）组成，其中***电源（91）选择开关电源作为工控主板（92）、IO输入输出控制板（93）、工业相机（6）和LED照明灯的供电装置，工控主板（92）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（6）采集图像，工业相机（6）通过USB、1394或千兆网的任一传输方式与工控主板（92）连接上传图像，工控主板（92）通过IO输入输出控制板（93）与控制整经机的整经机控制板（13）连接。 

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