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修惠文
摘要：傳統(tǒng)粘膠長絲檢測和質(zhì)量控制基本依賴人工完成，具有速度慢，不能實現(xiàn)實時監(jiān)控等缺點。機器視覺檢測系統(tǒng)作為一種新型的檢測技術(shù)，具有速度快、精度高、非接觸、實時性等優(yōu)點，將其應(yīng)用于化纖產(chǎn)品檢測領(lǐng)域，可以有效地克服人工檢測的不足，提高化纖工廠生產(chǎn)的自動化程度與生產(chǎn)效率。
針對粘膠長絲的檢測需要，本文對浴內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及粘膠長絲計數(shù)算法的研究應(yīng)用做了詳細(xì)的探討。通過分析浴內(nèi)粘膠長絲圖像特性，針對性地研究粘膠長絲圖像的分割以及特征提取等算法。結(jié)合形態(tài)分析，研究粘膠長絲二值圖像的計數(shù)問題，提出了解決細(xì)絲交錯重疊的分離連通域算法。實驗結(jié)果證明本文設(shè)計的粘膠長絲浴內(nèi)檢測系統(tǒng)是實用有效的。對實際取樣的140幅粘膠長絲圖像進(jìn)行計數(shù)算法測試，其中137幅測試結(jié)果準(zhǔn)確，測量誤差控制在3％以內(nèi)。
關(guān)鍵詞：粘膠長絲、光電成像、CCD、圖像處理、形態(tài)分析中圖分類號：O432.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼： 460.4035
1. 引言
粘膠纖維良好的服用性能一直受到人們的青睞，高質(zhì)量粘膠長絲的市場需求量不斷上升，尤其是加入WTO、紡織配額取消之后，國際對高檔粘膠長絲的需求量猛增。由于我國的長絲質(zhì)量達(dá)不到國際標(biāo)準(zhǔn)，出口受到限制，其中一個重要原因是由于粘膠長絲單絲不足造成布料染色不均。粘膠長絲數(shù)量不足是由于在長絲成絲過程中，噴絲板中部分噴絲孔堵孔造成捻合單絲根數(shù)缺少。快速在線檢測噴絲板是否堵孔，實時監(jiān)測單絲數(shù)目，可以較好的解決上述問題。
為實現(xiàn)實時監(jiān)測單絲數(shù)目，本文利用機器視覺檢測技術(shù)，采用外置光源對粘膠長絲照射，由光學(xué)系統(tǒng)成像至CCD上，實時采集酸浴內(nèi)長絲圖像，通過IPC工業(yè)計算機及圖像采集卡獲取圖像數(shù)據(jù)，實時顯示至監(jiān)控屏幕上。同時，粘膠長絲圖像經(jīng)過圖像增強及閾值分割后，長絲的形態(tài)特征被突顯出來；用特定的算法識別粘膠長絲并計算出其數(shù)目；根據(jù)計數(shù)結(jié)果，判別長絲產(chǎn)品合格與否。
2. 粘膠長絲浴內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)研究目標(biāo)
2.1系統(tǒng)研發(fā)目標(biāo)
⑴ 研究噴絲動態(tài)成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，實現(xiàn)噴絲過程的光學(xué)成像；
⑵ 將酸浴中的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為方便于人們觀測的可視圖像；
⑶ 開發(fā)圖像處理軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對粘膠長絲的相關(guān)識別和判別計數(shù)；
⑷ 保證系統(tǒng)在酸浴中部分結(jié)構(gòu)不受腐蝕影響。
2.2系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
⑴ 該系統(tǒng)需適應(yīng)環(huán)境指標(biāo)
酸浴溫度：50℃
酸浴深度：400mm
酸浴透明度：400-500mm
酸浴組成：硫酸：130±1g/l
硫酸鋅：11±0.5g/l
硫酸鈉：260-270g/l
⑵ 噴絲孔徑φ0.06-φ0.08mm
⑶ 噴絲孔數(shù)18-60
⑷ 單絲檢測精確度為97%
⑸ 功能實現(xiàn)：a獲取清晰的噴絲圖像，具有良好的可視性
b實現(xiàn)計算機圖像處理，指示噴絲數(shù)量
c噴絲板檢測實現(xiàn)計算機管理（編號、數(shù)據(jù)存儲等）
d儀器小型化，便于巡回檢測
3. 粘膠長絲浴內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
粘膠長絲浴內(nèi)監(jiān)測硬件系統(tǒng)主要有以下部分構(gòu)成：
①系統(tǒng)照明光源
②CCD攝像頭
③機械微調(diào)裝置
④控制柜
⑤電源控制板
⑥圖像采集卡
⑦工業(yè)計算機
⑧液晶顯示器
CCD實時采集接收屏上的圖樣，輸出視頻信號。由計算機系統(tǒng)控制的視頻采集卡對CCD輸出的視頻信號進(jìn)行實時捕捉，顯示至監(jiān)視器屏幕便于實時監(jiān)控酸浴內(nèi)噴絲板的工作情況，截取細(xì)絲圖像，向長絲計數(shù)系統(tǒng)輸出用于圖像分析的圖片。工業(yè)計算機系統(tǒng)用于監(jiān)測系統(tǒng)的整體控制，為測試軟件的運行提供硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。
圖3.1 粘膠長絲浴內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，本系統(tǒng)的控制監(jiān)視部分要在粘膠長絲酸浴附近工作，其環(huán)境溫度高，空氣潮濕，周圍機器振動較大，且有高頻信號干擾，條件極為惡劣。為保證監(jiān)控系統(tǒng)正常工作，工控計算機的選擇是極為重要的，本文采用的是研祥工控機，型號為IPC-6806W-E(A3)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計合理、便于擴展外接采集卡；具有較好的抗震、抗干擾、防塵耐高溫的特性，能夠克服酸浴附近的惡劣條件而穩(wěn)定工作；滿足在線監(jiān)控與長絲計數(shù)算法的運算需求。另外，本系統(tǒng)的成像探頭部分要在酸液內(nèi)工作，需要將系統(tǒng)光源及CCD攝像頭密封在耐酸塑料ABS制成的防腐外殼中；為方便粘膠長絲的成像調(diào)節(jié)，在酸浴外加置了機械微調(diào)裝置；將采集卡、電壓控制板、工業(yè)計算機以及液晶顯屏封裝在控制柜中，實現(xiàn)儀器的小型化，便于循環(huán)檢測。系統(tǒng)的控制柜和浴內(nèi)CCD攝像探頭與光源機構(gòu)如圖3.2、3.3所示。
圖3.2控制柜結(jié)構(gòu) 圖3.3 浴內(nèi)CCD探頭與光源機構(gòu)
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