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（研祥智能股份有限公司 R&D中心 深圳 518057）
修惠文
摘要：傳統(tǒng)粘膠長絲檢測(cè)和質(zhì)量控制基本依賴人工完成，具有速度慢，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等缺點(diǎn)。機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)作為一種新型的檢測(cè)技術(shù)，具有速度快、精度高、非接觸、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于化纖產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域，可以有效地克服人工檢測(cè)的不足，提高化纖工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化程度與生產(chǎn)效率。
針對(duì)粘膠長絲的檢測(cè)需要，本文對(duì)浴內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及粘膠長絲計(jì)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(duì)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(jì)數(shù)問題，提出了解決細(xì)絲交錯(cuò)重疊的分離連通域算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文設(shè)計(jì)的粘膠長絲浴內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)是實(shí)用有效的。對(duì)實(shí)際取樣的140幅粘膠長絲圖像進(jìn)行計(jì)數(shù)算法測(cè)試，其中137幅測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，測(cè)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(hào)：O432.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(chǎng)需求量不斷上升，尤其是加入WTO、紡織配額取消之后，國際對(duì)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(gè)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(cè)噴絲板是否堵孔，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單絲數(shù)目，可以較好的解決上述問題。
為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單絲數(shù)目，本文利用機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)，采用外置光源對(duì)粘膠長絲照射，由光學(xué)系統(tǒng)成像至CCD上，實(shí)時(shí)采集酸浴內(nèi)長絲圖像，通過IPC工業(yè)計(jì)算機(jī)及圖像采集卡獲取圖像數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示至監(jiān)控屏幕上。同時(shí)，粘膠長絲圖像經(jīng)過圖像增強(qiáng)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(shí)別粘膠長絲并計(jì)算出其數(shù)目；根據(jù)計(jì)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(cè)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(dòng)態(tài)成像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)，實(shí)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(cè)的可視圖像；
⑶ 開發(fā)圖像處理軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)粘膠長絲的相關(guān)識(shí)別和判別計(jì)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(cè)精確度為97%
⑸ 功能實(shí)現(xiàn)：a獲取清晰的噴絲圖像，具有良好的可視性
b實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖像處理，指示噴絲數(shù)量
c噴絲板檢測(cè)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理（編號(hào)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等）
d儀器小型化，便于巡回檢測(cè)
3. 粘膠長絲浴內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
粘膠長絲浴內(nèi)監(jiān)測(cè)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(jī)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(jì)算機(jī)
⑧液晶顯示器
CCD實(shí)時(shí)采集接收屏上的圖樣，輸出視頻信號(hào)。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的視頻采集卡對(duì)CCD輸出的視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉，顯示至監(jiān)視器屏幕便于實(shí)時(shí)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(jì)數(shù)系統(tǒng)輸出用于圖像分析的圖片。工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體控制，為測(cè)試軟件的運(yùn)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(cè)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(jī)器振動(dòng)較大，且有高頻信號(hào)干擾，條件極為惡劣。為保證監(jiān)控系統(tǒng)正常工作，工控計(jì)算機(jī)的選擇是極為重要的，本文采用的是研祥工控機(jī)，型號(hào)為IPC-6806W-E(A3)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理、便于擴(kuò)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(jì)數(shù)算法的運(yùn)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(jī)械微調(diào)裝置；將采集卡、電壓控制板、工業(yè)計(jì)算機(jī)以及液晶顯屏封裝在控制柜中，實(shí)現(xiàn)儀器的小型化，便于循環(huán)檢測(cè)。系統(tǒng)的控制柜和浴內(nèi)CCD攝像探頭與光源機(jī)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(jī)構(gòu)
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