基于機器視覺的縫編機斷經(jīng)檢測系統(tǒng)研發(fā)

朱鵬 倪俊芳

摘要：縫編機工作時，氨綸絲纖細透明一旦斷經(jīng)，未能按時報警停車，就會織出廢品。而傳統(tǒng)人工目檢和機電斷經(jīng)檢測系統(tǒng)費時費力，且易產(chǎn)生誤判。基于Windows和C++平臺開發(fā)了機器視覺檢測系統(tǒng)，采用攝像機間隔拍攝經(jīng)編圖片，通過視覺算法對采集圖片處理分析，判斷斷經(jīng)與否，并通過USB4761通信口通斷控制縫編機的啟停。實際應用表明該系統(tǒng)對于斷經(jīng)判定的穩(wěn)定性得到提高，報警率達到100%。

關鍵詞：縫編；經(jīng)絲；視覺檢測；C++

中圖分類號：TS103.7文獻標志碼：A文章編號：1009-265X（2018）03-0093-04Research on Broken Warp Detecting System of

Stitching Machine Based on Visual Detection

ZHU Peng， NI Junfang

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China）Abstract：spandex warps， which are slender and transparent， will be woven out of scrap during working of the stitching machine if warps once disconnected and the alarm failed to work timely. Because the traditional manual inspection and electromechanical detecting system are timeconsuming， laborious and easy to result in false alarm， the detecting system of machine vision is developed based on windows and C++ platform. Images are shot through the camera at intervals of 2 seconds， processed and analyzed by vision algorithms to judge if the warp is broken， then that the stitching machine works or not will depend upon the onoff signals of USB4761 communication port. The industrial applications show that the judge stability for the warp broken or not is improved， the correct alarm rate reached 100%.

Key words：stitch；warp；visual detection； C++

通信作者：倪俊芳，Email：jfni9999@sina.com縫編機是一種基于經(jīng)編原理的編織機械，氨綸絲由經(jīng)軸引出，經(jīng)過穿絲板、導紗針，墊入槽針，針芯與槽針不間斷前后反復運動，對非織造布穿插，導紗針在花型凸輪的帶動下橫移，將縫編紗喂入，形成縫編織物[1]。縫編機生產(chǎn)彈力布過程中，每臺縫編機有近千根氨綸絲，其纖度極小僅為77.8 dtex（70D），透明且有彈性，一旦斷經(jīng)，織出廢品，必須停車裁剪，重新拼接布料，接絲開機，費時費力。現(xiàn)有的斷經(jīng)檢測系統(tǒng)雖然可以在斷經(jīng)后發(fā)出報警信號并停車，但也存在很多的缺點，比如安裝近千個停經(jīng)片及穿經(jīng)工作量極大，不能快速確定斷經(jīng)位置，此外，電控停車裝置的功能還不夠完善等。目前，國外采用機器視覺技術(shù)檢測經(jīng)絲斷裂技術(shù)上已成熟，國內(nèi)采用嵌入式智能相機檢測經(jīng)絲斷裂獲得成功[2]，但是一套斷經(jīng)檢測系統(tǒng)成本很高。因此根據(jù)企業(yè)實際需求狀況，本文將采用普通工業(yè)相機采集圖片，編寫C++程序通過視覺算法檢測斷經(jīng)與否。

1斷經(jīng)檢測系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設計

1.1視覺檢測機械結(jié)構(gòu)設計

由于現(xiàn)有的機械結(jié)構(gòu)不能滿足從機器視覺層面檢測斷絲的條件，故將原有的機械結(jié)構(gòu)進行改進。該機械結(jié)構(gòu)設計既保留了原有的縫編機、LED及停車系統(tǒng)，也包括了改進部分（固定支架、相機角度調(diào)整架、相機、計算機、USB4761、反色板），改進后的機械結(jié)構(gòu)部分不僅實現(xiàn)斷經(jīng)檢測功能，并且對原有機械結(jié)構(gòu)功能實現(xiàn)無任何影響，工作原理如圖1所示。

1.2斷經(jīng)檢測系統(tǒng)的工作原理

縫編機的照明條件是影響圖像質(zhì)量的重要條件[3]，因此在氨綸絲下面加了一塊反色板（圖2劃線部分），以便氨綸絲直線特征在燈光照射下，能夠更方便的捕捉，經(jīng)色板改進后顯示的氨綸絲編織過程，如圖2所示。

相機每兩秒采集一下圖像，并將采集圖片傳輸給計算機，通過視覺算法對圖片進行分析處理，在處理一幅圖像后，若判定無斷經(jīng)，繼續(xù)采集圖片；若斷經(jīng)，發(fā)送斷經(jīng)信號給USB4761，其常閉觸點斷開，啟動停車系統(tǒng)，縫編機斷經(jīng)檢測流程，如圖3所示。

2斷經(jīng)檢測系統(tǒng)主要算法部分

由于縫編機正常工作時，經(jīng)絲在燈光均勻照射、純黑色底板的襯托下都是白色纖細透明的直線，經(jīng)絲斷裂也就是白色絲線的丟失。相對于采取白線丟失轉(zhuǎn)化為像素丟失的方法，采用霍夫變換（Hough Transform， HT）是實際斷經(jīng)檢測更有效的方法[4]。其檢測直線時，任意一條平面直線均可用參數(shù)ρ和θ表示[5]，在極坐標系中，ρ為該直線到原點的距離，θ為該直線角度，直線可表述為式（1），如圖4所示。

ρ=xcosθ+ysinθ（1）

由式（1）可知，所采集的圖像中任一像素點（x，y）均可變換映射到霍夫空間中。如果某像素點滿足式（1），則對應的累加器的值加1。通過尋找局部最大值，也就是當波峰出現(xiàn)的時候，即可確定檢測圖像中有直線。累計概率霍夫變換（計算單獨線段的方向以及范圍，從而減少計算量，縮短計算時間）比標準霍夫變換檢測更高效[6]。其輸出檢測到直線端點（xstart，ystart，xend，yend）在OpenCV中它通過函數(shù)HoughLinesP來實現(xiàn)，累計概率霍夫變換檢測直線流程，如圖5所示。

圖5累計概率霍夫變換檢測直線流程

相機采集圖片時，要求光照強度適中均勻，計算機讀取采集到的圖片并對該圖片進行處理[7]，選取圖像感興趣區(qū)域（ROI）、分割、去噪音、增強、變換等[8]，并對圖像處理后的圖片進行斷經(jīng)判定分析。檢測系統(tǒng)的控制相機打開與閉合、采集圖像的開發(fā)界面，如圖6所示。

未斷經(jīng)時所采集的圖片感興趣區(qū)域如圖7所示。而斷經(jīng)時，考慮到程序處理需要時間，縫編機停車動作不能太快，同時連續(xù)無效織布不能超過2 m，設定縫編機間隔6 s停機（經(jīng)軸最大周長cmax=0.86，此時經(jīng)軸轉(zhuǎn)速nmin=9.38 r/min，6 s經(jīng)絲走過的長度l=cmax×nmin660=0.79<2 m，滿足要求），計算機中采集圖片感興趣區(qū)域標記為藍色的線（將RGB最后一個像數(shù)值設定為255即可進行綠色標記），即為縫編機斷經(jīng)的確切位置，如圖8所示。

3斷經(jīng)檢測系統(tǒng)USB4761停車控制

USB4761是隔離數(shù)字量輸入輸出和繼電器輸出模塊，用于在噪聲環(huán)境下接受數(shù)字量輸入[9]?？紤]到USB4761輸入電流的形式與范圍，需要利用整流變壓器將220 V交流電壓轉(zhuǎn)化為其輸入端可以接受的24 V直流電。該電控停車系統(tǒng)在不影響既有的機器工作線路情況下（圖9中虛線為原縫編機啟、停線路控制示意），在啟動按鈕下加上一個聯(lián)動按鈕，并將停止按鈕與USB4761的COM 0和NC 0端連接，如圖9所示。

其中COM 0：輸出引腳；NC 0：常閉輸出引腳；NO0：常開輸出引腳；IDI（0A、0B）：隔離數(shù)字量輸入引腳。

當啟動按鈕按下后，原有縫編機工作正常，同時聯(lián)動按鈕位置下移，新接線路形成通路，此時USB4761輸入端得到一個24 V高電平信號，使得USB4761與計算機相連形成通路并調(diào)用計算機程序，一旦程序執(zhí)行過程中判定斷經(jīng)，計算機通過數(shù)據(jù)線控制USB4761常閉觸點NC 0斷開，變成與常開NO 0連接，此時停止按鈕雖沒有斷開，但是線路同樣斷開達到停車效果。

4計算機與USB4761連接控制

利用USB轉(zhuǎn)串口可實現(xiàn)USB4761與計算機相連，程序調(diào)用MFC庫中USB4761的接口函數(shù)，對接口函數(shù)中相關通信口參數(shù)、位、狀態(tài)的進行設定編程，同時根據(jù)RS232串口通訊協(xié)議[10]，實現(xiàn)程序有效讀取并對USB4761有效控制，繼而達到USB4761常閉觸點斷開就能控制縫編機停車。圖10為控制USB4761的NC 0端口的控制界面，主要代碼如下。

{Openjidianqi1（）；//打開繼電器1

KillTimer（1）；//關閉第一個定時器

for（int j=0；j<1000；j++）

for（int kj=0；kj<1000；kj++）

for（int kji=0；kji<20；kji++）；//執(zhí)行2000萬次循環(huán)，留給USB4761反應時間

Closejidianqi1（）；//關閉繼電器1

m_szBuffer[0]='0'；//消息緩沖

……

}5結(jié)語

通過對斷經(jīng)檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理上的改進，設計了C++程序和斷經(jīng)后停車控制系統(tǒng)，使其能夠在斷經(jīng)時發(fā)出報警信號，同時使縫編機停車，并且標定確切斷經(jīng)位置，避免了廢品出現(xiàn)。在某企業(yè)實際生產(chǎn)中，其操作簡單，斷經(jīng)后停車可靠性達到100%，而且再無廢品產(chǎn)生。

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