光電自動驗布機的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

呂志華 李 彪 周 磊 王科利

（陜西長嶺紡織機電科技有限公司，陜西寶雞，721013）

在紡織企業(yè)織造過程的整理工序，首要的工作就是驗布。驗布就是尋找織物上的有害疵點，按疵點種類統(tǒng)計數(shù)量對布匹評級，并標(biāo)記位置為后續(xù)修布做準(zhǔn)備。由于整理工序是紡織品出廠前的最后一道工序，在產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，而驗布又是這一工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以紡織企業(yè)在驗布環(huán)節(jié)投入了大量的人力和物力。目前國內(nèi)多采用人工驗布方式，由檢驗人員在一定的燈光下觀察緩慢運動的布面狀況，遇到疵點時停止運動并在相應(yīng)位置或布邊標(biāo)記，驗完一卷布后，再由修布人員根據(jù)標(biāo)記修理布面上的相應(yīng)疵點。傳統(tǒng)的人工驗布存在檢測效率低、勞動強度大、漏檢率高等諸多問題。

隨著電子技術(shù)和圖像視覺技術(shù)的快速發(fā)展，用“電眼”代替“人眼”成為可能。近幾年，逐漸發(fā)展起來一種采用若干高分辨率線陣CCD相機檢驗高速流動織物上疵點的機器，這種機器檢驗布面疵點種類全、誤判率低、檢驗速度快、效率高，可以降低人力成本，也符合紡織產(chǎn)業(yè)升級和智能制造的趨勢［1］。

1 已經(jīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 圖像識別系統(tǒng)

圖像識別系統(tǒng)的核心內(nèi)容是織物疵點的檢測和識別，主要思想是通過圖像空間域的變化，突出疵點特征。圖像變換經(jīng)歷了圖像分割、高斯濾波、直方圖初步識別、二值化、輪廓變換、疵點識別等主要過程［2］，見圖1。

圖1 圖像處理工作流程

布面疵點種類較多，按照布面疵點的分類，每一類均設(shè)計了專門的識別算法，可以分為棉雜（棉球）、竹節(jié)（多緯）、跳紗、異纖、緯縮、斷經(jīng)、斷緯（百腳）、稀弄（密路）、緯縮（經(jīng)縮）和滿天星等算法。疵點的分類算法與疵點的空間變換相結(jié)合，共同完成布面疵點的識別。目前，除了不太明顯的橫檔外，絕大多數(shù)的疵點均可有效識別。

1.2 符合自動檢測要求的布匹牽引系統(tǒng)

布匹牽引系統(tǒng)用于牽引布面平穩(wěn)通過檢測區(qū)，同時對布面進行平整、清潔等工作。布面牽引系統(tǒng)主要包括清潔裝置、對中擴幅裝置及牽引裝置。清潔裝置負(fù)責(zé)對織物的兩個表面進行清潔工作，避免因附著在織物上的線頭、飛花等異物影響處理單元的識別。清潔裝置上裝有漫反射式自動開關(guān)，用于檢測本卷布匹是否已經(jīng)測試完畢。對中擴幅裝置通過光電傳感器對織物位置進行偵測，實時控制擺動羅拉把織物移動到合適的位置，并且通過擴幅羅拉對織物展平，消除褶皺。牽引裝置通過減速電機驅(qū)動導(dǎo)布輥，壓輥通過氣缸將布匹壓在導(dǎo)布輥上，勻速牽引織物，同時通過鏈輪和曲柄機構(gòu)帶動擺布裝置運動，將布匹擺折整齊，或者直接成卷。

有些情況下，還要求布匹牽引系統(tǒng)具有手動停止、倒轉(zhuǎn)等功能，從結(jié)構(gòu)形式上具備能站立修布工進行在線修布的平臺。

1.3 自跟隨布面疵點標(biāo)記系統(tǒng)

標(biāo)記系統(tǒng)負(fù)責(zé)在發(fā)現(xiàn)布面疵點后進行標(biāo)記。標(biāo)記采用可消除墨水或者粘貼標(biāo)簽，可消除墨水經(jīng)過若干天后會自動消失，不會對布面產(chǎn)生任何不良影響。當(dāng)識別到布面疵點時，在相應(yīng)布面疵點位置作一標(biāo)記，同時自動尋找布邊并在布邊作一標(biāo)記，以方便后續(xù)修布時快速查找。為了區(qū)分布面疵點種類并對布匹進行評級，將布面疵點分為一般和嚴(yán)重（分值1～4），在標(biāo)記方式上，分別采用藍(lán)色與紅色墨水或標(biāo)簽進行標(biāo)記。在修布時，修布工根據(jù)標(biāo)記打開折疊的布匹，就可以快速、方便地查找到布面疵點，進行修理。

2 影響自動驗布機效能的因素及解決方法

2.1 光源對布面疵點識別的影響

GB/T 406—2008《棉本色布》標(biāo)準(zhǔn)中，被定義過的布面疵點類型就多達68種［3］。此外，各企業(yè)根據(jù)自身工藝以及布面品種特點，會對一些非國標(biāo)內(nèi)的疵點進行定義、識別和關(guān)注，進一步增多了布面疵點種類。

光電自動驗布機的機器視覺系統(tǒng)通常采用高亮LED光源。光源方式根據(jù)相機、布面和光源的相對位置，將打光方式可分為上光、下光、混合光。根據(jù)布匹品種特點，可調(diào)整光源照射角度，以凸顯布面疵點特征。為兼顧不同布匹品種，可將光源角度選在 45°、60°、70°等［4］。

下光源設(shè)計可以很好地凸顯出大多數(shù)常規(guī)布面疵點的形態(tài)特征，這也符合紡織廠人工驗布平臺的光源設(shè)計。然而，在紡織廠實際的試驗過程中發(fā)現(xiàn)，對于某些品種的布面疵點無法用下光源顯示，而采用上光源則可以凸顯出疵點的特征。采用不同光源識別部分布面疵點的結(jié)果見圖2～圖5。

根據(jù)疵點本身特征，選擇最合適的光源（上光源或下光源）來凸顯疵點特征。比如斷經(jīng)、松經(jīng)疵、橫檔等疵點可以采用上光源凸顯特征，雜物、棉球、雙緯等疵點采用下光源凸顯特征。在獲取特征明顯的布面疵點圖像數(shù)據(jù)后，就大大降低了圖像算法的難度［5］。

由于布面疵點種類繁多，采用光源的方式、亮度、角度、距離等因素都會影響布面疵點特征，這都需要從成像特性、算法設(shè)計等多方面考量，最終實現(xiàn)布面疵點識別的正檢率。

圖2 斷疵圖像

圖3 橫檔圖像

圖4 斷經(jīng)圖像

圖5 粗節(jié)圖像

2.2 非疵點性干擾物會造成誤判

非疵點性干擾物主要包括飛花、線頭、褶皺。飛花、線頭干擾主要是由于在織造過程中，部分未清潔的飛花、線頭附著到坯布表面，隨布匹經(jīng)過檢測區(qū)時形成的干擾。褶皺干擾主要是在織機落布中，布未卷好，或者卷布輥上有凸起物，對布面造成的死皺，經(jīng)過檢測區(qū)時形成的干擾。

人工驗布過程中通過人眼觀察或人為干預(yù)可以將非疵點性干擾物與布面疵點辨別出。然而，自動驗布機中采用CCD相機采集織物樣本，其清潔裝置無法完全清除非疵點性干擾物，采集到織物樣本的干擾物和疵點形態(tài)若類似將會引起誤判。目前這三類非疵點性干擾占誤判的90%。飛花圖像與雜物、棉球圖像類似，線頭與拖紗、斷疵圖像類似，褶皺形態(tài)較為隨機，水平或垂直形態(tài)易引起誤判。飛花、線頭和褶皺圖像見圖6和圖7。

圖6 飛花線頭圖像

圖7 褶皺圖像

為此，可以從結(jié)構(gòu)或者軟件方面考慮，減少布面非疵點性干擾物的誤判。結(jié)構(gòu)方面，加強對布匹的清潔效果，并將清潔下來的飛花、線頭等進行有效分離；褶皺上加強落布環(huán)節(jié)的管理，改進落布輥設(shè)計等。軟件方面，根據(jù)非疵點性干擾物與布面疵點的特征，限定其方向、粗度、長度等特征進行區(qū)分［6］。

上述工作依舊難以達到誤判率小于10%的目標(biāo)。因此，如何提高疵點的正檢率、降低誤判率，并做好兩者之間的平衡是自動驗布需要解決的關(guān)鍵性問題之一。

2.3 前后道工序的銜接

在織造企業(yè)的整理車間，驗布的前道工序是織布，后道工序為修布。從織機上下來的布為卷裝，一般一個布卷的布長110 m、220 m或者330 m，大卷裝的布長為600 m到1 500 m不等。

自動驗布機的出布方式分卷裝和碼布兩種。碼布機型適用于卷布→碼布→修布的工藝流程，智能識別布面疵點，實時標(biāo)記，待一卷驗完后，離線修布；卷布機型適用于卷布→修布→卷布的工藝流程，智能識別布面疵點，布面疵點自動停于修布平臺，在線進行修布，修理完成后繼續(xù)檢測。

以一卷布220 m為例，按平均驗布速度50 m/min來計算，驗一卷布不到5 min，上布、接縫、下布的操作頻率較人工驗布大大增加。這就需要一套自動上、下布和快速接縫的智能化流程來加快進程，減輕勞動強度。自動驗布前后道工序銜接的自動化也是決定其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

3 發(fā)展趨勢

3.1 按照用戶個性化要求的定制式

雖然人工驗布機在織造企業(yè)是一款通用型的設(shè)備，但作為自動驗布機，各企業(yè)會有不同的要求。決定不同設(shè)計的因素有：一是結(jié)構(gòu)形式，包括布匹幅寬，卷布還是碼布，是否需要清潔裝置，褶皺情況等；二是布匹的特性，包括織物薄厚，白色還是深色、純色還是花布等；三是疵點的種類，對疵點要求嚴(yán)還是松，重點關(guān)注哪些疵點，只驗不修還是邊驗邊修，或者驗完再修等；四是標(biāo)記形式，只是疵點數(shù)據(jù)統(tǒng)計還是要標(biāo)記，標(biāo)記用墨水還是粘貼標(biāo)簽；五是評分，是按國標(biāo)還是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；六是上下游的銜接方式，包括上布、接縫，與碼布機的連接等。

3.2 可控制雙光源

根據(jù)織物品種有時需要上光源，有時需要下光源，可以快速控制轉(zhuǎn)換。

3.3 超高的正檢率

因為驗布工序是紡織廠最終產(chǎn)品（織物）質(zhì)量把關(guān)的最后一道環(huán)節(jié)，不允許有遺漏，特別是用戶關(guān)注的疵點，所以驗布機必須要有超高的正檢率，90%以上未必能滿足要求，可能會要求達到95%甚至更高。

3.4 較高的自動化程度

自動驗布機正常工作起來速度很快，布匹運動速度甚至可以達到120 m/min，但如果上布、接縫、下布自動化程度不高，將會在這些環(huán)節(jié)浪費大量的時間，并給驗布工帶來較高的勞動強度。所以，自動驗布機的發(fā)展必然朝著擁有較高的自動化程度方向邁進。

4 結(jié)束語

任何產(chǎn)品的研發(fā)都要迎合市場的需要，滿足用戶的要求，光電自動驗布機也不例外。光電自動驗布機的研發(fā)經(jīng)歷了較為曲折的過程。開始階段只是在人工驗布機上改造，加裝圖像視覺系統(tǒng)，由于傳統(tǒng)的人工驗布機難以滿足光電自動驗布機所需要的基礎(chǔ)條件，所以研發(fā)并不順暢。后來，設(shè)計專門的布匹牽引系統(tǒng)，不斷解決“電眼”所遇到的各種問題，逐漸顯示出光電自動驗布機的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段還在探討并嘗試光電自動驗布機從“離線”走向“在線”，但成本高。如果光電自動驗布機能較好地處理目前存在的問題，光電自動驗布機的“離線”優(yōu)勢反而更加明顯。