紡織企業(yè)的整理工序用于檢驗(yàn)、修理織布過程中出現(xiàn)的各類質(zhì)量問題，目前國內(nèi)紡織企業(yè)在布匹的檢驗(yàn)上均采用人工的方式。驗(yàn)布時(shí)，由檢驗(yàn)人員在一定的光源下觀察布面狀況，遇到疵點(diǎn)時(shí)在布面上打下標(biāo)記，隨后由修布人員根據(jù)標(biāo)記修理布面上的相應(yīng)疵點(diǎn)。采用人工驗(yàn)布的方式耗費(fèi)人力多、速度慢、人眼易疲勞、檢驗(yàn)連續(xù)性差。隨著國內(nèi)用工成本的不斷上升，對基于視覺檢測的自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)有所需求。逐步采用自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)進(jìn)行布面質(zhì)量控制，節(jié)約人力成本，也是未來紡織企業(yè)的一種發(fā)展趨勢。為了適應(yīng)這一變化，長嶺紡電公司研制生產(chǎn)了能夠替代人工驗(yàn)布的FS220自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)(以下簡稱FS220)，對于提高紡織企業(yè)布匹質(zhì)量水平、增進(jìn)紡織企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義。
1．組成及工作原理
1.1組成
FS220由布面牽引系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、圖像識(shí)別系統(tǒng)、標(biāo)記系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，組成框圖見圖1。
1.2工作原理
    布面牽引系統(tǒng)對布面進(jìn)行清潔、平整擴(kuò)幅后添加一定張力使布面平穩(wěn)通過檢測區(qū)，視覺系統(tǒng)中LED光源照亮整個(gè)布面，4個(gè)CCD相機(jī)高頻采樣布面圖像，通過圖像采集卡將圖像數(shù)據(jù)傳送到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，圖像處理分析軟件采用多線程技術(shù)對所得到4個(gè)CCD相機(jī)的布面圖像并行進(jìn)行圖像處理、理解、識(shí)別等，判斷當(dāng)前布面上是否存在需要修正的疵點(diǎn)。如果存在疵點(diǎn)，則顯示該疵點(diǎn)圖像并通過串口向下位機(jī)發(fā)送控制命令，在布面的相關(guān)位置進(jìn)行標(biāo)記，方便修布人員對布面進(jìn)行修理。布匹測試完成后，自動(dòng)停止，可以連接下一布匹并繼續(xù)進(jìn)行測試，具體工作原理如圖2所示。
2．布面牽引系統(tǒng)
    布面牽引系統(tǒng)用于牽引布面平穩(wěn)通過檢測區(qū)，同時(shí)對布面進(jìn)行平整、清潔等工作。布面牽引系統(tǒng)主要包括清潔裝置、對中裝置及牽引裝置。
    清潔裝置負(fù)責(zé)對織物的兩個(gè)表面進(jìn)行清潔工作，避免因附著在織物上的線頭、飛花等雜物影響處理單元的識(shí)別。刷下的線頭、飛花和灰塵通過抽塵管道排出。清潔裝置上裝有漫反射式自動(dòng)開關(guān)，用于檢測本卷布匹是否已經(jīng)測試完畢，如果全部測試完畢，則需自動(dòng)停止驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，等待下一步操作。
    對中裝置通過光電傳感器對織物位置進(jìn)行偵測，實(shí)時(shí)控制擺動(dòng)羅拉把織物移動(dòng)到合適的位置，并且通過擴(kuò)幅羅拉對織物展平，消除皺折。
    牽引裝置通過減速機(jī)驅(qū)動(dòng)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。通過改變變頻器頻率來調(diào)節(jié)織物速度，當(dāng)前有15m/min、30m/min 、60m/min、120m/min四檔可設(shè)速度。同時(shí)通過鏈輪，曲柄機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)擺布裝置運(yùn)動(dòng)，將布匹擺折整齊。
3．視覺系統(tǒng)
    視覺系統(tǒng)用于將檢測的布匹轉(zhuǎn)化為圖像，并對圖像進(jìn)行傳輸、采集。視覺系統(tǒng)包括光源、相機(jī)、鏡頭、圖像采集卡。視覺系統(tǒng)采用4個(gè)4K CCD相機(jī)，單個(gè)相機(jī)有效檢測范圍550mm，4個(gè)CCD相機(jī)在一條直線上均勻分布，整個(gè)驗(yàn)布系統(tǒng)檢測區(qū)域2.2m，檢測精度0.134mm/pixel。線性相機(jī)采集區(qū)域可以調(diào)節(jié)，以便能獲得亮度均勻，紋理清晰的圖像。通過調(diào)整相機(jī)安裝座的旋轉(zhuǎn)角度，調(diào)整各個(gè)相機(jī)的檢測位置。每個(gè)CCD相機(jī)配有鏡頭，考慮到相機(jī)調(diào)整方便，每個(gè)相機(jī)的檢測區(qū)域放大到570mm，系統(tǒng)放大倍率為40.96/570=0.0719。光源系統(tǒng)采用高亮LED光源進(jìn)行照明，光源系統(tǒng)為正向背光方式，光源角度在80°～85°，能夠充分顯現(xiàn)布面疵點(diǎn)特征。
    圖像采集卡選用定制的高速圖像采集卡，負(fù)責(zé)將CCD相機(jī)采集的圖像數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，圖像采集卡和相機(jī)之間采用CameraLink傳輸協(xié)議，板上帶有緩存，數(shù)據(jù)傳輸率高，每個(gè)圖像采集卡可以負(fù)責(zé)一個(gè)相機(jī)圖像的傳輸。數(shù)據(jù)采集卡與工控機(jī)的接口采用PCI-E接口，可以高速地傳遞圖像數(shù)據(jù)。
4．圖像識(shí)別系統(tǒng)
    圖像識(shí)別系統(tǒng)的核心內(nèi)容是坯布疵點(diǎn)的檢測和識(shí)別。疵點(diǎn)檢測過程包括織物圖像采集、圖像預(yù)處理、圖像分析和特征值提取，由于機(jī)織物是由經(jīng)紗和緯紗相互交織而成，其表面具有明顯的紋理特征。而疵點(diǎn)是由經(jīng)緯紗線不規(guī)則交織形成的，其紋理明顯區(qū)別于規(guī)則交織形成的正常紋理?；谶@種差異，提出了布面疵點(diǎn)的檢測方法。
    圖像識(shí)別系統(tǒng)主要思想是通過圖像空間域的變化，突出疵點(diǎn)特征。圖像變換經(jīng)歷了圖像分割、高斯濾波、直方圖初步識(shí)別、二值化、輪廓變換、疵點(diǎn)識(shí)別等主要過程。
圖像采集系統(tǒng)每次傳送4096×512大小的圖像，圖像分割將圖像分為512×512大小的圖像，方便圖像處理。高斯濾波實(shí)質(zhì)上是一種信號(hào)的濾波器，其用途是圖像的平滑處理，濾波器就是建立的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，采用卷積方式進(jìn)行計(jì)算，通過這個(gè)模型來將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，突出圖像的特征，排除掉低能量的噪聲部分。直方圖表示數(shù)字圖像中每一級(jí)灰度與出現(xiàn)的頻數(shù)間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，用橫坐標(biāo)表示灰度級(jí)，直方圖能給出圖像的概貌性描述，例如圖像的灰度范圍、每個(gè)灰度級(jí)的頻數(shù)和灰度的分布、整幅圖像的亮度和平均明暗對比度等，正?？椢飯D像的直方圖分布應(yīng)符合正態(tài)分布，出現(xiàn)疵點(diǎn)的織物圖像則不完全符合正態(tài)分布，根據(jù)這一原理根據(jù)直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定閾值點(diǎn)并初步判定該幅圖像上是否含有織物疵點(diǎn)。二值化是根據(jù)直方圖確定的閾值將圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，方便判斷，小于閾值的點(diǎn)為黑色，大于閾值的點(diǎn)為白色，通過二值化變化使得布面疵點(diǎn)的特征更加顯現(xiàn)。根據(jù)布面疵點(diǎn)，采用雙向閾值進(jìn)行二值化的變化。輪廓變換是圖像處理中從圖像中識(shí)別幾何形狀的基本方法之一。輪廓變換通過計(jì)算二值圖像的面積或者周長進(jìn)而計(jì)算疵點(diǎn)的大小，通過門限比對實(shí)現(xiàn)疵點(diǎn)的識(shí)別。
    布面疵點(diǎn)種類較多，按照布面疵點(diǎn)的分類，每一類均設(shè)計(jì)了專門的識(shí)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）、滿天星等算法。疵點(diǎn)的分類算法與疵點(diǎn)的空間變換相結(jié)合，共同完成布面疵點(diǎn)的識(shí)別。
    四個(gè)相機(jī)同時(shí)工作，處理的數(shù)據(jù)量較大，在60m/min的速度下，相機(jī)采樣行頻達(dá)到了7.5k，每秒中處理的數(shù)據(jù)量達(dá)到了120M字節(jié)，對于每幅4096×512的圖像處理時(shí)間要求控制在67ms內(nèi)。針對4個(gè)CCD相機(jī)，處理系統(tǒng)采用四核高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，軟件中采用多線程進(jìn)行并行處理，充分利用計(jì)算機(jī)資源。其中4個(gè)線程進(jìn)行圖像采樣、處理、疵點(diǎn)判斷，1個(gè)線程進(jìn)行疵點(diǎn)的匯總、統(tǒng)計(jì)。經(jīng)過測試，處理每幅圖像的時(shí)間為28ms～30ms，完全滿足了實(shí)時(shí)性要求。
5．標(biāo)記系統(tǒng)
    標(biāo)記系統(tǒng)負(fù)責(zé)在布疵區(qū)域的布邊進(jìn)行墨點(diǎn)標(biāo)記，同時(shí)自動(dòng)尋找布邊。在布上標(biāo)記是一種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用而又可靠的方法，采用特殊的可消除墨水進(jìn)行標(biāo)記，墨水經(jīng)過20天左右的時(shí)間會(huì)自動(dòng)消失，不會(huì)對布面產(chǎn)生任何不好的影響。布邊標(biāo)記系統(tǒng)，為布面疵點(diǎn)位置的相應(yīng)布邊位置作查找標(biāo)記，提供了一種自動(dòng)追蹤布邊并作標(biāo)示的裝置；當(dāng)識(shí)別到布面疵點(diǎn)時(shí)，在相應(yīng)位置的布邊作一標(biāo)示，表明布匹該位置處存在布面疵點(diǎn)。修布工人在此位置打開折疊的布匹，就可以快速、方便的查找到布面疵點(diǎn)，進(jìn)行修理。
    噴墨裝置采用的噴槍，其工作原理是電磁閾得電后，控制壓縮空氣打開霧化壓縮空氣閾芯和墨水閾芯，噴到織物表面上，形成標(biāo)記。噴槍是一種氣動(dòng)設(shè)備，對于噴墨的控制可以通過開關(guān)噴槍上的電磁閾進(jìn)行。
6．控制系統(tǒng)
    控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制壓輥電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)、清潔與擴(kuò)幅裝置的啟停、無布自停和標(biāo)記系統(tǒng)的正常工作、漫反射開關(guān)的檢測等。控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間采用RS232通訊，接收計(jì)算機(jī)系統(tǒng)指令，并將布面牽引系統(tǒng)的狀態(tài)報(bào)告至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于控制系統(tǒng)以控制為主，計(jì)算為輔，軟件設(shè)計(jì)采用匯編語言。
7．部分軟件
    FS220監(jiān)控識(shí)別軟件是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包括參數(shù)設(shè)置、結(jié)果查詢、測試、自檢、幫助系統(tǒng)等功能。其中參數(shù)設(shè)置包括與識(shí)別相關(guān)的設(shè)定參數(shù)、速度參數(shù)、氣閥狀態(tài)及幅寬設(shè)定等。參數(shù)可以按照品種進(jìn)行保存，參數(shù)的修改通過密碼進(jìn)行保護(hù)，只有紡織企業(yè)工藝管理人員才能有權(quán)限進(jìn)行參數(shù)的修改，而操作人員只需按照存儲(chǔ)的品種重取參數(shù)即可。自檢可以檢查視覺系統(tǒng)、通訊、標(biāo)記系統(tǒng)等，方便維修。主界面如圖4所示。
8．機(jī)器特點(diǎn)
    ①檢測精度高，采用高性能的進(jìn)口4K線陣相機(jī)，采集頻率高達(dá)10KHZ。
    ②光源系統(tǒng)采用高亮、長壽命LED光源，保證了布面疵點(diǎn)的識(shí)別。
    ③智能布邊標(biāo)記系統(tǒng)，能夠自動(dòng)尋找布邊并將布邊標(biāo)記閥移至布邊，特殊的布邊標(biāo)記方式方便布面修理。
    ④對各類疵點(diǎn)進(jìn)行分類，對布面質(zhì)量作出客觀有效的評價(jià)。
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