基于機器視覺的糾偏檢測系統

陳耀歡，任德均，鄧霖杰，代成剛

（四川大學，四川成都 610065）

基于機器視覺的糾偏檢測系統

陳耀歡，任德均，鄧霖杰，代成剛

（四川大學，四川成都 610065）

卷材在復卷過程中容易發生偏移，而現有的糾偏系統糾偏效果不理想，利用機器視覺技術設計了一套全新的自動糾偏系統，實現了對卷材偏移的實時檢測，并且能及時將偏差信號反饋給執行元件，提高了糾偏精度和工作效率。

機器視覺；糾偏；圖像檢測；復卷機；CCD

0 引言

糾偏控制是指企業所生產的卷材在噴涂、印刷、層合、分切或者其他卷材卷繞過程中，始終要保持卷材側面整齊一致而采取的技術操作。因為卷材邊緣一旦沒有對齊，就會引起后續的工步出錯，導致材料浪費或停工調整。所以，在處理加工卷材的時候，需要對偏移的卷材進行及時的糾偏操作，這個過程稱之為糾偏。在卷材的復卷過程中，由于系統自身的誤差會使卷材在復卷的過程中沿卷筒的軸向有左右的擺動，造成卷材的側面不整齊即偏移，偏移量過大會給下一道工序的生產造成偏差，使產品的質量難以保證。故在卷材的復卷過程中要對卷材的偏移進行實時的糾正，使偏移量控制在質量允許的范圍內。

1 糾偏系統分析

經過分析原有復卷機的糾偏系統可知，其修邊復卷的糾偏原理如圖1所示。

該復卷機通過色標傳感器（俗稱光電眼）檢測紙張的邊緣左右的偏移，控制器將色標傳感器信號與預置的位置偏移量進行比較運算，當偏移量超過預置允許量時輸出控制信號，通過液壓執行裝置調節滾筒位移，從而對復卷的紙張位置進行糾偏控制。

圖1 復卷機糾偏原理圖

造成原有系統糾偏效果不理想的原因主要有：

（1）卷材的邊緣是鋸齒或波浪型的不整齊的形狀，具有形狀誤差，色標傳感器只能檢測紙張運動過程中左右的偏移量，無法消除紙張邊緣固有的形狀誤差，這就影響了原糾偏系統的糾偏精度和穩定性；

（2）據查原有的色標傳感器所能檢測到的光點一般為?0.5 mm～?1.5 mm，檢測精度達不到糾偏系統所需的精度要求；

（3）色標傳感器的輸出信號為邏輯開關量，只有卷材的偏差到了一定位移量（一般為左右5 mm）后，根據邏輯比較運算，發出糾偏信號控制液壓執行機構推動糾偏裝置往偏移方向相反的方向移動，這樣雖能糾正偏差但會造成糾偏的滯后。

2 糾偏系統設計

鑒于以上分析，設計基于機器視覺的糾偏系統，提高復卷機的糾偏精度，擬采用CCD工業數字相機檢測卷材上的基準標記線位移量來提高糾偏精度的方案。卷材上的標記線是保證印刷精度的基準，其精度高并可靠，理論上說可視為無形狀誤差的一條基準線，在生產過程中檢測其偏移量即是紙張的真實偏移，從信號的檢測原理上提高檢測精度。

同樣可以卷材的邊緣為基準線，只是在檢測的時候，邊緣是鋸齒或波浪型的不整齊的形狀時，需要進行一系列的處理，才可形成一條可用的無形狀誤差的基準線，但仍然可以達到檢測糾偏的目的，本文這里不再討論這種情況。

根據檢測現場情況和糾偏精度要求，制定出修邊復卷機糾偏系統的工作示意圖2，系統控制原理圖3和系統控制結構圖4。

圖2 復卷機糾偏新系統原理意圖

圖3 新系統控制原理

圖4 系統控制結構圖

從圖4可以看出，修邊復卷機糾偏系統在功能、結構上可分為兩大部分，即圖像檢測子系統和糾偏子系統。

2.1 圖像檢測系統

為了克服卷材邊緣對糾偏系統控制精度的影響，本系統采用工業CCD相機對卷材上印有的位置標記線進行檢測，并在檢測之前首先設定偏移基準線，如圖5為所采集到的原始圖像，圖6為設定的偏移基準線。本系統中圖像處理的最終任務是提取出作為目標物體的標記線，計算出標記線中心與設定的基準線的偏移量。

圖5 原始圖像

圖6 設定基準線

本系統采集和處理圖像信號的的過程為：

（1）首先對圖像進行預處理，包括圖像噪聲去除，圖像質量增強等；

（2）然后提取圖像的ROI區域，確定檢測的有效區域，減小處理的范圍；

（3）再對圖像中有效區域內的目標特征進行提取，并計算出偏離距離。系統利用標記線圖像計算的偏差距離作為偏差信號E，將其傳給糾偏控制器。

如圖7所示為圖像檢測流程圖，本糾偏系統采用自主所研發的圖像檢測軟件。

2.2 糾偏控制系統

本系統的糾偏控制系統采用原有糾偏控制器和液壓執行機構。糾偏控制器在收到嵌入式圖像處理系統發出的偏差信號E時，產生一個控制信號U，該控制信號U通過液壓執行機構（液壓缸）帶動卷筒紙作出相應的調整，以到達糾偏的要求。由于采用CCD工業相機，其采集到的圖像偏離量的大小可根據現場生產要求由人工設定，輸出的信號即可是開關量也可是模擬量，如是開關量則可根據要求設定偏移量為多大時就須送出控制信號，從而提高控制精度，即如果計算得到的偏移量超過設定值，則進行相應的調整，實現糾偏。

圖7 圖像檢測流程圖

3 系統調試

系統的調試主要包括系統的安裝及相關參數的調整，其大體的調試步驟如下：

（1）安裝相機，調整相機到卷材紙面的距離；

（2）安裝光源，并粗略調節光源的照射角度；

（3）將相機和光源的連接線插好，開啟工控機；

（4）用相機的應用軟件，依照所采集的圖像，調整相機的焦距、光圈及光源照射角度，當獲得最佳圖像時，固定相機及光源；

（5）接糾偏控制器接到工控機上；

（6）運行整體系統，進行程序調試。

系統的相關參數進行如下設置：基準位置：350pix，響應精度：5pix，快門：10，增益：300，圖像寬度：640，圖像高度：10。

相機的采集頻率可達500 f/s，其完全滿足糾偏系統所需的檢測頻率。

當系統的響應精度設置不同時，系統的糾偏效果也會不同。本文分別將系統的響應精度設置為1、5、10及20來進行分析比較。同時經大量實驗證明，當向系統的糾偏控制器傳送30 ms的高低電平時，系統的糾偏機構能夠靜止不動，這是原來的糾偏系統所不能實現的。

4 結束語

本文設計的是一種基于機器視覺的修邊復卷機糾偏系統。在生產現場運行該糾偏系統，現場測試表明圖像處理系統能快速、準確地識別標記線，且能夠在10 ms內向糾偏控制器發送糾偏信號，檢測精度在0.02 mm以內。整套糾偏系統的糾偏精度達到0.15 mm，滿足印刷生產的實際需要。長時間運行表明，該套印控制系統，運行穩定可靠，操作簡單方便，人機界面友好，性價比高，達到了預定的設計要求。

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System of Deviation Detector Based on Machine Vision

CHEN Yao-huan，REN De-jun，DENG Lin-jie，DAI Cheng-gang（Sichuan University，Chengdu610065，China）

Under background of coiled material are easily deviation，in the process of rewinding and the existing correction system is not satisfied，sets up an automatic correction device based on machine vision to online monitoring of deviation and feedback the deviation signal to the actuator.In a very large extent，it improves the corrective accuracy and work efficiency.

machine vision；deviation rectifying；image detection；rewinder；CCD

TP274+.5

：A

：1009－9492(2014)11－0086－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.024

陳耀歡，男，1989年生，河南濮陽人，碩士。研究領域：數字圖像處理，生產過程中的動態監測。

(編輯：向 飛)

2014－08－06