基于CCD技術(shù)的外觀紙病檢測系統(tǒng)

邸劍　蘭昊

摘 要：設計了CCD在線外觀紙病檢測系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的硬件組成情況和系統(tǒng)的工作原理、技術(shù)指標和軟件設計，重點闡述了外觀紙病檢測系統(tǒng)中CCD技術(shù)的優(yōu)勢。

關鍵詞：CCD技術(shù)；外觀紙病檢測；硬件功能模塊；軟件設計

中圖分類號：TS736+.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.004

紙張與人們的日常生活密切相關，造紙行業(yè)在世界重要產(chǎn)業(yè)中居于第三的位置。許多國家都十分重視造紙行業(yè)的發(fā)展，它已經(jīng)成為了一些歐美發(fā)達國家（例如美國、德國）的支柱產(chǎn)業(yè)。在提高紙張產(chǎn)量的同時，紙頁的外觀紙病問題也是不容小視的。特別是一些特種紙的生產(chǎn)制造，比如房產(chǎn)證、畢業(yè)證、銀行匯票等紙張，它們不允許有任何外觀紙病問題。因此，紙張的外觀紙病問題逐漸成為了生產(chǎn)企業(yè)和用戶共同關注的問題。而本文研究的基于CCD技術(shù)的外觀紙病檢測系統(tǒng)，是檢測紙張表面缺陷的重要技術(shù)之一，它的存在對解決紙張表面問題有非常重要的推動作用。

1 CCD技術(shù)簡介

CCD全稱Charge-coupled Device，中文名為電荷耦合元件，我們可以把它稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。在其上植入的微小光敏物質(zhì)被稱作像素（Pixel）。1塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它能把光信號轉(zhuǎn)換成電荷信號。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應光線，并將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)外部采樣放大，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號。

本文的研究內(nèi)容是1套基于CCD技術(shù)的在線外觀紙病檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將CCD技術(shù)應用于紙張檢測，采用圖像處理技術(shù)分析紙病，把紙病的實時圖像顯示在計算機屏幕上，以方便操作人員及時查看紙張的質(zhì)量，從而及時分析引發(fā)紙病的原因，并采取合理的方法解決問題，提升紙張的品質(zhì)。這樣做，有助于降低成本，提高生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)不但能夠檢測出紙張上的一般外觀紙病，例如穿孔、黑點、白點等，還能夠檢測出一些特殊的紙病，比如水印的清晰度、防偽線開窗等。所以說，為了適應現(xiàn)代造紙行業(yè)發(fā)展的需求，設計出1套紙病在線檢測系統(tǒng)并將其應用于造紙行業(yè)已經(jīng)迫在眉睫了。這樣1套系統(tǒng)的存在對我國造紙行業(yè)的發(fā)展有著重要的影響。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件功能模塊組成

圖1 硬件功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)主控單元是服務器；檢測單元主要包括圖像檢測工作站、實時圖像采集設備、LED光源；數(shù)據(jù)傳輸單元為千兆局域網(wǎng)；電氣控制和同步控制信號傳輸單元主要包括傳感器、I/O設備、分頻器、可編程邏輯控制器；圖像檢測系統(tǒng)是紙張CCD檢測系統(tǒng)的核心，而圖像檢測單元及其軟件模塊是該圖像檢測系統(tǒng)的核心。硬件功能模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 軟件設計

該軟件使用VC++語言編程，它是面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)。該語言具有靈活、方便的類管理，程序框架自動生成，界面設計集成交互操作、可開發(fā)多種程序的優(yōu)點。針對其“面向?qū)ο蟆钡奶攸c，可以開發(fā)出具有可視化操作功能的應用軟件。

該軟件分為圖像獲取、圖像處埋、圖像分析、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢和輸出5個模塊。軟件獲取到相關數(shù)據(jù)后，經(jīng)過分析處理，將紙病在終端輸出，并反映給工作人員，為其整改提供方向，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。具體的工作流程如圖2所示。

2.3 檢測系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

檢測適應速度的要求：最高質(zhì)量檢測機速為360 m/min；正常質(zhì)量檢測機速為60 m/min。

檢測幅面的要求：最大檢測幅面寬為2 500 mm；最小檢測幅面寬為550 mm。

分辨率要求：系統(tǒng)像元成像分辨率為0.20 mm×0.20 mm。

檢測精度指標要求：嚴重廢品的漏檢率為0；一般廢品漏檢率≤0.1%（大張）；誤檢率≤8%（大張）。

2.4 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的圖像檢測過程為：①檢測系統(tǒng)進入工作狀態(tài)；②檢測系統(tǒng)通過編碼器的脈沖信號觸發(fā)2臺黑白線陣CCD相機后開始采集紙張圖像；③采集圖像時，利用高速圖像采集卡將采集到的圖像存儲在圖像檢測站中；④根據(jù)建立的圖像模型和設定的產(chǎn)品規(guī)格、等特性參數(shù)和質(zhì)量公差參數(shù)透視檢測程序，利用先進的多功能圖像處理算法，對圖像進行紙面破損和殘缺、漿塊、硬質(zhì)塊等紙病檢測；⑤將檢測結(jié)果數(shù)據(jù)通過千兆網(wǎng)實時傳輸?shù)较到y(tǒng)主控工作站，并對數(shù)據(jù)作相應的統(tǒng)計、分析；⑥如果遇到有質(zhì)量問題的產(chǎn)品，要將紙病區(qū)圖像通過千兆網(wǎng)傳輸?shù)藉e誤圖像顯示工作站，并實時顯示和保存圖像數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

現(xiàn)代造紙業(yè)的發(fā)展帶動了紙機車速的提高。現(xiàn)代造紙工業(yè)發(fā)展的重要標志是紙機的車速和紙張的幅面寬度，造紙工業(yè)逐漸由傳統(tǒng)型工業(yè)向現(xiàn)代型工業(yè)轉(zhuǎn)變。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在實際生產(chǎn)過程中，一些紙機的車速可高達1 800 m/min，而紙張的寬度也已達到了10 m。由此不難推算出，紙機抄送的紙張可達300 m2，并且能夠?qū)崿F(xiàn)整條紙機的不間斷生產(chǎn)。在這種生產(chǎn)狀況下，紙張存在的紙病隱患也就會越來越多，如果不能及時查找出產(chǎn)生紙病的原因，就會生產(chǎn)出大量的廢紙，這無疑會造

成人力和物力的巨大浪費，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。綜上所述，現(xiàn)代造紙企業(yè)急需一種技術(shù)檢測紙病。

CCD在線外觀檢測系統(tǒng)是造紙行業(yè)的一次重大變革，它由過去的人工檢驗轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器檢驗。在線監(jiān)測紙張質(zhì)量時，可以與計算機聯(lián)網(wǎng)，方便及時分析、比較、綜合歸納測得的數(shù)據(jù)，并總結(jié)產(chǎn)品質(zhì)量下降的原因，進而自動提出可行的整改方案，及時解決其中存在的問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)的出現(xiàn)，對造紙行業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本產(chǎn)生起著巨大的推動作用，同時，它的出現(xiàn)還能使造紙企業(yè)取得一定的經(jīng)濟效益。

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〔編輯：白潔〕