基于機器視覺的縫編機斷經檢測系統研發

朱鵬 倪俊芳

摘要：縫編機工作時，氨綸絲纖細透明一旦斷經，未能按時報警停車，就會織出廢品。而傳統人工目檢和機電斷經檢測系統費時費力，且易產生誤判。基于Windows和C++平臺開發了機器視覺檢測系統，采用攝像機間隔拍攝經編圖片，通過視覺算法對采集圖片處理分析，判斷斷經與否，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對于斷經判定的穩定性得到提高，報警率達到100%。

關鍵詞：縫編；經絲；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編原理的編織機械，氨綸絲由經軸引出，經過穿絲板、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]?？p編機生產彈力布過程中，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，織出廢品，必須停車裁剪，重新拼接布料，接絲開機，費時費力?，F有的斷經檢測系統雖然可以在斷經后發出報警信號并停車，但也存在很多的缺點，比如安裝近千個停經片及穿經工作量極大，不能快速確定斷經位置，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檢測經絲斷裂技術上已成熟，國內采用嵌入式智能相機檢測經絲斷裂獲得成功[2]，但是一套斷經檢測系統成本很高。因此根據企業實際需求狀況，本文將采用普通工業相機采集圖片，編寫C++程序通過視覺算法檢測斷經與否。

1斷經檢測系統的機械結構設計

1.1視覺檢測機械結構設計

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

1.2斷經檢測系統的工作原理

縫編機的照明條件是影響圖像質量的重要條件[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，繼續采集圖片；若斷經，發送斷經信號給USB4761，其常閉觸點斷開，啟動停車系統，縫編機斷經檢測流程，如圖3所示。

2斷經檢測系統主要算法部分

由于縫編機正常工作時，經絲在燈光均勻照射、純黑色底板的襯托下都是白色纖細透明的直線，經絲斷裂也就是白色絲線的丟失。相對于采取白線丟失轉化為像素丟失的方法，采用霍夫變換（Hough Transform， HT）是實際斷經檢測更有效的方法[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HoughLinesP來實現，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判定分析。檢測系統的控制相機打開與閉合、采集圖像的開發界面，如圖6所示。

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

3斷經檢測系統USB4761停車控制

USB4761是隔離數字量輸入輸出和繼電器輸出模塊，用于在噪聲環境下接受數字量輸入[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交流電壓轉化為其輸入端可以接受的24 V直流電。該電控停車系統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用計算機程序，一旦程序執行過程中判定斷經，計算機通過數據線控制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轉串口可實現USB4761與計算機相連，程序調用MFC庫中USB4761的接口函數，對接口函數中相關通信口參數、位、狀態的進行設定編程，同時根據RS232串口通訊協議[10]，實現程序有效讀取并對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++）；//執行2000萬次循環，留給USB4761反應時間

Closejidianqi1（）；//關閉繼電器1

m_szBuffer[0]='0'；//消息緩沖

……

}5結語

通過對斷經檢測系統結構與原理上的改進，設計了C++程序和斷經后停車控制系統，使其能夠在斷經時發出報警信號，同時使縫編機停車，并且標定確切斷經位置，避免了廢品出現。在某企業實際生產中，其操作簡單，斷經后停車可靠性達到100%，而且再無廢品產生。

參考文獻：

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