機(jī)器視覺在紡織智能化中的應(yīng)用進(jìn)展

王蕾 潘如如 周建 高衛(wèi)東

（江南大學(xué)，江蘇無錫，214122）

機(jī)器視覺是以計算機(jī)模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，最終用于實際檢測、測量和控制。紡織行業(yè)為提高自身競爭力、降低生產(chǎn)成本，對設(shè)備自動化、智能化的需求越來越迫切。將機(jī)器視覺與紡織生產(chǎn)結(jié)合，可以大大降低紡織企業(yè)依賴人工操作導(dǎo)致的穩(wěn)定性差、主觀性強(qiáng)等缺點，減少用工成本，有效提升紡織生產(chǎn)裝備自動化和智能化水平，為穩(wěn)定生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品提供必要條件［1］。2020中國國際紡織機(jī)械展覽會暨ITMA亞洲展覽會（以下簡稱紡機(jī)展）已落下帷幕，來自中國、德國、意大利、日本以及瑞士等國家和地區(qū)的1 200余家展商攜新品精品共同亮相。本研究結(jié)合紡機(jī)展參展情況對機(jī)器視覺在紡織關(guān)鍵加工流程中的應(yīng)用現(xiàn)狀及技術(shù)特點進(jìn)行總結(jié)評述。

1 棉花異纖清除處理

棉花異纖清除機(jī)是一種在線自動檢測清除原棉中混入的異纖、異物的設(shè)備，針對不同生產(chǎn)線設(shè)備狀況和用戶要求，可串聯(lián)安裝在清梳聯(lián)、清棉成卷線中。為解決傳統(tǒng)紡織業(yè)中人工挑揀雜質(zhì)異纖帶來的效率低、成本高等問題，借助機(jī)器視覺技術(shù)，棉花異纖清除機(jī)可以高速采集棉花圖像，結(jié)合不同的異纖識別模塊，提高棉花異纖的識別率與清除率。

北京大恒圖像視覺有限公司展出了A系列異性纖維分揀機(jī)、棉籽異纖機(jī)、訊潔系列羊絨異纖機(jī)等。其中，A系列異性纖維分揀機(jī)檢出率比V系列提高10%以上，對去除白色和青灰色編織線有重大突破，誤檢噴花量降低20%，可翻轉(zhuǎn)燈箱管道，便于維護(hù)，設(shè)備占地面積小，安裝方便。訊潔系列羊絨異纖機(jī)采用多臺高分辨率相機(jī)同時進(jìn)行檢測分析，可以識別直徑20μm以下的異色羊絨，自動將羊絨原料中的異纖、異色羊絨清除，提高羊絨產(chǎn)品的品級，節(jié)省大量人工，并且噴閥間距小，可以確保最少的原料損失，安裝方便，可以嵌入梳絨流程中進(jìn)行異纖清除。

陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司展示了最新的CS810型棉花異纖清除機(jī)。該機(jī)器可實現(xiàn)信息可視化，配合特殊設(shè)計不同頻譜高頻光源進(jìn)行光電檢測，在識別軟件的控制下自動檢測棉花中的各類“三絲”，綜合清除率大于80%。

2 自動絡(luò)筒機(jī)人工智能投送

傳統(tǒng)的自動絡(luò)筒機(jī)上需要人工補(bǔ)充紗管，不但影響運(yùn)行效率還增加了用工量。為降低絡(luò)筒工序用工，減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)約企業(yè)用工成本，展會上多家企業(yè)推出了絡(luò)筒機(jī)自動投紗系統(tǒng)，提高了紡紗設(shè)備的智能化、自動化、數(shù)字化。

深圳市微埃智能科技有限公司展出了人工智能撿紗投紗平臺，如圖1所示。該平臺結(jié)合了機(jī)器視覺技術(shù)、機(jī)械臂、AGV一體化，可以模擬工人進(jìn)行車間投紗撿紗工作，能夠在無需任何改造的情況下實現(xiàn)一整條自動化絡(luò)筒生產(chǎn)線（多達(dá)72錠），投紗效率為1 500管/h，有效提升投紗效率。

圖1 人工智能撿紗投紗平臺

上海天孚實業(yè)有限公司展出了TF-CSJ60A型智能插紗機(jī)器人，具體如圖2所示。該設(shè)備采用機(jī)器視覺技術(shù)自動識別紗管進(jìn)行抓取，自動找頭，自動完成插紗的全套動作；自動識別顏色，防止錯號混紡；還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)升級，智能化管理，可完全代替人工進(jìn)行絡(luò)筒工序的生產(chǎn)。

圖2 TF-CSJ60A型智能插紗機(jī)器人（雙機(jī)高速版）

3 自動打包技術(shù)

筒紗是絡(luò)筒工序制成的產(chǎn)品，筒紗的配重、包裝及運(yùn)送原本由人工實現(xiàn)或機(jī)器代替部分環(huán)節(jié)實現(xiàn)。為解決人工操作勞動強(qiáng)度大、效率低等問題，國內(nèi)的筒紗自動打包技術(shù)日漸成熟，已擁有實現(xiàn)集自動輸送、配重、套袋、打包于一體的筒紗包裝自動化生產(chǎn)線，大大提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了智能化生產(chǎn)。

賽特環(huán)球機(jī)械（青島）有限公司展出了HTBW智能筒紗包裝物流系統(tǒng)，具體如圖3所示。該系統(tǒng)采用視覺識別技術(shù)進(jìn)行筒紗質(zhì)量監(jiān)控，對不合格筒紗自動剔除，并可實現(xiàn)筒紗品種自動識別和跟蹤。該系統(tǒng)也可以根據(jù)用戶不同包裝要求進(jìn)行個性化設(shè)計。

圖3 HTBW智能筒紗包裝物流系統(tǒng)

青島雙清智能科技有限公司展出了清風(fēng)系列筒紗自動包裝機(jī)，具體如圖4所示。

圖4 清風(fēng)系列筒紗自動包裝機(jī)

該包裝機(jī)采用首創(chuàng)的雙通道配重系統(tǒng)實現(xiàn)精準(zhǔn)配重，每包誤差最小可以達(dá)到±20 g；采用具有深度學(xué)習(xí)功能的智能識別紙管系統(tǒng)，可以完美識別各類花紋紙管，利用圖像識別功能檢查多種外形不良筒紗，杜絕人為用錯紙管、不同品種混入及筒紗嚴(yán)重成形不良等造成質(zhì)量事故的隱患；獨(dú)創(chuàng)的碼垛系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)方法存在的倒垛、歪垛風(fēng)險，能兼容每層2包、3包、4包、5包、6包等形式。

4 織物疵點檢測

在紡織工業(yè)中，機(jī)器故障、紗線斷裂等各種不利因素易造成面料缺陷并影響產(chǎn)品品質(zhì)，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此織物疵點檢測是品質(zhì)控制的重要環(huán)節(jié)之一［2］。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程中，人工檢查和實驗室測試都耗時費(fèi)力。通過在工序中增加自動化裝置，生產(chǎn)100%經(jīng)過檢驗的面料，將降低生產(chǎn)成本并滿足用戶需求。基于機(jī)器視覺的織物疵點檢測系統(tǒng)，通過工業(yè)攝像機(jī)結(jié)合補(bǔ)充光源實時對織物表面進(jìn)行拍攝，并將獲取的織物圖像傳送到圖像采集卡進(jìn)行處理和分析［3］。

在本次紡機(jī)展上USTER公司展出了USTER Q-BAR 2型織物檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)在織物織造區(qū)域監(jiān)控作業(yè)，實現(xiàn)快速早期檢測以及織造過程全面監(jiān)控，提供持續(xù)可靠的質(zhì)量。USTER EVS FABRIQ VISION型織物檢測儀在過程和最終檢查中使用，實現(xiàn)在空間關(guān)鍵工序中無縫集成、保護(hù)敏感織物并自動分類，確保質(zhì)量；USTER EVS FABRIQ SHADE型織物色差檢測儀結(jié)合了橫向分光光度計和復(fù)雜的信息處理功能，不需要人工色澤采樣，能根據(jù)用戶要求優(yōu)化產(chǎn)量，提供最高效率的組合解決方案。

為了24 h實時對紡織面料進(jìn)行全幅檢測，提高檢測效率，盎古（上海）科技有限公司推出了盎古視覺檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)還可以對疵點信息，如疵點圖片、經(jīng)緯度坐標(biāo)等進(jìn)行記錄，方便處理疵點。

為了檢出不同形態(tài)以及不同大小的疵點，常州工圖視覺科技有限公司推出了紡織瑕疵檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由正面檢測和背面檢測兩工位構(gòu)成，檢測幅寬0.5 m～2.0 m，檢測精度在0.1 mm～0.5 mm范圍可選。

5 整花整緯在線監(jiān)測

含有花形的紡織品在印染加工過程中會發(fā)生花形圖案的畸變，為滿足紡織品在高端市場中的需求，對紡織品的緯彎、緯斜以及花形都提出了更高的要求。基于機(jī)器視覺的整花整緯技術(shù)通過收集織物圖像信息，對織物的花形經(jīng)緯信息進(jìn)行定位和收集并進(jìn)行整花整緯作業(yè)，對織物紋理全幅精確檢測，完成對織物圖案花形的矯正。

為突破紡織品S彎、W彎、吊腳及波浪紋理整緯的難題，常州宏大科技有限公司推出了基于機(jī)器視覺整緯技術(shù)的Hawk Vision柔性智能整緯機(jī)，實現(xiàn)了具有圖案花形特征紡織品的自動檢測和花形整型，特別適合低張力、大緯斜及無規(guī)律的針織、機(jī)織品的矯正。

針對普通光電整緯機(jī)和普通圖像整緯機(jī)適用范圍窄、檢測精度低等問題，常州弘仁智能科技有限公司研發(fā)出了HRMC-18系列智能圖像整緯機(jī)。該整緯機(jī)采用先進(jìn)的圖像數(shù)字化技術(shù)，整理速度快、精度高、靈敏可靠，整理后織物的緯斜、緯彎指標(biāo)可控制在嚴(yán)格的指標(biāo)范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

隨著工業(yè)化與自動化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)作為一種高效、實時、精準(zhǔn)的檢測處理技術(shù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到紡織品的制造中。紡織品的質(zhì)量是紡織企業(yè)的命脈根本，生產(chǎn)效率也決定著生產(chǎn)企業(yè)的市場優(yōu)勢。機(jī)器視覺技術(shù)可以應(yīng)用到紡紗到織造整個生產(chǎn)過程，最大程度上降低產(chǎn)品的次品率，提高生產(chǎn)效率，降低人力成本。自動化、智能化的紡織技術(shù)革新是當(dāng)今行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展也將為紡織織造行業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，其應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。