CN102141374A

CN102141374A - 一种影像式喷丝板自动检测仪

Info

Publication number: CN102141374A
Application number: CN2010106011092A
Authority: CN
Inventors: 杨聪; 徐一华
Original assignee: SUZHOU TIANHUAI PRECISION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU TIANHUAI PRECISION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2011-08-03

Abstract

本发明介绍了一种影像式喷丝板自动检测仪，它以三轴CNC移动工作台为主体，配备显微镜、CCD、照明系统、电气控制卡和个人计算机。三轴工作台可在计算机的控制下，由电气控制卡驱动，实现程序控制。个人计算机配备图像采集卡，接收由显微镜和CCD所构成光学成像系统捕获的工件图像。个人计算机中配备了喷丝板自动检测模块，喷丝板自动检测模块可针对圆形喷丝板和方形喷丝板自动规划检测流程，并在检测过程中自动控制三轴移动工作台，按照生成的顺序，逐个移动喷丝孔检测位置到显微镜的视野中心，自动提取喷丝板孔边缘点集，以喷丝孔图像和边缘点集来判断喷丝孔是否存在合格。

Description

一种影像式喷丝板自动检测仪

技术领域

本发明为一种采用光学影像方式进行喷丝板全自动检测的仪器，能对喷丝板中的喷丝孔进行快速、高效的自动检测，判断喷丝孔的尺寸是否合格。

背景技术

喷丝板是化学纤维纺丝机上的精密机件，也称为纺丝头，上面有许多大小一致的喷丝孔。在纺丝时，纺丝溶液或熔体从这些微孔中通过，以细流状态挤入凝固浴或空气中，即凝固或冷却成为纤维。喷丝头是纺丝工业中最为重要的核心部件，直接影响成品丝的质量。在喷丝板的长期工作过程中，喷丝孔会出现堵塞、缺蚀等问题，使用带有堵塞或缺蚀问题的喷丝孔喷出的丝，往往不能满足质量要求。因此，在纺丝行业中，无论在使用前还是使用过程中，对喷丝孔进行检测都有非常重要的意义。

目前的喷丝板检测通常采用投影仪或工具显微镜等设备，以手工操作方式完成。一块喷丝板可能多达上千、甚至上万个喷丝孔，检测的工作量非常巨大，不可能实现全检，即使抽检，检测的比例也非常小。

在近年来的文献中，也出现过关于喷丝板检测技术的报道，但对全自动检测都未做深入的探讨。

本发明在自动影像测量仪的平台基础上，提供了一种高效的喷丝孔检测模块，通过该模块，可快速的对喷丝板进行全自动检测。

发明内容

影像式喷丝板自动检测仪的结构包括：XYZ三轴移动工作台[1]、显微镜[2]、CCD、照明系统[3]、电气控制卡[4]和个人计算机[5]；个人计算机[5]配备图像采集卡，接收由显微镜[2]和CCD所构成光学成像系统的图像数据；个人计算机[5]包括喷丝板检测模块，检测模块按照输入的被检喷丝板参数，生成喷丝板的检测流程，通过个人计算机[5]向电气控制卡发送命令来移动XYZ三轴移动工作台[1]，控制XYZ三轴移动工作台[1]上喷丝板[6]逐个按顺序移动到显微镜的视野中心，对喷丝孔图像进行进行处理，提取出喷丝孔的特征及几何参数，由此判定喷丝孔是否合格；照明系统[3]采用透射光照明方式，使得喷丝板的轮廓成像黑白分明，保证光学成像系统获取到高质量的喷丝板图像数据。图1给出了本发明的整体结构示意图。

本发明的一个目的是提供一种高精度、可程序控制的三轴移动工作平台。通过个人计算机[5]中的喷丝板检测模块控制平台移动，将喷丝板待测区域逐个移动到显微镜视野内，顺序完成喷丝板的扫描工作。三轴移动工作平台包括XYZ三个可独立运动的运动轴，运动轴的台板和基座以花岗岩制作，每个轴由导轨承载，用滚珠丝杠进行传动。以直流伺服电机为驱动，通过编码器反馈电机转速，光栅尺反馈平台位置，由此构成全闭环系统。采用高精度的直线导轨，以及高分辨率的光栅尺，在依靠精细的调校，可确保整个三轴移动工作平台达到很高的精度和重复性。

本发明的另一个目的是在个人计算机中提供了一种全自动的喷丝板检测模块，该模块只需操作者输入少量的参数和简单的设定后，即可全自动的完成喷丝板的检测。

喷丝板检测模块包括检测流程控制模块、喷丝孔自动提取模块和喷丝孔合格判定模块。检测流程控制模块根据被检测喷丝板的形状分为圆形喷丝板检测流程控制模块和方形喷丝板检测流程控制模块。

圆形喷丝板检测流程控制模块可由操作者输入喷丝孔直径理论值、喷丝板中心位置、每环喷丝孔距喷丝板的中心距离、每环喷丝孔孔数、以及每环喷丝孔中的任一喷丝孔位置等参数。模块根据这些输入参数，围绕喷丝板中心，按每环照环距离中心的距离，等间距的生成各个喷丝孔的检测位置，并在检测过程中自动控制三轴移动工作台，按照生成的顺序，逐个移动喷丝板检测位置到显微镜的视野中心。

方形喷丝板检测流程控制模块可由操作者输入输入喷丝孔直径理论值、喷丝板最左下角喷丝孔位置、喷丝板最右下角喷丝孔位置、喷丝板孔的行数和列数、喷丝板孔的行间距和列间距等参数。模块根据输入参数，按照两个输入喷丝孔的位置建立直角坐标系，根据孔数和间距生成网孔矩阵，并顺序生成检测位置，在检测过程中自动控制三轴移动工作台，按照生成的顺序，逐个移动喷丝板检测位置到显微镜的视野中心。

喷丝孔自动提取模块首先通过图像采集卡对CCD获取的图像进行采集，转变为数字图像，然后进行滤波，去除噪声、杂点的干扰，接着采用边缘检测算法对喷丝孔进行边缘检测，获取喷丝孔边缘上的图像点集，最后利用边缘拟合算法，得到喷丝孔圆，由此计算圆孔直径和圆度等参数。

喷丝孔合格判定模块包括缺陷检测模块和参数计算模块。缺陷检测模块首先需要建立合格喷丝孔图像库，并采集各种堵塞、缺蚀等缺陷的图像，建立缺陷库，以这些图像库为合格判定的依据。检测时，在获取喷丝孔图像后，采用模式匹配的算法，识别出该孔为合格孔还是有缺陷的孔。

本发明优点在于检测效率高，极大的降低了喷丝板检测的工作量。同时，本发明检测数据的客观性和一致性好，受人为因素影响非常小。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的圆形喷丝板检测流程规划示意图。

图3是本发明的方形喷丝板检测流程规划示意图。

图中主要结构为：1-XYZ三轴移动工作台、2-显微镜、3-照明系统、4-电气控制卡、5-个人计算机、6-被检喷丝板、7-圆形喷丝板中心输入位置、8-圆形喷丝板各环的起始喷丝孔、9-生成的圆形喷丝板检测路径、10-方形喷丝板最左下角喷丝孔、11-方形喷丝板最右下角喷丝孔、12-方形喷丝板孔行间距、13-方形喷丝板孔列间距、14-生成的方形喷丝板检测路径。

具体实施方式

三轴移动工作平台包括XYZ三个可独立运动的运动轴，运动轴的台板和基座以花岗岩制作，每个轴由导轨承载，用滚珠丝杠进行传动。以直流伺服电机为驱动，通过编码器反馈电机转速，光栅尺反馈平台位置，由此构成全闭环系统。采用高精度的直线导轨，以及高分辨率的光栅尺，在依靠精细的调校，可确保整个三轴移动工作平台达到很高的精度和重复性。

个人计算机通过运动控制器和驱动器控制XY轴移动，可将喷丝板待测区域逐个移动到显微镜视野内，顺序完成喷丝板的扫描工作。如有必要，还可控制Z轴运动，实现对检测喷丝孔进行自动聚焦，以保证获得清晰的图像，提高检测准确率。

喷丝板检测的自动化包括两个步骤，首先需要自动的将喷丝板中的众多喷丝孔逐个移动到图像视野中，不可遗漏，也不可重复，并且需要有良好的路径规划，尽量减少无效的平台移动，保证整体最优的检测路径；其次，在某个喷丝孔移动到图像视野中以后，采用模式识别和自动边缘提取两种技术手段来检测喷丝孔是否存在缺陷，以及直径和圆度等数据是否合格。

检测流程控制模块实现对喷丝孔检测路径的有效规划。对应常见的圆形喷丝板和方形喷丝板分别采用不同的路径规划方式。

圆形喷丝板检测流程控制模块按照圆形喷丝板上喷丝孔的分布特点，以环为单位，以从内到外的顺序，逐环进行检测。对于每一环，按照顺时针的方式，逐个移动喷丝孔到显微镜视野中心，再调用检测模块对喷丝孔进行合格性判定。

为了实现上述对圆形喷丝板的自动检测路径规划，需要操作者提供必要的已知检测参数。为此，建立了参数输入模块，该模块需要由操作者输入喷丝孔直径理论值、喷丝板中心位置、每环喷丝孔距喷丝板的中心距离、每环喷丝孔孔数、以及每环喷丝孔中的任一喷丝孔位置，有了以上参数后，流程控制模块以喷丝板中心为准，按照360度除以该环上喷丝孔数量计算得到相邻喷丝孔对中心的张角，以每环中给定的喷丝孔位置为起始，按照顺时针方向，生成该环所有喷丝孔的检测位置；再将此过程应用到所有其他环上，完成整个喷丝板上喷丝孔检测位置的规划。

方形喷丝板检测流程控制模块按照方向喷丝板上喷丝孔的分布特点，以行为单位，以从下到上的顺序，逐行按照之字形的顺序进行检测。对于每一行孔，按照从左到右或从右到左的顺序，逐个移动喷丝孔到显微镜视野中心，再调用检测模块对喷丝孔进行合格性判定。

为了实现上述对方形喷丝板的自动检测路径规划，需要操作者提供必要的已知检测参数。为此，建立了参数输入模块，该模块需要由操作者输入喷丝孔直径理论值、喷丝板最左下角喷丝孔位置、喷丝板最右下角喷丝孔位置、喷丝板孔的行数和列数、喷丝板孔的行间距和列间距等参数，有了以上参数后，流程控制模块以给定的两个喷丝板孔位置建立直角坐标系，横向以给定的间距确定给定列数的喷丝板孔位置，纵向以给定的间距确定给定行数的喷丝板孔。为了提高效率，一行检测完毕后，只移动纵向间距，横向不归零，以得到之字形的检测路径，减少移动的距离。

检测流程控制模块每获取一个喷丝孔的图像，就会调用一次喷丝孔自动提取模块，实现对喷丝孔圆周的提取。喷丝孔自动提取模块主要工作流程：

①采集当前喷丝孔图像；

②首先使用LoG算子对采集的图像数据进行滤波，降低噪声、杂点的干扰；

③采用Sobel算子进行边缘检测：图像中的每一点分别与8个Sobel模板做卷积，将得到的最大值作为输出，并将对应模板的方向作为该点的方向；

④使用Canny最佳边缘检测算法得到喷丝孔圆，由此得到喷丝孔的边缘点集。

喷丝孔合格判定模块通过两个方面来判定喷丝孔是否合格：外观缺陷判定和参数判定。外观缺陷采用灰度匹配和特征匹配相结合的方式，对喷丝孔图像进行匹配，以判定是否存在堵塞、蚀缺等陷判。为了实现有效的图像匹配，需要针对堵塞、蚀缺等多种陷判抓取大量的典型图片，建立缺陷特征库，同时还需要对合格喷丝孔抓取大量图片，建立合格特征库，以此为基准进行模式匹配，判断喷丝孔是否存在外观缺陷。

喷丝孔参数判定模块以喷丝孔提取的边缘点集，计算喷丝孔的直径、圆度等数据，以此与标准数据比较，判断其几何参数是否合格。

Claims

1.一种影像式喷丝板自动检测仪，由三轴移动工作台[1]、显微镜[2]、CCD、照明系统[4]、电气控制卡[5]、个人计算机[6]组成，其特征在于：所述的个人计算机具备喷丝板自动检测模块，喷丝板自动检测模块包括检测流程控制模块、喷丝孔自动提取模块和喷丝孔合格判定模块。

2.如权利要求1所述的影像式喷丝板自动检测仪，其特征在于：所述检测流程控制模块包括圆形喷丝板检测流程控制模块和方形喷丝板检测流程控制模块。

3.如权利要求2所述的圆形喷丝板检测流程控制模块，其特征在于：所述圆形喷丝板检测流程控制模块包括参数输入模块和检测位置生成模块；参数输入模块包括输入喷丝孔直径理论值、喷丝板中心位置、每环喷丝孔距喷丝板的中心距离、每环喷丝孔孔数、以及每环喷丝孔中的任一喷丝孔位置参数的模块；检测位置生成模块包括根据参数输入模块获取的数据，围绕喷丝板中心，按照距离中心的距离，等间距的生成各个喷丝孔的检测位置，并在检测过程中自动控制三轴移动工作台，按照生成的顺序，逐个移动喷丝板检测位置到显微镜的视野中心的模块。

4.如权利要求2所述的方形喷丝板检测流程控制模块，其特征在于：所述方形喷丝板检测流程控制模块包括参数输入模块和检测位置生成模块；参数输入模块包括可输入喷丝孔直径理论值、喷丝板最左下角喷丝孔位置、喷丝板最右下角喷丝孔位置、喷丝板孔的行数和列数、喷丝板孔的行间距和列间距参数的模块；检测位置生成模块包括根据参数输入模块获取的数据，按照两个输入喷丝孔的位置建立直角坐标系，根据孔数和间距顺序生成检测位置，并在检测过程中自动控制三轴移动工作台，按照生成的顺序，逐个移动喷丝板检测位置到显微镜的视野中心的模块。

5.如权利要求1所述的影像式喷丝板自动检测仪，其特征在于：所述喷丝孔自动提取模块包括：对采集图像数据进行LoG滤波的模块；采用Sobel算子进行边缘检测的模块；采用Canny最佳边缘检测算法提取圆的模块。

6.如权利要求1所述的影像式喷丝板自动检测仪，其特征在于：所述喷丝孔合格判定模块包括缺陷检测模块和参数计算模块；缺陷检测模块包括用于判定喷丝孔是否有缺陷的合格喷丝孔图像模板、典型堵塞缺陷模板和典型缺蚀缺陷模板；参数计算模块包括计算喷丝孔直径的模块和计算喷丝孔圆度的模块。