CN102507581B - 一种基于动态图像识别的断丝检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态图像识别的断丝检测方法，具体为应用于金银丝切割机的，通过动态图像识别算法进行自动断丝检测的方法。将动态图像采集装置安装在梳状刀具下方，重点采集进出梳状刀具的金银丝的排列图像，并通过动态图像处理算法检测断丝的时间点，算法复杂度低，响应速度快，实现快速自动断丝检测，成本低，安装方便，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于动态图像识别的断丝检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于动态图像识别的断丝检测方法，尤其涉及一种应用于金银丝切割机的，通过动态图像识别算法进行自动断丝检测的方法，属于切割机械控制技术领域。

背景技术

金银丝是一中常见的装饰材料，因其表面涂布银色反光物质，装饰效果独特而广泛应用于服装装饰、装修装璜等行业。在实际应用中，金银丝原料生产厂商往往只提供一定规格(宽度、厚度)的整卷金银带，而应用厂商则需要一定宽度的丝状、带状金银丝，因此需要采用一定的技术手段将整卷金银带按照实际需求的宽度进行切割成丝状、带状的小卷金银丝。

目前，金银丝切割机采用梳状刀具机械结构，将金银带匀速拉过梳状刀具，从而切割成多股宽度较窄的金银丝，由于金银带基底材料技术、银光材料溅射涂布技术、及制造成本原因，目前金银丝原料生产厂商提供的整卷金银带存在一些细小的空洞，这些空洞经过梳状刀具的时候，会引起断丝现象。

断丝对于金银丝切丝机是最麻烦的技术难点，因为当断丝发生时，发现及时，需要重新连接断丝以维持后续工作；而如果发现不及时，断丝回卷入梳状刀具，以致损毁梳状刀具。梳状刀具是由一组薄刀片密致排列而成，重新组装这样的一组梳状刀具需耗费数小时。

因此及时检测到断丝现象，并及时切断切割机电机，对于保护梳状刀具，提高切丝机工作效率，增加切丝机单位时间产量具有极其重要的意义。

目前，切丝机断丝检测问题的解决方法主要是靠人眼识别，因此，一台切丝机通常需要配备两名工作人员，一人通过调节直流电机变压器来控制切丝机电机转速，当发现断丝发生时，马上将电机减速，并切断电机电源。另一人来回巡视机架上卷丝飞轮，检查是否发生缠绕等故障。

这种解决方案，要求两人注意力高度集中，由于金银丝较细，因此工作时间长了之后，对工作人员的视力损坏很大。

而采用自动金银丝断丝检测的技术尚无报导和产品。另一方面，针对切丝，或者卷丝这样的技术领域，自动断丝检测也有一些可以借鉴的技术方案，主要有：

(1)悬经片技术，这种技术主要应用于传统的经编、纺织行业。在每一根丝线上串上一个金属圆环，当断丝发生时，金属圆环会在重力作用下掉到地面，从而被检测装置检测到，从而启动停机机制；

(2)红外激光检测技术，这种技术主要是在丝线下方安装对射式红外激光检测器，当有断丝发生时，断丝在重力作用下下垂，切割阻挡激光束，从而启动停机机制。

理论分析和实际操作都说明这两种方法不适用于金银丝切丝机。主要原因是金银丝并不是严格意义上的丝状，即圆柱体，而是具有一定厚度的条带状，而且金银丝重量较轻，因此当断丝发生时，断丝会在空中漂浮，而不是直接下垂，因此套在金银丝上的悬经片并不会马上掉到地面，有时还有可能被金银丝缠住，无法掉落下来；而红外激光检测器安装位置固定，断丝在空中漂浮后，无法保证其马上准确地阻挡激光束。

而为了保护金银丝切丝机的梳状刀具不受损坏，对自动断丝检测装置的灵敏度和实时性有很高的要求，因此上述两种现有技术方案都无法达到技术要求。

因此，本发明公开了一种通过动态图像识别算法进行自动断丝检测的方法。

发明内容

本发明一种基于动态图像识别的断丝检测方法，其技术目标在于：快速、自动检测金银丝切丝机断丝现象。

为了达到这样的技术目的，本发明将动态图像采集装置安装在梳状刀具下方，重点采集进出梳状刀具的金银丝的排列图像。

本发明的具体步骤如下：

步骤一：正常背景图像获取

(1)采集一帧初始图像

由于在正常情况下，电机运动不会严格保持匀速，所以金银丝束的动态图像会产生一定的“抖动”，所以初始图像不能简单地作为背景图像；

(2)采集后续图像并作平滑滤波

平滑滤波可以采用基于时间域的平滑滤波器，也即将动态图像采集视野场中像素和相邻几帧图像中的对应空间位置的像素作一维时间上的滤波，常用的滤波器有IIR滤波器，经过一定时间的平滑滤波之后，基本上可以确定一个各区域边界较清晰的背景图像；

步骤二：实时跟踪断丝

(1)采集新的一帧图像；

(2)将新的图像和背景图像作减运算，获得差值图像；

(3)二值化处理，设置一个阈值，差值图像中小于该阈值的像素置0，反之置1，获得二值化图像；

(4)对二值化图像进行列扫描，统计每列像素和；

(5)判断列像素和是否大于一个阈值，是，则说明存在断丝，列像素和越大，说明断丝发生后，断丝发生了弹性扭曲的瞬间，距离断丝发生时刻越近；反之，则认为正常运行；

当断丝发生时，即使前一帧图像没有检测到，随着断丝弹性扭曲，后续帧也会检测到，而这个时间差也在切丝机技术领域的允许范围之内；

实测表明，采用通用30帧、50帧频率的CCD摄像设备即可满足实际需要。

综上所述，本发明显著的技术效果在于：采用适当的光学和动态图像采集装置的部署位置，使得图像处理算法复杂度大大降低，响应速度快，达到快速自动检测断丝现象，成本低，安装方便，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种基于动态图像识别的断丝检测方法的人工检测方法示意图；

图2是本发明一种基于动态图像识别的断丝检测方法的动态图像采集装置；

图3是本发明一种基于动态图像识别的断丝检测方法的断丝图像检测原理图。

具体实施方式

参考附图，下面对本发明进行详细描述。

如图1所示，人工检测方法是靠工作人员(100)不间断观察切丝机实现。整卷金银带(101)安装在金银带固定轴(107)上，一侧拉出，穿入梳状刀具(102)，梳状刀具(102)极其锋利，金银带被纵向划开，出梳状刀具(102)后呈放射线状；

为了将其卷成小卷，首先将其穿过穿丝帘(103)，穿丝帘(103)一般为矩形结构，在横向、纵向方向上等间距排列同样尺寸的小孔，起到润滑、导引的作用；

之后，金银丝分别绕在同步偏心飞轮(104)上，所有的同步偏心飞轮(104)由一台切丝机电机(106)驱动，而切丝机电机(106)由直流电机变压器(105)控制其转速和启停；

工作人员(100)通过对出梳状刀具(102)的金银丝进行观察，如发现有断丝现象发生，则控制直流电机变压器(105)，减速直至停机，然后由人工重新连接断丝，并重新启动切丝机电机(106)工作。

如图2所示，本发明将动态图像采集装置(200)安装在梳状刀具(102)下方，重点采集进出梳状刀具(102)的金银丝的排列图像，整卷金银带(101)安装在金银带固定轴(107)上，在梳状刀具(102)进刀侧，金银带是一整张的，而出梳状刀具(102)的穿丝帘(103)侧，金银丝变成放射线状，在图中可以看到穿丝帘(103)和梳状刀具(102)得区别在于，梳状刀具(102)是一条直线排列的，而穿丝帘(103)是一个矩阵，或者说是一个平面排列的，因此实际上，在经过梳状刀具(102)之后，只在一小段距离内，金银丝近似排列整齐的，本发明所检测的图像就是选择这一段。

如图3所示，本发明所采集的一个动态图像采集视野场(301)，在梳状刀具(102)左侧为整卷金银带(101)，而梳状刀具(102)右侧为金银丝束(300)，并且其中有一根断丝(302)。

可以看到，在正常情况下，虽然电机运动不会严格保持匀速，所以金银丝束(300)的动态图像会产生一定的“抖动”，但是当断丝(302)出现时，在断丝(302)位置就会出现一个明显的断带，或者说缺口。

由于金银丝都是银色高反光物质，断带将很明显地被数字图像处理程序区别出来。

而且由于金银丝断丝的原因主要在于在金银带原材料制造过程中，其基底材料和银光溅射涂布材料存在气泡，从而产生细小空洞，这些空洞经过梳状刀具的时候，由于受力不均，从而引起断丝，因此在有细小空洞的地方，往往是刚出梳状刀具(102)就会立刻被拉细、拉断。

因此一般情况下，断丝往往发生在梳状刀具(102)的附近，本发明选取的动态图像采集视野场(301)也正好在这个位置，能够在断丝的第一时刻就检测到，大大提高了响应速度，具有良好的技术效果。

Claims (1)

1.一种基于动态图像识别的断丝检测方法，应用于金银丝切割机，通过动态图像识别算法进行自动断丝检测，其特征在于：

将动态图像采集装置安装在梳状刀具下方，重点采集进出梳状刀具的金银丝的排列图像，并采用如下图像处理算法实现：

步骤一：正常背景图像获取

(1)采集一帧初始图像

由于在正常情况下，电机运动不会严格保持匀速，所以金银丝束的动态图像会产生一定的“抖动”，所以初始图像不能简单地作为背景图像；

(2)采集后续图像并作平滑滤波

平滑滤波采用基于时间域的平滑滤波器，经过一定时间的平滑滤波之后，确定一个各区域边界较清晰的背景图像；

步骤二：实时跟踪断丝

(1)采集新的一帧图像；

(2)将新的图像和背景图像作减运算，获得差值图像；

(3)二值化处理，设置一个阈值，差值图像中小于该阈值的像素置0，反之置1，获得二值化图像；

(4)对二值化图像进行列扫描，统计每列像素和；

(5)判断列像素和是否大于一个阈值，是，则说明存在断丝，列像素和越大，说明断丝发生后，断丝发生了弹性扭曲的瞬间，距离断丝发生时刻越近；反之，则认为正常运行；

当断丝发生时，即使前一帧图像没有检测到，随着断丝弹性扭曲，后续帧也会检测到，而这个时间差也在切丝机技术领域的允许范围之内。

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