CN102519981A - Pvc建材表面质量在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PVC建材表面质量在线检测系统，用于检测PVC建材表面质量并实时检测系统的加工工艺参数。所述检测系统包括图像采集装置、图像处理装置和系统控制装置。图像采集装置由线阵工业摄像机、图像采集卡、光电开关和LED光源组成。图像处理装置利用计算机快速检测PVC建材表面质量是否存在缺陷。系统控制装置由可编程逻辑控制器、速度传感器和温度传感器组成。本发明通过设计闭环控制电路，实现PVC建材表面质量在线检测系统的自动化。

Description

PVC建材表面质量在线检测系统

技术领域

本发明属于图像处理技术和计算机控制技术领域，特别涉及PVC建材表面质量在线检测系统。

背景技术

公知，PVC（Polyvinylchloride）建材产品具有抗紫外线、抗酸碱腐蚀、防霉防蛀、阻燃防火、防静电等特质，产品主要包括管材、门窗、异型材等。近年来，PVC建材的需求量不断增加，并要求具有较高的表面质量。影响PVC建材表面质量的因素多种多样，主要是物料受潮、定型设备、生产工艺等原因。生产工艺包括加工规程、温度、速度、操作方法等。当配方设计、设备模具及仪器合理正常后，加工工艺参数成为解决质量问题的主导因素。在挤出成型的工艺控制中，要控制好每个过程及环节的温度和速度，以保证建材表面质量的稳定。因此需要设计能够控制工艺参数的在线检测系统。

目前国内生产线外观检测主要采用成型产品人工抽检的方法，而人工检测费时费力，不但检测的准确度不高、缺乏实时性，而且使其人力成本相应增加。国内、外已有很多自动视觉检测系统(AVI)进行产品表面检测，但是这些设备主要面向全自动化生产线，并作为生产线的一部分，需要特殊硬件的支持，造价昂贵而且维护困难，缺乏灵活性。在中国专利文献中公开了基于机器视觉系统的PVC圆形管材表面瑕疵在线检测方法（公开号：CN101832951A），主要是针对采集的PVC圆形管材表面图像进行图像的修正和预处理，然后在通过判断异类像素的个数辨别管材表面的缺陷大小。这种方法主要是对采集图像进行算法研究，没有对检测结果进行反馈控制。

发明内容

针对上述的问题，本发明的目的在于提供一种能够实现自动化检测的PVC建材表面质量在线检测系统，该系统不仅能够快速检测PVC表面质量，而且能够实时检测系统的加工工艺参数。

 为了达到上述目的，本发明的构思是：利用专业光源照明待测PVC建材表面，利用工业摄像机采集PVC建材表面的图像信息，将采集的图像信息传送到图像处理系统，图像处理系统快速判别采集的图像信息后输出控制信号，控制系统的工艺参数，工艺参数的数值显示在计算机的显示器中，方便后续的系统检查和设备调整工作。

 根据上述的发明构思，本发明采用以下技术方案：

第一，提供一种能够实现自动化检测的PVC建材表面质量在线检测系统，该系统包括包括用于采集PVC建材表面图像的图像采集装置，用于快速判别PVC建材表面质量的图像处理装置，以及用于控制系统加工工艺参数的系统控制装置；其中：所述图像采集装置包括线阵工业摄像机、图像采集卡、光电开关和LED光源，线阵工业摄像机和LED光源安装在牵引机传送带的正上方，LED光源与传送带呈45度夹角放置，光电开关安装在牵引机的一侧，光电开关为线阵工业摄像机和LED光源提供触发信号；所述图像处理装置与线阵工业相机通过图像采集卡连接；所述系统控制装置包括可编程逻辑控制器、速度传感器和温度传感器；其中第一速度传感器安装在挤出机的螺杆上、第一速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第二速度传感器安装在牵引机的传送带的一侧、第二速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第一温度传感器安装在挤出机的机筒上、第一温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第二温度传感器安装在模具末端的上游和下游、第二温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第三温度传感器安装在定形台的水箱中、第三温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，可编程逻辑控制器的数字信号通过数据线输出到图像处理装置中。

   第二、提供一种能够快速判断PVC建材表面质量的图像检测方法，所述图像检测方法步骤为：

步骤S1：根据表面检测的质量标准，设定检测灰度变化阈值；

步骤S2：对采集图像进行平滑；

步骤S3：将预处理的图像分成若干个300×300像素块；

步骤S4：计算每个图像块的灰度变化范围，其基本原理是通过计算出相邻像素灰度的差值，由差值计算出像素的梯度值，由梯度值表征灰度的变化范围；

步骤S5：当灰度变化范围大于阈值时，视为不合格产品，扬声器发出报警声，启动系统控制装置；当灰度变化范围小于阈值时，视为合格产品，产品复膜、切割。

   与现有技术相比，本发明的优点在于：

该方法能够对PVC建材表面质量进行快速检测，检测效率较高；并能根据检测结果启动控制系统，实时监控系统的加工工艺参数，实现系统的闭环控制；该系统可以附加安装在现有的生产线上，实现边生产边检测的在线检测。本发明适用于PVC建材产品的自动化生产线上PVC建材产品表面质量的高速检测。

附图说明   

   图1为本发明PVC建材表面缺陷质量检测系统的总体框图；

图2为本发明检测系统中图像处理的流程图；  

具体实施方式   

   下面通过具体的实施实例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。

   图1为本发明PVC建材表面缺陷质量检测系统的总体框图，包括图像采集装置、图像处理装置和系统控制装置。所述图像处理装置是用于处理图像的计算机201；所述图像采集装置包括线阵工业摄像机101、图像采集卡、LED光源102和光电开关103，其中：线阵工业摄像机101通过图像采集卡与计算机201进行连接，LED光源102和光电开关103通过数据线与计算机201进行连接，线阵工业摄像机101和LED光源102安装在传送带404的正上方，LED光源102与传送带404呈45度夹角放置，光电开关103安装在传送带404的一侧，光电开关103提供触发信号通过计算机201启动线阵工业摄像机101和LED光源102；所述系统控制装置包括可编程逻辑控制器306、速度传感器（304、305）和温度传感器（301、302、303）；其中第一速度传感器304安装在挤出机401的螺杆上、第一速度传感器304的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O口，第二速度传感器305安装在传送带404的一侧、第二速度传感器305的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O口，第一温度传感器301安装在挤出机401的机筒上、第一温度传感器301的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O口，第二温度传感器302安装在模具402末端的上游和下游、第二温度传感器302的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第三温度传感器303安装在定形台403的水箱中、第三温度传感器303的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O口，可编程逻辑控制器306的数字信号通过数据线输出到计算机201中。

   在本实施实例中工业摄像机采用黑白线阵CCD摄像机，其分辨率为4096像素、行频为9KHz、像素物理尺寸是10×10μm，其视场范围能够满足传送带上PVC产品的宽度范围。LED光源与传送带呈45度夹角放置，有效减小PVC建材产品光滑表面的镜面反射。光电开光在传送带启动时触发，触发信号送入计算机，计算机通过软件给图像采集装置触发脉冲信号，LED光源打开、线阵摄像机对PVC建材表面进行图像数据采集。采集到的模拟信号通过图像采集卡转换为数字信号送图像处理装置，通过图像处理装置的处理和分析，有缺陷图像时发出报警提示，并启动系统控制装置。

   在本实施实例中系统控制装置中可编程逻辑控制器采用西门子S7-200CPU222、它有8个输入点6个输出点，温度传感器采用飞利浦KTY84-130芯片、温度测量范围－40℃至＋300℃内，速度传感器采用HSBG-V3950芯片，其技术参数能满足本系统的设计要求。

   图2为本发明检测系统中图像处理的流程图，其步骤为：

步骤S1：根据表面检测的质量标准，设定检测灰度变化阈值；

步骤S2：对采集图像进行预处理，；

步骤S3：将预处理的图像分成若干个300×300像素块；

步骤S4：计算每个图像块的灰度变化，其基本原理是通过计算出相邻像素灰度的差值，由差值计算出像素的梯度值，由梯度值表征灰度的变化率。

步骤S5：当灰度变化范围大于阈值时，视为不合格产品，扬声器发出报警声，启动系统控制装置；当灰度变化范围小于阈值时，视为合格产品，产品复膜、切割。

  所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41：读取图像各个像素的坐标值和灰度值数据，存储到函数                                                

中，其中各个像素的横纵坐标为，各个像素的灰度值为

。

步骤S42：遍历整幅图像，用公式（1）、（2）、（3）计算出每个像素的梯度值，并存储。

首先，用公式（1）、（2）计算出水平差分值

和垂直差分值

：

                            (1)

                            (2)

然后，用公式（3）计算出梯度值

。

                                   (3)

其中，梯度值还可以用公式（4）计算得到：

                                       (4)

    步骤S43：根据存储的各个像素的梯度值，获得图像灰度变化范围。

   应当指出，本文所描述的具体实施实例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施实例做各种各样的修改或者等同替换，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

Claims (3)

1.PVC建材表面质量在线检测系统，其特征在于，包括用于采集PVC建材表面图像的图像采集装置，用于快速判别PVC建材表面质量的图像处理装置，以及用于控制系统加工工艺参数的系统控制装置；其中：所述图像采集装置包括线阵工业摄像机、图像采集卡、LED光源和光电开关，线阵工业摄像机和LED光源安装在传送带的正上方，LED光源与传送带呈45度夹角放置，光电开关安装在传送带的一侧，光电开关为线阵工业摄像机和LED光源提供触发信号，所述图像处理装置是用于处理图像的计算机，计算机与线阵工业相机通过图像采集卡连接。

2.根据权利要求1所述的PVC建材表面质量在线检测系统，其特征在于，所述系统控制装置包括可编程逻辑控制器、速度传感器和温度传感器；其中第一速度传感器安装在挤出机的螺杆上、第一速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第二速度传感器安装在传送带的一侧、第二速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第一温度传感器安装在挤出机的机筒上、第一温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第二温度传感器安装在模具末端的上游和下游、第二温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，第三温度传感器安装在定形台的水箱中、第三温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O口，可编程逻辑控制器的数字信号通过数据线输出到计算机中。

3.根据权利要求1所述的PVC建材表面质量在线检测系统，其特征在于，所述图像处理装置的检测步骤为：

步骤S1：根据表面检测的质量标准，设定检测灰度变化阈值；

步骤S2：对采集图像进行预处理；

步骤S3：将预处理的图像分成若干个300×300像素块；

步骤S4：计算每个图像块的灰度变化范围，其基本原理是通过计算出相邻像素灰度的差值，由差值计算出像素的梯度值，由梯度值表征灰度的变化范围；

步骤S5：当灰度变化范围大于阈值时，视为不合格产品，扬声器发出报警声，启动系统控制装置；当灰度变化范围小于阈值时，视为合格产品，产品复膜、切割。

Images