CN106157314B - 一种造纸设备的实时故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种造纸设备的实时故障诊断方法，包括：离线，对因造纸设备部件故障而产生的疵点的图样本像，进行预处理、分割及分割后处理，提取特征值并对疵点样本图像进行分类。在线诊断，首先，图像采集、预处理、分割和分割后处理。其次，提取待测疵点的特征值，并根据特征值对待测疵点分类。然后，将待测疵点图像和同一类型的样本疵点图像匹配。对于匹配成功的待测疵点图像，判断其在白纸中出现的周期性。最后，根据该疵点的周期与设备故障引起的这种疵点在白纸中出现的周期是否相符诊断设备是否出现故障。如果相符，则说明对应的造纸设备部件出现了故障。本发明取代人工对造纸设备进行故障诊断，一方面可使诊断及时、准确，另一方面可减少损失，降低造纸成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种造纸设备的实时故障诊断方法，属于造纸设备故障诊断的技术领域。
背景技术
目前，国内对于造纸设备的故障诊断，主要是由检测人员通过白纸疵点的监测装置，观测电脑屏幕上在线记录的疵点图像，根据造纸设备故障与白纸疵点之间的对应关系(见表1,表1为由厂家提供的造纸设备部件故障及其产生的周期性疵点的对照表。)，人工判断造纸设备是否出现故障。通过人眼观测、判断，其结果不可避免地受到人为因素的影响。以一种基于机器视觉的造纸设备的实时故障诊断方法代替人工判断，不仅可以保证判断结果的及时、准确，而且可以提升造纸设备的监测技术，促进造纸产业升级，提升其竞争力。
表1设备部件故障及其产生的疵点与周期的对照表
发明内容
发明目的：造纸设备的部件发生故障时，会在白纸上产生周期性出现的疵点。根据这一规律，本发明一种造纸设备的实时故障诊断方法，以机器视觉代替人眼判断，从而提高故障诊断的准确性和及时性。
技术方案：一种造纸设备的实时故障诊断方法，在白纸生产中，对造纸设备的实时故障诊断包括如下步骤：
第一步离线状态下，对造纸设备部件故障引起的样本疵点图像进行分类。
(一)对样本疵点图像预处理、分割及分割后处理。
(二)基于疵点区域最小外接矩形的长宽比S，将样本疵点分为线状类和块状类疵点。
根据S，样本疵点中，边缘裂口、褶子、条痕和伏辊印等属于线状类样本疵点；透光点、透帘、孔眼、破洞、毛毯花等属于块状类样本疵点。
(三)基于疵点的灰度均值V，线状类和块状疵点又被分为线状透光类、线状半透光类、线状不透光类、块状透光类、块状半透光类和块状不透光类疵点。
根据V，线状类的样本疵点中，边缘裂口属于线状透光类疵点；褶子、条痕和伏辊印属于线状不透光类疵点。另外，块状类的样本疵点中，孔眼、破洞属于块状透光类疵点；透帘、透光点属于块状半透光类疵点；毛毯花属于块状不透光类疵点(如图1所示)。
第二步，在线状态下，采集白纸图像，预处理、分割以及分割后处理。其中，采集图像大小f×g，对应白纸纵向和横向大小F×G。所监测的白纸长度length＝length+F。
第三步，提取疵点面积，判断有无疵点。
若为无疵点图像，则进入第七步；若为有疵点图像，则进入第四步对待测疵点分类。
第四步，对待测疵点分类
(一)提取待测疵点的最小外接矩形的长宽比S。
根据S，判断待测疵点属于线状类疵点还是块状类疵点。
(二)提取待测疵点区域的灰度均值V。
1、根据V，判断线状待测疵点属于线状透光类、线状半透光类还是线状不透光类疵点。
若是属于线状透光疵点，进入第五步中的“(一)与线状透光类样本疵点匹配”；若是线状半透光疵点；则进入第七步；若是线状不透光疵点，则进入第五步中的“(二)与线状不透光类样本疵点匹配”。
2、根据V，判断块状待测疵点属于块状透光类、块状半透光类还是块状不透光类疵点。
若属于块状透光疵点，则进入第五步中的“(四)与块状透光类样本疵点匹配”；若属于块状半透光疵点，则进入第五步中的“(三)与块状半透光类样本疵点匹配”；若属于块状不透光疵点，则进入第五步中的“(五)与块状不透光类样本疵点匹配”。
第五步，与样本疵点图像匹配
(一)与线状透光类样本疵点匹配
线状透光类样本疵点只有边缘裂口一种。判断待测疵点与样本边缘裂口是否匹配。若匹配，则进入第六步(一)中的“1、基于与样本边缘裂口匹配的疵点的故障诊断”；否则，进入第七步。
(二)与线性不透光类样本疵点匹配
1、判断与样本疵点褶子是否匹配。若匹配，则进入第六步(二)中的“3、基于与样本疵点褶子匹配的疵点诊断故障”。若不匹配，接下来与样本条痕匹配。
2、判断与样本疵点条痕是否匹配。若匹配，则进入第六步(二)中的“2、基于与样本疵点条痕匹配的疵点诊断故障”。若不匹配，则接下来与样本付辊印匹配。
3、判断与样本疵点付辊印是否匹配。若匹配，则进入第六步(二)中的“1、基于与样本疵点伏辊印匹配的疵点诊断故障”；若不匹配，则进入第七步。
(三)与块状半透光样本疵点匹配
1、判断与样本疵点透帘是否匹配。若匹配，则进入第六步(三)中的“2、基于与样本疵点透帘匹配的疵点诊断故障”；若不匹配，则接下来与样本透光点匹配。
2、判断是否与透光点匹配。若匹配，则进入第六步(三)中的“1、基于与样本疵点透光点匹配的疵点诊断故障”。若不匹配，则进入第七步。
(四)与块状透光类样本疵点匹配
1、判断与样本疵点孔眼是否匹配，若匹配，则进入第六步(四)中的“2、基于与样本疵点孔眼匹配的疵点诊断故障”；若不匹配，则接下来与样本疵点破洞匹配。
2、判断与样本疵点破洞是否匹配。若匹配，则进入第六步(四)中的“1、基于与样本疵点破洞匹配的疵点诊断故障”。若不匹配，则进入第七步。
(五)与块状不透光样本疵点匹配
块状不透光样本疵点只有毛毯花一种。判断待测疵点与样本疵点毛毯花是否匹配。若匹配，则进入第六步(五)中的“1、基于与样本疵点毛毯花匹配的疵点的故障诊断”；否则，进入第七步。
第六步，故障诊断
(一)基于线状透光类疵点的故障诊断
1、基于与样本边缘裂口匹配的疵点的故障诊断
(1)提取与样本边缘裂口匹配的疵点质心坐标(x1，y1)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W1和H1表示。若W1＝0以及H1＝0，表示此前没有记录，则进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置”；否则，进入下一步判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点的周期性
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W1与当前疵点质心在白纸中的横向位置x1是否一致？若W1＝x1，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，则进入“(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L1。
L1＝(length-y1)-H1。
②根据表1，判断L1是否符合造纸设备故障引起的边缘裂口疵点在白纸中出现的周期。
若L1＝1m，表明出现引纸辊故障，进入(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零。否则，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
疵点质心在白纸中的横向位置为W1＝x1，在白纸中的纵向位置H1＝length-y1。然后，进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W1＝0，H1＝0；③进入第七步。
(二)基于线状不透光类疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点伏辊印匹配的疵点故障诊断
(1)提取与伏辊印匹配的疵点质心坐标(x2，y2)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W2和H2表示。若W2＝0以及H2＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”；否则，进入下一步判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点的周期性
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W2与当前疵点质心在白纸中的横向位置x2是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L2
L2＝(length-y2)-H2。
②根据表1，判断L2是否符合造纸设备故障引起的疵点伏辊印在白纸中出现的周期。
若L2＝3m，表明出现真空伏辊故障，进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W2＝x2，在白纸中的纵向位置为：H2＝length-y2；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W2＝0，H2＝0；③进入第七步。
2、基于与样本疵点条痕匹配的疵点诊断故障
(1)提取与条痕匹配的疵点质心坐标(x3，y3)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W3和H3表示。若W3＝0以及H3＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置”；否则，判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点的周期性
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W3与当前疵点质心在白纸中的横向位置x3是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，则进入“(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L3
L3＝(length-y3)-H3。
②根据表1，判断L3是否符合造纸设备故障引起的疵点条痕在白纸中出现的周期。
若L3＝8m，表明出现干毛毯故障，进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录下当前疵点质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W3＝x3，在白纸中的纵向位置为：H3＝length-y3；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W3＝0，H3＝0；③进入第七步。
3、基于与样本疵点褶子匹配的疵点诊断故障
(1)提取与褶子匹配的疵点质心坐标(x4，y4)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W4和H4表示。若W4＝0以及H4＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录下当前疵点质心在白纸中的位置”；否则，判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点是否周期性出现
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W4与当前疵点质心在白纸中的横向位置x4是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，进入“(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L4
L4＝(length-y4)-H4
②根据表1，判断L4是否符合造纸设备故障引起的疵点褶子在白纸中出现的周期。
若L4＝2m，表明出现压榨辊故障；或者L4＝2.5m，表明出现压光辊故障；或者L4＝4m，表明出现了烘缸故障。当L4为这三种周期时，均进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W4＝x4，在白纸中的纵向位置为：H4＝length-y4；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W4＝0，H4＝0；③进入第七步。
(三)基于块状半透光类疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点透光点匹配的疵点诊断故障
(1)提取与透光点匹配的疵点质心坐标(x5，y5)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W5和H5表示。若W5＝0以及H5＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置”；否则，判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点是否周期性出现
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W5与当前疵点质心在白纸中的横向位置x5是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L5
L5＝(length-y5)-H5
②根据表1，判断L5是否符合造纸设备故障引起的疵点透光点在白纸中出现的周期。
若L5＝1.5m，表明出现小圆网故障；若L5＝2.5m，表明出现压光辊故障；若L5＝8m，表明出现干毛毯故障；若L5＝10m，表明出现湿毛毯故障；L5＝25m，表明出现成型网故障。当L5为这五种周期时，均进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录下当前疵点质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W5＝x5，在白纸中的纵向位置为H5＝length-y5；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W5＝0，H5＝0；③进入第七步。
2、基于与样本疵点透帘匹配的疵点诊断故障
(1)提取与透帘匹配的疵点质心坐标(x6，y6)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W6和H6表示。若W6＝0以及H6＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录下当前疵点质心在白纸中的位置”；否则，判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点是否周期性出现
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W6与当前疵点质心在白纸中的横向位置x6是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，则进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L6
L6＝(length-y6)-H6
②根据表1，判断L6是否符合造纸设备故障引起的疵点透帘在白纸中出现的周期。
若L6＝1.5m，表明出现小圆网故障；若L6＝2.5m，表明出现压光辊故障；若L6＝8m，表明出现干毛毯故障；若L6＝10m，表明出现湿毛毯故障；若L6＝25m，表明出现成型网故障。当L6为这五种周期时，均进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W6＝x6，在白纸中的纵向位置为：H6＝length-y6；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W6＝0，H6＝0；③进入第七步。
(四)基于块状透光疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点破洞匹配的疵点诊断故障
(1)提取与破洞匹配的疵点质心坐标(x7，y7)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W7和H7表示。若W7＝0以及H7＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置；否则，判断其是否周期性出现”。
②判断这种疵点是否周期性出现
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W7与当前疵点质心在白纸中的横向位置x7是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L7
L7＝(length-y7)-H7
②根据表1，判断L7是否符合造纸设备故障引起的疵点破洞在白纸中出现的周期。
若L7＝1.5m，表明出现了小圆网故障；若L7＝2m，表明出现压榨辊故障；若L7＝3m，表明出现真空伏辊故障；若L7＝8m，表明出现干毛毯故障；若L7＝25m，表明出现成型网故障。当L7是这五种周期时，均进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W7＝x7，在白纸中的纵向位置为H7＝length-y7；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W7＝0，H7＝0；③进入第七步。
2、基于与样本疵点孔眼匹配的疵点诊断故障
(1)提取与孔眼匹配的疵点质心坐标(x8，y8)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W8和H8表示。若W8＝0以及H8＝0，则表示此前没有记录，进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置”；否则，判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点是否周期性出现
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W8与当前疵点质心在白纸中的横向位置x8是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，则进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L8
L8＝(length-y8)-H8
②根据表1，判断L8是否符合造纸设备故障引起的疵点孔眼在白纸中出现的周期。
若L8＝1.5m，表明出现小圆网故障；若L8＝2m，表明出现压榨辊故障；若L8＝3m，表明出现真空伏辊故障；若判断L8＝8m，表明出现干毛毯故障；L8＝25m，表明出现成型网故障。当L8是这五种周期时，均进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
疵点质心在白纸中的横向位置为W8＝x8，在白纸中的纵向位置为：①H8＝length-y8；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W8＝0，H8＝0；③进入第七步。
(五)基于块状不透光疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点毛毯花匹配的疵点诊断故障
(1)提取与毛毯花匹配的疵点质心坐标(x9，y9)；
(2)判断这种疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W9和H9表示。若W9＝0以及H9＝0，则表示此前没有记录，进入(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置；否则，判断其是否周期性出现。
②判断这种疵点是否周期性出现
判断此前记录的疵点质心在白纸中的横向位置W9与当前疵点质心在白纸中的横向位置x9是否一致？若一致，则进入“(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障”；否则，进入“(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置”。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L9
L9＝(length-y9)-H9
②根据表1，判断L9是否符合造纸设备故障引起的疵点毛毯花在白纸中出现的周期。
若L9＝8m，表明出现干毛毯故障；若L9＝10m，表明出现湿毛毯故障。当L9是这两种周期时，均进入“(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零”。否则，进入“(4)记录下当前疵点的质心在白纸中的位置”。
(4)记录当前疵点质心在白纸中的位置
①疵点质心在白纸中的横向位置为W9＝x9，在白纸中的纵向位置为：H9＝length-y9；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W9＝0，H9＝0；③进入第七步。
第七步，判断故障诊断是否结束。如果没有结束，回第二步开始采集下一幅图像。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的造纸设备的实时故障诊断方法，可取代人工对造纸设备进行监测和故障诊断，具有及时、准确、降低成本等优点。
附图说明
图1是疵点样本图像分类示意图；
图2是本发明的方法原理图；
图3是本发明的方法流程图，因此图太大，放在附图中缩小之后字迹不清晰，因此将其分成图4-图7来放大展示；
图4是图3中A部的局部放大图；
图5是图3中B部的局部放大图；
图6是图3中C部的局部放大图；
图7是图3中除去ABC部的局部放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图2所示，造纸设备的实时故障诊断方法，包括如下步骤：
第一步离线状态下，对因造纸设备部件故障而产生的样本疵点图像进行分类。
(一)对样本疵点图像进行灰度化、消噪和图像增强的预处理，并分割预处理后的图像，将目标疵点和背景分开，然后再进一步分割后处理以便凸显目标。
(二)提取样本疵点图像的特征值
1、提取疵点区域最小外接矩形的长宽比S
当S＞3时，疵点属于线状疵点，当S≤3时，疵点为块状疵点；
2、提取疵点的灰度均值V
当V＞180时，属于透光类疵点；90＜V＜180时，属于半透光类疵点；
V＜90，属于不透光类疵点。
(三)样本疵点分类
根据S和V，样本疵点图像的分类如下：
接下来开始在线诊断：
第二步，采集白纸图像，预处理、分割以及分割后处理。其中，采集图像大小f×g，对应白纸纵向和横向大小F×G。所监测白纸的累计长度length＝length+F。
第三步，提取疵点面积，判断有无疵点。
若为无疵点图像，则进入第七步；
若为有疵点图像，则进入第四步对待测疵点分类。
第四步，对待测疵点分类
(一)提取待测疵点的最小外接矩形的长宽比S
若S＞3时，疵点属于线状类疵点，进入第四步(二)中的“1、线状疵点”。
若S≤3时，疵点属于块状类疵点，进入第四步(二)中的“2、块状疵点”。
(二)提取待测疵点区域的灰度均值V。
1、线状疵点
当V＜90时，属于线状不透光疵点；进入第五步中的“(二)与线状不透光类样本疵点匹配”。
当90<V＜180时，属于线状半透光疵点；则进入第七步。
当V＞180时，属于线状透光疵点；进入第五步中的“(一)与线状透光类样本疵点匹配”。
2、块状疵点
当V＜90时，属于块状不透光疵点；进入第五步中的“(五)与块状不透光类样本疵点匹配”。
当90<V＜180时，属于块状半透光疵点；进入第五步中的“(三)与块状半透光类样本疵点匹配”。
当V＞180时，属于块状透光疵点。进入第五步中的“(四)与块状透光类样本疵点匹配”。
第五步，与样本疵点图像匹配
(一)与线状透光类样本疵点匹配
这类样本疵点只有边缘裂口。
与样本疵点边缘裂口进行匹配。若匹配，则进入第六步(一)中的“1、基于与样本边缘裂口匹配的疵点的故障诊断”；否则，进入第七步。
(二)与线状不透光类样本疵点匹配
1、与样本疵点褶子进行匹配。若匹配，则进入第六步(二)中的“3、基于与样本疵点褶子匹配的疵点的故障诊断”。否则，与样本条痕匹配
2、与样本疵点条痕进行匹配。若匹配，则进入第六步(二)中的“2、基于与样本疵点条痕匹配的疵点的故障诊断”。否则，与样本付辊印匹配。
3、与样本疵点付辊印进行匹配。若匹配，则进入第六步(二)中的“1、基于与样本疵点伏辊印匹配的疵点的故障诊断”。否则，进入第七步。
(三)与块状半透光类样本疵点匹配
1、与样本疵点透帘进行匹配。若匹配，则进入第六步(三)中的“2、基于与样本疵点透帘匹配的疵点的故障诊断”；否则，与样本透光点匹配。
2、与样本疵点透光点进行匹配。若匹配，则进入第六步(三)中的“1、基于与样本疵点透光点匹配的疵点的故障诊断”。否则，则进入第七步。
(四)与块状透光类样本疵点匹配
1、与样本疵点孔眼进行匹配，若匹配，则进入第六步(四)中的“2、基于与样本疵点孔眼匹配的疵点的故障诊断”；否则，则接下来与样本破洞匹配。
2、与样本疵点破洞进行匹配。若匹配，则进入第六步(四)中的“1、基于与样本疵点破洞匹配的疵点的故障诊断”。否则，则进入第七步。
(五)与块状不透光类样本疵点匹配
这类样本疵点只有毛毯花一种。
与样本疵点毛毯花进行匹配。若匹配，则进入第六步(五)中的“1、基于与样本疵点毛毯花匹配的疵点的故障诊断”；否则，进入第七步。
第六步，故障诊断
(一)基于线状透光类疵点的故障诊断
1、基于与样本边缘裂口匹配的疵点的故障诊断
与样本边缘裂口匹配的疵点在白纸横向和纵向的位置分别用W1和H1表示。
(1)提取与边缘裂口匹配的疵点质心坐标(x1，y1)
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现
①判断此前这种疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W1＝0以及H1＝0，表示此前没有记录，进入(4)。否则，判断其周期性。
②疵点周期性出现的判断
判断W1＝x1？若W1＝x1，则进入(3)。否则，进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L1
L1＝(length-y1)-H1
②根据表1，判断L1是否符合造纸设备故障引起的疵点边缘裂口在白纸中出现的周期。
判断L1＝1m？若相等，表明出现引纸辊故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W1＝x1，H1＝length-y1；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W1＝0，H1＝0；③进入第七步。
(二)基于线状不透光类疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点伏辊印匹配的疵点的故障诊断
与样本伏辊印匹配的疵点在白纸横向和纵向的位置分别用W2和H2表示。
(1)提取与伏辊印匹配的疵点质心坐标(x2，y2)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W2＝0以及H2＝0，表示此前没有记录，进入(4)；否则，判断其周期性。
②疵点周期性出现的判断
判断W2＝x2？若W2＝x2，则进入(3)。否则，进入(4)
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L2
L2＝(length-y2)-H2
②根据表1，判断L2是否符合造纸设备故障引起的疵点伏辊印在白纸中出现的周期。
判断L2＝3m？若相等，表明出现真空伏辊故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W2＝x2，H2＝length-y2；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W2＝0，H2＝0；③进入第七步。
2、基于与样本疵点条痕匹配的疵点的故障诊断
与样本条痕匹配的疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W3和H3表示。
(1)提取与样本条痕匹配的疵点质心坐标(x3，y3)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W3＝0以及H3＝0，表示此前没有记录，进入(4)。否则，判断其周期性。
②疵点周期性出现的判断
判断W3＝x3？若W3＝x3，则进入(3)；否则，进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L3
L3＝(length-y3)-H3
②根据表1，判断L3是否符合造纸设备故障引起的疵点条痕在白纸中出现的周期。
判断L3＝8m？若相等，表明出现干毛毯故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W3＝x3，H3＝length-y3；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W3＝0，H3＝0；③进入第七步。
3、基于与样本疵点褶子匹配的疵点的故障诊断
与样本褶子匹配的疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W4和H4表示。
(1)提取与褶子匹配的疵点质心坐标(x4，y4)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W4＝0以及H4＝0，表示此前没有记录，进入(4)。否则，判断其周期性。
②判断疵点是否周期性出现
判断W4＝x4？若相等，则进入(3)计算其周期L4；否则进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L4
L4＝(length-y4)-H4
②根据表1，判断L4是否符合造纸设备故障引起的疵点褶子在白纸中出现的周期。
判断L4＝2m？若相等，表明出现压榨辊故障，进入(5)。否则，判断L4＝2.5m？若相等，表明出现压光辊故障，进入(5)。否则，判断L4＝4m？若相等，表明出现烘缸故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W4＝x4，H4＝length-y4；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W4＝0，H4＝0；③进入第七步。
(三)基于块状半透光类疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点透光点匹配的疵点诊断故障
与样本透光点匹配的疵点在白纸横向和纵向的位置分别用W5和H5表示。
(1)提取与透光点匹配的疵点质心坐标(x5，y5)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W5＝0以及H5＝0，表示此前没有记录，进入(4)；否则，判断其周期性。
②判断疵点是否周期性出现
判断W5＝x5？若相等，则进入(3)。否则进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L5
L5＝(length-y5)-H5
②根据表1，判断L5是否符合造纸设备故障引起的疵点透光点在白纸中出现的周期。
判断L5＝1.5m？若相等，表明出现小圆网故障，进入(5)。否则，判断L5＝2.5m？若相等，表明出现压光辊故障，进入(5)。否则，判断L5＝8m？若相等，表明出现了干毛毯故障，进入(5)。判断L5＝10m？若相等，表明出现湿毛毯故障，进入(5)。否则，判断L5＝25m？若相等，表明出了成型网故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W5＝x5，H5＝length-y5；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W5＝0，H5＝0；③进入第七步。
2、基于与样本疵点透帘匹配的疵点诊断故障
与样本疵点透帘匹配的疵点在白纸横向和纵向的位置分别用W6和H6表示。
(1)提取与透帘匹配的疵点质心坐标(x6，y6)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W6＝0和H6＝0，表示此前没有记录，进入(4)。否则，判断其周期性。
②判断疵点是否周期性出现
判断W6＝x6？若相等，进入(3)。否则进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L6
L6＝(length-y6)-H6
②根据表1，判断L6是否符合造纸设备故障引起的透帘疵点在白纸中出现的周期。
判断L6＝1.5m？若相等，表明出现小圆网故障，进入(5)。否则，判断L6＝2.5m？若相等，表明出现压光辊故障，进入(5)。判断L6＝8m？若相等，表明出现干毛毯故障，进入(5)。判断L6＝10m？若相等，表明出现湿毛毯故障，进入(5)。判断L6＝25m？若相等，表明出现成型网故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W6＝x6，H6＝length-y6；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W6＝0，H6＝0；③进入第七步。
(四)基于块状透光疵点的故障诊断
1、基于与样本疵点破洞匹配的疵点诊断故障
与样本破洞匹配的疵点在白纸横向和纵向的位置分别用W7和H7表示。
(1)提取与样本破洞匹配的疵点质心坐标(x7，y7)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W7＝0以及H7＝0，表示此前没有记录，进入(4)；否则，判断其周期性。
②判断疵点是否周期性出现
判断W7＝x7？若相等，则进入(3)。否则，进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L7
L7＝(length-y7)-H7
②根据表1，判断L7是否符合造纸设备故障引起的边缘裂口疵点在白纸中出现的周期。
判断L7＝1.5m？若相等，表明出现小圆网故障，进入(5)。否则，判断L7＝2m？若相等，表明出现压榨辊故障，进入(5)。否则，判断L7＝3m？若相等，表明出现了真空伏辊故障，进入(5)。否则，判断L7＝8m？若相等，表明出现干毛毯故障，进入(5)。否则，判断L7＝25m？若相等，表明出现成型网故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W7＝x7，H7＝length-y7；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W7＝0，H7＝0；③进入第七步。
2、基于与样本疵点孔眼匹配的疵点诊断故障
与样本疵点孔眼匹配的疵点在白纸横向和纵向的位置分别用W8和H8表示。
(1)提取与孔眼匹配的疵点质心坐标(x8，y8)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W8＝0以及H8＝0，表示此前没有记录，进入(4)。否则，判断其周期性。
②判断疵点是否周期性出现
判断W8＝x8？若相等，则进入(3)。否则进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L8
L8＝(length-y8)-H8
②根据表1，判断L8是否符合造纸设备故障引起的疵点孔眼在白纸中出现的周期。
判断L8＝1.5m？若相等，表明出现小圆网故障，进入(5)。否则，判断L8＝2m？若相等，表明出现压榨辊故障，进入(5)。否则，判断L8＝3m？若相等，表明出现真空伏辊故障，进入(5)。否则，判断L8＝8m？若相等，表明出现干毛毯故障，进入(5)。否则，判断L8＝25m？若相等，表明出现成型网故障，进入(5)。否则，进入(4)。
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W8＝x8，H8＝length-y8；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W8＝0，H8＝0；③进入第七步。
3、基于与样本疵点毛毯花匹配的疵点故障诊断
与样本疵点毛毯花匹配的疵点在白纸横向上和纵向上的位置分别用W9和H9表示。
(1)提取与边缘裂口匹配的疵点质心坐标(x9，y9)；
(2)判断疵点在白纸中是否周期性出现；
①判断疵点在白纸中的位置是否已有记录
若W9＝0以及H9＝0，表示此前没有记录，进入(4)。否则，判断其周期性。
②判断疵点是否周期性出现
判断W9＝x9？若相等，则入(3)。否则进入(4)。
(3)基于疵点周期诊断造纸设备的部件故障
①计算疵点出现的周期L9
L9＝(length-y9)-H9
②根据表1，判断L9是否符合造纸设备故障引起的疵点毛毯花在白纸中出现的周期。
判断L9＝8m？若相等，表明出现干毛毯故障，进入(5)。否则，判断L9＝10m？若相等，表明出现湿毛毯故障，进入(5)。否则，进入(4)
(4)记录当前疵点的质心在白纸中的位置
①W9＝x9，H9＝length-y9；②进入第七步。
(5)报警并将故障诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息归零
①报警；②W9＝0，H9＝0；③进入第七步。
第七步，判断故障诊断是否结束。如果没有结束，回第二步开始采集下一幅图像。
Claims (9)
1.一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，离线状态下，对因造纸设备部件故障而产生的疵点样本图像预处理、分割及分割后处理，根据疵点区域最小外接矩形的长宽比S以及疵点的灰度均值V，对因造纸设备部件故障而产生的疵点样本图像分类；
第二步，在线状态下，首先，图像采集、预处理、分割和分割后处理；其中，采集图像大小为f×g，对应白纸纵向和横向大小为F×G；所监测白纸的累计长度为length＝length+F；其次，根据S和V，判断采集的待测疵点图像所属的类型；然后，将待测疵点图像和同一类的样本图像匹配；对于匹配成功的待测疵点图像，判断其在白纸中是否周期性出现；最后，根据疵点周期，判断与设备故障引起的这种疵点在白纸中出现的周期是否相符；如果相符，则说明相应的设备部件出现了故障；
提取匹配成功的待测疵点的质心坐标(xi，yi)；对于匹配成功的疵点，判断此前这种疵点在白纸中的位置，即横向Wi和纵向Hi，是否已有记录；若Wi＝0，Hi＝0，表明还没有记录，则记录下当前这种待测疵点在白纸中的位置信息Wi＝xi，Hi＝length-yi；其中，i＝1，2，......，9；
对于匹配成功的疵点，如果此前这种疵点在白纸中的位置信息已有记录，则比较这种疵点此前以及当前在白纸中的横向位置；若这两者在白纸中的横向位置不一致，则将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息Wi＝xi，Hi＝length-yi；若此前记录的Wi与当前疵点质心的坐标xi一致，则可确定这种疵点在白纸中周期出现，其周期Li为当前疵点质心在白纸中的纵向位置length-yi减去此前记录的Hi：
Li＝(length-yi)-Hi。
2.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与样本图像中的边缘裂口匹配的待测疵点的L1＝1m？若相等，则表明出现引纸辊故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W1＝x1，H1＝length-y1；
判断与样本图像中的伏辊印匹配的待测疵点的L2＝3m？若相等，则表明出现真空伏辊故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W2＝x2，H2＝length-y2；
判断与样本图像中的条痕匹配的待测疵点的L3＝8m？若相等，则表明出现干毛毯故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W3＝x3，H3＝length-y3。
3.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与样本图像中的褶子匹配的待测疵点的L4＝2m？若相等，则表明出现压榨辊故障；否则，判断其L4＝2.5m？若相等，则表明出现压光辊故障；否则，判断其L4＝4m？若相等，则表明出现烘缸故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W4＝x4，H4＝length-y4。
4.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与样本图像中的透光点匹配的待测疵点的L5＝1.5m？若相等，则表明出现小圆网故障；否则，判断其L5＝2.5m？若相等，则表明出现压光辊故障；否则，判断其L5＝8m？若相等，则表明出现干毛毯故障；否则，判断其L5＝10m？若相等，则表明出现湿毛毯故障；否则，判断其L5＝25m？若相等，则表明出现成型网故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W5＝x5，H5＝length-y5。
5.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与样本图像中的透帘匹配的待测疵点的L6＝1.5m？若相等，则表明出现了小圆网故障；否则，判断其L6＝2.5m？若相等，则表明出现了压光辊故障；否则，判断其L6＝8m？若相等，则表明出现了干毛毯故障；否则，判断其L6＝10m？若相等，则表明出现了湿毛毯故障；否则，判断其L6＝25m？若相等，则表明出现了成型网故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W6＝x6，H6＝length-y6。
6.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与样本图像中的破洞匹配的待测疵点的L7＝1.5m？若相等，则表明出现了小圆网故障；否则，判断其L7＝2m？若相等，则表明出现了压榨辊故障；否则，判断其L7＝3m？若相等，则表明出现了真空伏辊故障；否则，判断其L7＝8m？若相等，则表明出现了干毛毯故障；否则，判断其L7＝25m？若相等，则表明出现了成型网故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W7＝x7，H7＝length-y7。
7.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与样本图像中的孔眼匹配的待测疵点的L8＝1.5m？若相等，则表明出现了小圆网故障；否则，判断其L8＝2m？若相等，则表明出现了压榨辊故障；否则，判断其L8＝3m？若相等，则表明出现了真空伏辊故障；否则，判断其L8＝8m？若相等，则表明出现了干毛毯故障；否则，判断其L8＝25m？若相等，则表明出现了成型网故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W8＝x8，H8＝length-y8。
8.根据权利要求1所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，判断与疵点样本图像中的毛毯花匹配的待测疵点的L9＝8m？若相等，则表明出现了干毛毯故障；否则，判断其L9＝10m？若相等，表明出现湿毛毯故障；否则，将此前记录的位置信息改为这种疵点当前在白纸中的位置信息W9＝x9，H9＝length-y9。
9.根据权利要求2-8任意一项所述的一种造纸设备的实时故障诊断方法，其特征在于，
造纸设备的部件故障一经诊断，其诊断所基于的疵点在白纸中的位置信息将归零，Wi＝0，Hi＝0(i＝1,2,......9)。
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Also Published As
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