CN110775688B - 基于图像的卷材纠偏检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷材纠偏技术领域，具体涉及基于图像的卷材纠偏检测系统，包括预设模块、图像采集模块、控制模块、描边显示模块和对比模块，预设模块用于限定卷材未偏移的预设标线，图像采集模块用于获取卷材的图像信息，控制模块获取图像信息传送至描边显示模块，描边显示模块对图像信息中的卷材图像边沿进行描摹，控制模块获取描摹边沿后的图像信息发送至对比模块，对比模块对图像信息与预设标线进行对比，对比模块在描摹边沿与预设标线重合时向控制模块反馈重合信号，对比模块在临摹边沿偏移开预设标线时向控制模块反馈用于卷材纠偏的偏移信号。本发明在卷材偏移开预设标线反馈偏移信号，及时获取卷材的偏移情况，提高卷材纠偏的及时性。

Description

基于图像的卷材纠偏检测系统

技术领域

本发明涉及卷材纠偏技术领域，具体涉及基于图像的卷材纠偏检测系统。

背景技术

卷材是指纸张、薄膜、金属箔、橡胶、无纺布等长尺寸连续材料，还包括线材。无论是在卷材加工的放卷、中间段、还是收卷过程中，行进中的卷材或多或少都会产生轴向位移(跑偏)，最终造成停机、收卷参差不齐、产生废品等后果。

卷材纠偏的方式包括超声波纠偏和红外线纠偏，超声波纠偏和红外线纠偏只能用于检测物料的边沿信息，由于其局限性，只能用EPC纠偏，该纠偏方式也不能捕捉物料平面的特征信息，卷材边沿特征点不明显或不稳定，从而造成纠偏不稳定甚至不能纠偏，所以要以物料平面信息上的特征来作为纠偏基准点，就只能采用基于图像的卷材纠偏检测系统。

发明内容

本发明意在提供一种基于图像的卷材纠偏检测系统，以解决卷材边沿跟踪特征点不明显或者不稳定造成纠偏跟踪不稳定,甚至不能纠偏的问题。

本方案中的基于图像的卷材纠偏检测系统，包括预设模块、图像采集模块、控制模块、描边显示模块和对比模块，所述预设模块用于限定卷材未偏移的预设标线，所述图像采集模块用于获取卷材进入目标辊段的图像信息，所述控制模块获取图像信息传送至描边显示模块，所述描边显示模块对图像信息中的卷材图像边沿进行描摹，所述控制模块获取描摹边沿后的图像信息发送至对比模块，所述对比模块对图像信息中的描摹边沿与预设标线进行对比，所述对比模块在描摹边沿与预设标线重合时向控制模块反馈重合信号，所述对比模块在临摹边沿偏移开预设标线时向控制模块反馈用于卷材纠偏的偏移信号。

本方案的有益效果是：

通过获取卷材进入目标辊段的图像信息，并在图像信息上描摹卷材的边沿，将描摹边沿与描边显示模块上的信息进行对比，当描摹边沿与预设标线重合时反馈重合信号，以表征纠偏有效，并在卷材偏移开预设标线反馈偏移信号，及时获取卷材的偏移情况，提高卷材纠偏的及时性，本方案的检测系统以卷材材料平面图像信息上的特征信息作为纠偏基准点，可以有效的避免材料边缘信息不稳定的情况。

进一步，所述图像采集模块包括曝光单元和多个激光单元，所述曝光单元用于选择曝光方式，所述曝光方式包括自动曝光和手动曝光，所述激光单元用于将光斑投射至一点上进行图像信息采集的对焦。

不同达到曝光方式以及对焦操作，保持拍摄图像的清晰性，提高可靠性。

进一步，还包括背景模块，所述背景模块用于根据卷材材料选择背景光颜色，所述背景光颜色的对应关系是彩色对应白色光、单色对应绿色光、单色对应红色光和单色对应蓝色光。

根据不同的卷材材料选择不同的背景光颜色，提高不同材料的图像信息的清晰性。

进一步，还包括图像预处理模块，所述图像预处理模块包括去噪单元、容差单元和阈值单元，所述去噪单元用于对采集的图像信息进行滤波降噪处理，所述容差单元用于调整采集的卷材图像信息的允许误差，所述阈值单元用于调整跟踪算法灰度二值化处理的阈值位置。

对采集到的图像信息进行滤波降噪、容差和阈值位置的处理和调节，减少干扰因素，提高后续临摹边沿的准确性。

进一步，还包括距离模块、纠偏预警报警模块，所述控制模块获取描摹边沿后图像信息中的偏移方向，所述距离模块用于测量卷材偏移预设标线的角度偏移量，所述纠偏预警报警模块用于检测卷材纠偏的有效性，所述纠偏预警报警模块在卷材纠偏失效时预警报警。

通过获取卷材的偏移方向，准确获取卷材的偏移情况，以便准确进行纠偏，测量卷材偏移开预设标线的角度，能够准确获取卷材偏移的量，通过预警模块检测对卷材纠偏的有效性，并在纠偏失效时预警报警，能够及时发现纠偏的问题，降低纠偏的偏差。

进一步，还包括材质模块和衬底模块，所述材质模块用于向控制模块发送卷材的材质信息，所述材质信息包括透明材质和遮挡材质，所述控制模块根据材质信息控制衬底模块对卷材的图像信息进行衬底。

根据材质信息选择衬底模块对卷材的图像信息进行衬底，提高卷材与背景色的对比度，提高卷材的突出度，方便后续描摹边沿。

进一步，所述衬底模块包括反色底板和动力机构，所述动力机构带动反色底板进行移动，所述控制模块在材质信息为透明材质时控制动力机构带动反色底板更换衬底。

通过动力机构带动反色底板移动更换，能够快速对不同的材质信息更换传递，使用简单方便。

进一步，所述材质模块从图像信息中识别得到材质信息，所述材质模块用于检测卷材纠偏的方式并向控制模块发送材质信息。

通过卷材纠偏时采用的不同纠偏方式来确定卷材的材质信息，无需单独进行材质信息的输入，让纠偏和纠偏后的检测能够同步，更简单方便。

进一步，所述预设标线包括第一预设标线和第二预设标线，所述控制模块根据材质信息控制预设模块选择第一预设标线或第二预设标线。

通过不同的预设标线来衡量不同卷材的材质信息，提高卷材纠偏检测的准确性。

进一步，所述预设模块包括循环机构和环形带，所述环形带环绕在循环机构上，所述环形带上固设有第一预设标线和第二预设标线，所述第一预设标线和第二预设标线的长度均为环形带的二分之一。

通过循环机构带动环形带来更换不同的预设标线，无需改动卷材卷绕的结构，使用更方便。

附图说明

图1为本发明基于图像的卷材纠偏检测系统实施例一的示意性框图；

图2为本发明基于图像的卷材纠偏检测系统实施例一中图像采集模块激光垂直对焦安装的结构示意图；

图3为本发明基于图像的卷材纠偏检测系统实施例一中图像采集模块激光偏移角度安装的结构示意图；

图4为本发明基于图像的卷材纠偏检测系统实施例二的示意性框图；

图5为本发明基于图像的卷材纠偏检测系统实施例二中衬底模块的纵向剖面结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明。

说明书附图中的附图标记包括：主动轮1、从动轮2、环形带3、橡胶齿4。

实施例一

基于图像的卷材纠偏检测系统，如图1所示：包括预设模块、图像采集模块、背景模块、图像预处理模块、控制模块、描边显示模块、对比模块、距离模块和纠偏预警报警模块。

图像采集模块包括曝光单元和多个激光单元，曝光单元用于选择曝光方式，曝光方式包括自动曝光和手动曝光，曝光单元通过选择后进行相应方式的曝光，曝光时根据图像的颜色和亮度设置适合的曝光阈值，提高图像的清晰性，如普遍情况下选用自动曝光方式，当图片的对比度较小时或图像采集目标是干扰比较严重的卷材时，选择手动曝光，图像采集模块通过预设的复位按键对曝光方式恢复默认选项(默认选项可以为手动曝光方式)。

激光单元用于将光斑投射至一点上进行图像信息采集的对焦，激光单元可用现有的激光管产生对焦的红外激光，如中山大齐品牌DGM512-D019-6型号的激光管，本实施例一可用三个激光单元，激光单元在图像采集模块测量卷材的图像信息的安装示意图如图2和图3所示，在采集图像信息时，让三个激光单元其中两个的两条水平激光线用于辅助对焦，垂直的激光线用于指示卷材跟踪位置，在采集不同颜色的卷材时，将图像采集模块偏移一定角度进行即可。

背景模块用于根据卷材材料选择背景光颜色，背景光颜色的对应关系是彩色对应白色光、单色对应绿色光、单色对应红色光和单色对应蓝色光，背景模块包括多个颜色的光源灯，光源灯颜色的选择根据卷材材料进行。

图像预处理模块包括去噪单元、容差单元和阈值单元，图像预处理模块可用现有图像处理电路进行，去噪单元用于对采集的图像信息进行滤波降噪处理，去噪单元使用现有滤波电路进行去噪处理，提升图像信息的纯净度，容差单元用于调整采集的卷材图像信息的允许误差，阈值单元用于调整跟踪算法灰度二值化处理的阈值位置。

预设模块用于限定卷材未偏移的预设标线，预设标线可以用框选或点选方式在描边显示模块上进行标识，预设模块通过预先绘制好的轨迹图形作为预设标线，轨迹图形放置在卷材的正下方，图像采集模块用于获取卷材进入目标辊段的图像信息，图像采集模块可用现有的TSL1401线性整列图像芯片，控制模块获取图像信息传送至描边显示模块，描边显示模块可用现有的TFT屏幕，控制模块可用现有的STM32F407VGT6单片机芯片。

描边显示模块对图像信息中的卷材图像边沿进行描摹，描边显示模块可通过搭载现有的图像处理软件进行边沿描摹，控制模块获取描摹边沿后的图像信息发送至对比模块，对比模块对图像信息中的描摹边沿与预设标线进行对比，对比模块在描摹边沿与预设标线重合时向控制模块反馈重合信号，对比模块在临摹边沿偏移开预设标线时向控制模块反馈用于卷材纠偏的偏移信号，对比模块通过识别图像信息中描摹边沿的数目和预设标线的数目进行对比，例如描摹边沿两条和零条预设标线表示重合，描摹边沿两条和一条预设标线表示卷材偏移开预设标线。

控制模块获取描摹边沿后图像信息中的偏移方向，控制模块以识别到的预设标线所在侧的对立侧为偏移方向，如识别出的预设标线位于目标辊的右侧，则卷材往右侧偏移了，距离模块用于测量卷材偏移预设标线的角度偏移量，距离模块可通过搭载现有计算算法进行角度测量，该计算算法包括：将采集到的线性阵列图像信息二值化，和标定的图像信息进行对比，标定的图像信息是通过描边显示模块上标定方框指示需要追踪卷材目标，如果采集的图像信息中所含有完整的标定图像信息，则认为跟踪有效，进而计算偏移量，将标定的图像信息的中心位置点占线性整列的总的长度的比例值作为基准，输出电压值的5V的百分比，范围是0-5V。

纠偏预警报警模块用于检测卷材纠偏的有效性，纠偏预警报警模块在卷材纠偏失效时预警报警，纠偏预警报警模块包括前采集单元、后采集单元和警报单元，前采集单元用于采集纠偏前卷材与预设标线的前图像，后采集单元用于采集纠偏后卷材与预设标线的后图像，前采集单元和后采集单元可用现有TSL1401型号的图像芯片，前采集单元位于纠偏位置进入侧，后采集单元位于纠偏位置的伸出侧，控制模块获取前图像上卷材与预设标线的前侧角度偏移量，控制模块获取后图像上卷材与预设标线的后侧角度偏移量，前侧角度偏移量和后侧角度偏移量的测量也可通过搭载现有的计算算法进行计算，控制模块将前侧角度偏移量与后侧角度偏移量相减得到差量，控制模块通过减法运算得到差量，单片机的减法运算技术为现有技术，在此不再赘述，控制模块在差量大于偏移阈值时控制警报单元进行预警，警报单元可以是蜂鸣器。

具体实施过程如下：

在检测卷材的纠偏情况时，先调整图像采集模块与卷材的距离，以及激光单元的激光角度，并根据卷材的材料和颜色选择背景模块的背景光颜色，在描边显示模块上标定需要追踪卷材目标的方框，通过预设模块给卷材提供预设标线，再由图像采集模块采集目标辊处的图像信息，控制模块获取图像信息传送至描边显示模块，描边显示模块给图像信息中的卷材边沿描边后发送至控制模块，让控制模块将边沿描摹后的图像信息发送至对比模块，对比模块将卷材的描摹边沿与标识了方框的图像信息进行对比，当描摹边沿与预设标线重合时，对比模块向控制模块发送重合信号，表示卷材没有偏移，当描摹边沿偏移开预设标线时，对比模块向控制模块发送偏移信号，表示卷材发生了偏移，在卷材卷绕过程进行纠偏情况的检测，及时获取卷材的偏移情况，提高卷材纠偏的及时性。

在检测卷尺纠偏情况的过程中，控制模块获取图像信息中卷材的偏移方向，再由距离模块测量卷材偏移开预设标线的角度，准确获取卷材的偏移方向和偏移角度，以便准确进行纠偏。

卷材移动过程中，通过前采集单元采集纠偏前的前图像，通过后采集单元采集纠偏后的后图像，并由控制模块获取前图像上卷材与预设标线的前侧角度偏移量、以及后图像上卷材与预设标线的后侧角度偏移量，控制模块将前侧角度偏移量和后侧角度偏移量相减得到差量，当差量大于偏移阈值时控制警报单元进行预警，由此表示纠偏失效，提高偏移检测的准确性。

实施例二

与实施例一的区别是，如图4所示，还包括材质模块和衬底模块，材质模块用于向控制模块发送卷材的材质信息，材质信息包括透明材质和遮挡材质，材质模块通过图像信息获取材质信息，因为卷材为透明时无法使用红外线进行纠偏，所以可在探测到红外线时未遮挡材质，控制模块根据材质信息控制衬底模块对卷材的图像信息进行衬底。

如图5所示，衬底模块包括反色底板和动力机构，动力机构可用现有的伺服电机，控制模块控制伺服电机每次转动的180°以对反色底板翻面，控制模块为单片机，单片机控制伺服电机转动的技术为现有技术，在此不再赘述，动力机构带动反色底板进行移动，反色底板的两个侧面采用不同颜色的涂层，如黑色和绿色，控制模块在材质信息为透明材质时控制动力机构带动反色底板更换衬底，预设标线包括位于描边显示模块外的第一预设标线和第二预设标线，控制模块根据材质信息控制预设模块选择第一预设标线或第二预设标线，预设模块包括循环机构和环形带，环形带为橡胶带，环形带环绕在循环机构上，循环机构包括电机、主动轮和从动轮，电机带动主动轮转动，环形带环绕在主动轮和从动轮上，环形带朝向主动轮和从动轮一侧上一体成型有多个橡胶齿，橡胶齿与主动轮和从动轮啮合，环形带上粘接有第一预设标线和第二预设标线，第一预设标线和第二预设标线的长度均为环形带的二分之一，第一预设标线和第二预设标线根据卷材材质进行设置，控制模块在更换预设标线时控制电机带动环形带上下对调。

具体使用时，通过材质模块的获取材质信息检测纠偏的方式，当材质信息为遮挡材质，当未检测到红外线时为透明材质，然后由控制模块根据材质信息控制伺服电机带动衬底模块的反色底板翻转，通过反色底板对卷材的图像信息获取进行衬底，快速对不同的材质信息更换传递，使用简单方便。

同时，控制模块根据材质信息，控制电机带动主动轮转动，主动轮通过环形带带动从动轮转动，让环形带更换不同的预设标线，通过不同的预设标线来衡量不同卷材的材质信息，提高卷材纠偏检测的准确性。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：包括预设模块、图像采集模块、控制模块、描边显示模块和对比模块，所述预设模块用于限定卷材未偏移的预设标线，所述图像采集模块用于获取卷材进入目标辊段的图像信息，所述控制模块获取图像信息传送至描边显示模块，所述描边显示模块对图像信息中的卷材图像边沿进行描摹，所述控制模块获取描摹边沿后的图像信息发送至对比模块，所述对比模块对图像信息中的描摹边沿与预设标线进行对比，所述对比模块在描摹边沿与预设标线重合时向控制模块反馈重合信号，所述对比模块在描摹边沿偏移开预设标线时向控制模块反馈用于卷材纠偏的偏移信号；

还包括材质模块和衬底模块，所述材质模块用于向控制模块发送卷材的材质信息，所述材质信息包括透明材质和遮挡材质，所述控制模块根据材质信息控制衬底模块对卷材的图像信息进行衬底，所述衬底模块包括反色底板和动力机构，所述动力机构带动反色底板进行移动，所述控制模块在材质信息为透明材质时控制动力机构带动反色底板更换衬底。

2.根据权利要求1所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：所述图像采集模块包括曝光单元和多个激光单元，所述曝光单元用于选择曝光方式，所述曝光方式包括自动曝光和手动曝光，所述激光单元用于将光斑投射至一点上进行图像信息采集的对焦。

3.根据权利要求1所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：还包括背景模块，所述背景模块用于根据卷材材料选择背景光颜色，所述背景光颜色的对应关系是彩色对应白色光、单色对应绿色光、单色对应红色光和单色对应蓝色光。

4.根据权利要求1所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：还包括图像预处理模块，所述图像预处理模块包括去噪单元、容差单元和阈值单元，所述去噪单元用于对采集的图像信息进行滤波降噪处理，所述容差单元用于调整采集的卷材图像信息的允许误差，所述阈值单元用于调整跟踪算法灰度二值化处理的阈值位置。

5.根据权利要求1所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：还包括距离模块、纠偏预警报警模块，所述控制模块获取描摹边沿后图像信息中的偏移方向，所述距离模块用于测量卷材偏移预设标线的角度偏移量，所述纠偏预警报警模块用于检测卷材纠偏的有效性，所述纠偏预警报警模块在卷材纠偏失效时预警报警。

6.根据权利要求1所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：所述材质模块从图像信息中识别得到材质信息，所述材质模块用于检测卷材纠偏的方式并向控制模块发送材质信息。

7.根据权利要求1所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：所述预设标线包括第一预设标线和第二预设标线，所述控制模块根据材质信息控制预设模块选择第一预设标线或第二预设标线。

8.根据权利要求7所述的基于图像的卷材纠偏检测系统，其特征在于：所述预设模块包括循环机构和环形带，所述环形带环绕在循环机构上，所述环形带上固设有第一预设标线和第二预设标线，所述第一预设标线和第二预设标线的长度均为环形带的二分之一。

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