CN110987148A - 基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，包括图像获取单元、交换机、图像采集器、图像处理器和标签，被测所述的织针相配合的置于图像获取单元的图像获取视野内，所述图像获取单元的图像获取视野内对应织针设置有若干标签，所述图像获取单元与交换机相连接，所述交换机与图像采集器相连接，所述图像采集器与图像处理器相连接。采用上述技术方案，将高速摄像机运用于针织机进行织针振动状态的检测属于行业首创，通过高速摄像机的应用，可获取高清视频，大大提高了振动检测的精度。

Description

基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统及方法

技术领域

本发明涉及针织机技术领域，具体指一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统及方法。

背景技术

织针作为针织机上的成圈部件，由钢丝或者钢带经机械加工制成，用于把纱线编织成线圈并使线圈串套连接成针织物。随着针织机机速的提高，织针受到三角的冲击力增加，容易引起织针振动，容易损坏针踵和针头。然而，由于织针的体型非常的细小，在针织机高速的运行状态下，很难观察到织针是否损坏，从而容易出现漏针和断针的现象，导致废品的产生，影响整批产品的质量，因此，对织针是否损坏进行检测是十分必要的。

中国专利公开了名称为：检测针织机断针的一种方法及其装置，申请号为：200610036411.1，发明人为：赖海军，该技术方案是在针织机使用过程中通过提取进入针织机前的振动信号，当出现断针时会出现振动，将该振动信号转换为针织机停机的停机信号，从而实现对针织机断针的自动检测。

上述技术方案中，通过振动传感器对织针的运行进行检测，检测织针是否存在振动的现象。然而，针织机的运行速度不断提高，在运行过程中，织针的细微振动很难通过振动传感器检测到，另外，大量织针同时短距离的反复运行，容易出现错误的检测情况，并且很难快速找到损坏的织针。并且通过振动传感器的运用，只能检测到织针是否振动，而无法织针的运行速度的变化，检测精度有限，由此可知，检测的精度非常底，无法实现断针和漏针的精确检测，尤其是无法适用目前高速运行的针织机。

因此研究织针振动状态优化三角结构来减小其振动成为目前针织机械重要的研究方向，为优化三角曲线提供理论依据，为此发明一种基于图像处理的织针振动检测控制系统。

现有织针振动检测问题难点：

1、织针处于运动状态，常见激光测振，红外测距无法实时跟踪

2、织针属于微小尺寸机构，常见的压电陶瓷传感器无法贴于织针表面进行直接测量

3、当织针在圆纬机上运动时，其运动轨迹更为复杂，传统测振方式无法实现织针的振动测量问题。但是织针振动特性的检测对提高针织机故障检测准确率以及提高针织机的运行速度至关重要。

发明内容

本发明根据现有技术的不足，提出一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，包括图像获取单元、交换机、图像采集器、图像处理器和标签，被测所述的织针相配合的置于图像获取单元的图像获取视野内，所述图像获取单元的图像获取视野内对应织针设置有若干标签，所述图像获取单元与交换机相连接，所述交换机与图像采集器相连接，所述图像采集器与图像处理器相连接。

作为优选，所述图像获取单元包括第一摄像机、第二摄像机、第一可调光源、第二可调光源，所述织针置于第一摄像机、第二摄像机、第一可调光源、第二可调光源的视野内，所述第一摄像机通过第二总线连接至交换机，所述第二摄像机通过第一总线连接至交换机，所述交换机通过第三总线与图像采集器相连接。

作为优选，所述第一可调光源和第二可调光源分别连接有第一光源控制器和第二光源控制器。

作为优选，所述第一摄像机、第二摄像机均为高速摄像机，所述第一摄像机、第二摄像机的拍摄帧率至少为100帧/秒，且分辨率至少为800*640。

作为优选，所述第一摄像机、第二摄像机之间的夹角为60°-120°。

作为优选，所述图像获取单元还包括第一三脚架、第二三脚架、第三三脚架和第四三脚架，所述第一可调光源、第二可调光源分别安装在第三三脚架和第四三脚架上，第一三脚架、第二三脚架上分别安装有第一云台和第二云台，所述第一摄像机、第二摄像机分别安装在第一云台和第二云台上。

作为优选，所述第一云台和第二云台均可进行360°自由旋转。

本发明公开了一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测方法，步骤包括：

S00：调节被测织针的环境光线，调节光圈的大小、调节焦距大小并通过高速摄像机获取清晰的视频信息；

S01：通过图像采集器采集高速摄像机拍摄到的视频信息，并导入至图像处理器；

S02：通过图像处理器预设定镜头实际的焦距和拍摄帧率；

S03：在图像处理器中选定4至6个标签上的点，作为标定的基准点，再将各个点之间的实际距离录入图像处理器中，并设定笛卡尔二维或者三维坐标系；

S04：选取织针上任意一点，逐帧播放，抓取每一帧的运动状态，直至视频播放完毕。

S05：分析处理织针上特定点的位移、速度、加速度以及振动频率，最终分析得到被测织针在三维坐标上每个方向上的振动状态。

本发明具有以下的特点和有益效果：

采用上述技术方案，将高速摄像机运用于针织机进行织针振动状态的检测属于行业首创，通过高速摄像机的应用，可获取高清视频，大大提高了振动检测的精度；

能够通过高清摄像机对所有织针的运行进行拍摄，从而同时对所有织针的振动进行检测，当出现异常时，能够及时找出相对应的织针并进行维修，大大提供了工作效率；

当织针运行异常时，织针运行的速度、加速度和振动频率均会出现异常，通过高清摄像机的应用，能够及时检测出，进而进行停机维修，大大降低了因为织针运行异常造成的损失；

采用多个高速摄像机进行织针运动状态的检测可实现织针三维空间振动特性的捕捉，在x,y,z三个方向的振动特性都能进行捕捉，为织针故障问题进行实时的预判和诊断，进一步提高的检测的精度，并且能够及时给出反应；

在整个视频获取和检测过程中，均未与针织系统进行任何接触，无需改变针织机原有结构，因此不会对针织机正常运行带来另外误差；

当只需要观察织针二维空间的振动状态时，只需保留本系统中的一个高速摄像机即可，各个相机组件通过总线与交换机即可简单接入本系统，易裁剪，易移植，为针织机客户提供定制化的选择，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的原理示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，如图1所示，包括图像获取单元、交换机21、图像采集器17、图像处理器18和标签22，所述织针11相配合的置于图像获取单元的图像获取视野内，所述图像获取单元的图像获取视野内对应织针11设置有若干标签22，所述图像获取单元与交换机21相连接，所述交换机21与图像采集器17相连接，所述图像采集器17与图像处理器18相连接。

上述技术方案工作原理，被测的织针11受迫振动，将图像获取单元放置于合适的位置，保证织针11在图像获取单元获取图像的视野范围之内，另外，在被测的织针11周围贴上多个标签22，并测量标签22之间的距离。在图像采集器17中设置拍摄帧率和分辨率大小。使织针在正常工况下工作，在图像采集器17中设置触发类型，当图像采集器17触发开启之后，整个图像获取单元开始工作，采集织针11整个过程中的振动状态。当整个振动过程采集完毕之后，将采集到的视频，在图像采集器中截取拍摄效果良好的部分传输到图像处理器18中。

其中，图像采集器17为采用安装了德国hsvision公司的Visart图像采集软件的计算机或者工作站，其使用的接口为GigE千兆网线。

另外，图像处理器18为采用安装了瑞典型号为TEMA的高速图像分析软件的计算机或者工作站，其可以与图像采集器17共用一台计算机或者工作站，也可以分别使用一台计算机或者工作站。

可以理解的，标签22贴敷在织针11周围的第三方设备上，作为一个参照物使用，并且不同标签22必须贴敷在不同水平高度。从而通过织针11对应标签22的不同位置，判断织针速度、加速度以及振动频率，最终分析得到被测织针振动的振动状态，并输出织针速度、加速度以及振动频率的曲线。

当织针的运行状态下，出现异常，那么织针运行的速度、加速度和振动频率都会出现明显的异常，因此通过曲线的变化，能够清晰的判断织针是否损坏，或运行异常，从而能够及时停止设备，并对其进行维修，能够将损失降到最低。

具体的，所述图像获取单元包括第一摄像机1、第二摄像机4、第一可调光源7、第二可调光源8，所述织针11置于第一摄像机1、第二摄像机4、第一可调光源7、第二可调光源8的视野内，所述第一摄像机1通过第二总线15连接至交换机21，所述第二摄像机4通过第一总线14连接至交换机21，所述交换机21通过第三总线16与图像采集器17相连接。

上述技术方案中，织针11受迫振动，将第一摄像机1和第二摄像机4放置于合适的位置，保证织针11在第一摄像机1和第二摄像机4的视野范围之内；另外，增设第一可调光源7和第二可调光源8，从而给织针11进行不光，从而确保第一摄像机1和第二摄像机4获取视频的清晰度。

进一步的，所述第一可调光源7和第二可调光源8分别连接有第一光源控制器12和第二光源控制器13。通过第一光源控制器12和第二光源控制器13分别对第一可调光源7和第二可调光源8的照射亮度进行调节，从而进一步确保第一摄像机1和第二摄像机4获取视频的清晰度。

进一步的，所述第一摄像机1、第二摄像机4均为高速摄像机，通过两个高速摄像机相配合获取视频信息。

优选所述第一摄像机1、第二摄像机4的拍摄帧率至少为100帧/秒，且分辨率至少为800*640。从而能够确保获取视频信息的清晰度，确保织针11振动状态的精度。

可以理解的，第一摄像机、第二摄像机的拍摄只要织针运动图片清晰即可，因此拍摄的帧率和分辨率越高图片越清晰，效果越好。

具体的，高清摄像机每拍摄一张图片都能清晰显示织针11相对标签22所在的位置，从而根据相邻拍摄的两张图片中织针11的位移变化，即可得知固定时间内织针的位移数据，从而通过速度公式可计算得到织针11振动的速度和加速度以及振动频率，根据获得的速度和加速度以及振动频率的数据能够得到相应的曲线图，由于织针11的运行受到应力的作用，当织针11的运行出现异常时，织针受到的应力会出现变化，随之速度和加速度以及振动频率的数值也会有明显的变化，那么通过曲线图能够清晰的了解到，织针运行是否异常。

另外，高清摄像头能够同时获取所有织针11的运行画面，那么就能同时对所有织针的振动进行检测，当任一织针11运行出现异常均能及时的发明，并且针对性的及时进行维修，大大提高了工作效率。

可以理解的，第一摄像机1和第二摄像机4分别安装有第一镜头19和第二镜头20。第一镜头19和第二镜头20的焦距和光圈均为可调节的，优选，选取型号为100mm f/2.8D的两个镜头。

可以理解的，为了确保图像处理器18对获取图像中织针11的位移情况，即振动状态的准确性，图像处理器18中应相对应输入焦距数据和光圈型号，例如，优选，选取型号为100mm f/2.8D的两个镜头，那么图像处理器18中需要输入型号为100mm f/2.8D的数据。

其中，优选第一摄像机1、第二摄像机4之间的夹角为60°-120°。在该角度下，第一摄像机1、第二摄像机4能够获取最清晰的图像。

进一步的，所述图像获取单元还包括第一三脚架3、第二三脚架6、第三三脚架9和第四三脚架10，所述第一可调光源7、第二可调光源8分别安装在第三三脚架9和第四三脚架10上，第一三脚架3、第二三脚架6上分别安装有第一云台2和第二云台5，所述第一摄像机1、第二摄像机4分别安装在第一云台2和第二云台5上。所述第一云台2和第二云台5均可进行360°自由旋转。

上述技术方案的设置，能够根据实际情况，随意调节第一摄像机、第二摄像机、第一可调光源、第二可调光源的高度和角度，从而能够获取清洗的视频信息，进而能够确保振动检测的精度。

实施例2

本实施例2公开了一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测方法，步骤包括：

S00：调节被测织针的环境光线，调节光圈的大小、调节焦距大小并通过高速摄像机获取清晰的视频信息；

S01：通过图像采集器采集高速摄像机拍摄到的视频信息，并导入至图像处理器；

S02：通过图像处理器预设定镜头实际的焦距和拍摄帧率；

S03：在图像处理器中选定4至6个标签上的点，作为标定的基准点，再将各个点之间的实际距离录入图像处理器中，并设定笛卡尔二维或者三维坐标系；

S04：选取织针上任意一点，逐帧播放，抓取每一帧的运动状态，直至视频播放完毕。

S05：分析处理织针上特定点的位移、速度、加速度以及振动频率，最终分析得到被测织针在汕尾坐标上每个方向上的振动状态。

可以理解的，织针上的特定点可以任意选择和预定，该点即织针上固定的某一点，该特定点不随织针的位置变化而变化。

可以理解的，不同的标签必须贴敷在不同的水平高度。

优选，当织针在不运行的状态下，该特定点的选择与标签处于同一高度。

本实施例，当只需要观察织针二维空间的振动状态时，只需保留本系统中的一个高速摄像机即可，各个相机组件通过总线与交换机即可简单接入本系统，易裁剪，易移植，为针织机客户提供定制化的选择，节约成本。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于，步骤S03：在图像处理器中选定4至6个标签上的点，作为标定的基准点，再将各个点之间的实际距离录入图像处理器中，并设定笛卡尔三维坐标系。

本实施例，采用多个高速摄像机进行织针运动状态的检测可实现织针三维空间振动特性的捕捉，在x,y,z三个方向的振动特性都能进行捕捉，为织针故障问题进行实时的预判和诊断。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，其特征在于，包括图像获取单元、交换机(21)、图像采集器(17)、图像处理器(18)和标签(22)，被测的所述织针(11)相配合的置于图像获取单元的图像获取视野内，所述图像获取单元的图像获取视野内对应织针(11)设置有若干标签(22)，所述图像获取单元与交换机(21)相连接，所述交换机(21)与图像采集器(17)相连接，所述图像采集器(17)与图像处理器(18)相连接。

2.根据权利要求1所述的基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，其特征在于，所述图像获取单元包括第一摄像机(1)、第二摄像机(4)、第一可调光源(7)、第二可调光源(8)，被测的所述织针(11)置于第一摄像机(1)、第二摄像机(4)、第一可调光源(7)、第二可调光源(8)的视野内，所述第一摄像机(1)通过第二总线(15)连接至交换机(21)，所述第二摄像机(4)通过第一总线(14)连接至交换机(21)，所述交换机(21)通过第三总线(16)与图像采集器(17)相连接。

3.根据权利要求1所述的基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，其特征在于，所述第一可调光源(7)和第二可调光源(8)分别连接有第一光源控制器(12)和第二光源控制器(13)。

4.根据权利要求2所述的基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，其特征在于，所述第一摄像机(1)、第二摄像机(4)均为高速摄像机，所述第一摄像机(1)、第二摄像机(4)拍摄的帧率至少为100帧/秒，且分辨率至少为800*640。

5.根据权利要求2所述的基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，其特征在于，所述图像获取单元还包括第一三脚架(3)、第二三脚架(6)、第三三脚架(9)和第四三脚架(10)，所述第一可调光源(7)、第二可调光源(8)分别安装在第三三脚架(9)和第四三脚架(10)上，第一三脚架(3)、第二三脚架(6)上分别安装有第一云台(2)和第二云台(5)，所述第一摄像机(1)、第二摄像机(4)分别安装在第一云台(2)和第二云台(5)上。

6.根据权利要求7所述的基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测系统，其特征在于，所述第一云台(2)和第二云台(5)均可进行360°自由旋转。

7.一种基于图像示踪点动态跟踪分析的织针振动检测方法，其特征在于，步骤包括：

S00：调节被测织针的环境光线，调节光圈的大小、调节焦距大小并通过高速摄像机获取清晰的视频信息；

S01：通过图像采集器采集高速摄像机拍摄到的视频信息，并导入至图像处理器；

S02：通过图像处理器预设定镜头实际的焦距和拍摄帧率；

S03：在图像处理器中选定4至6个标签上的点，作为标定的基准点，再将各个点之间的实际距离录入图像处理器中，并设定笛卡尔二维或者三维坐标系；

S04：选取织针上任意一点，逐帧播放，抓取每一帧的运动状态，直至视频播放完毕；

S05：分析处理织针上特定点的位移、速度、加速度以及振动频率，最终分析得到被测织针在三维坐标上每个方向上的振动状态。

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