CN202221415U - 宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统；包括支架，图像采集和处理模块、网络传输模块、中央控制模块、照明模块；所述图像采集和处理模块包括图像传感器和图像处理计算机；所述中央控制模块包括控制终端的中央控制计算机；所述支架设有横梁；所述图像传感器为工业用高精度线阵CCD相机，所述CCD相机设于纸张上方的横梁上；所述图像处理计算机使用双端口网卡；所述中央控制模块还包括数据库服务器，I/O接口装置；所述照明模块采用LED红色条形光源；所述支架的纸辊的辊轴上设有旋转编码器；在传动侧的滚轴和光源之间的设有打标器；所述横梁上设报警装置；对宽幅面纸张进行完全在线检测，检测精度高、面积大，实时性强。

Description

宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统

技术领域

本实用新型涉及工业检测和机器视觉技术领域，尤其涉及宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统。 

背景技术

纸张表面缺陷在线检测属于机器视觉技术在工业检测领域的应用。纸张表面缺陷又称为纸病，根据图像灰度情况可将纸病分为高对比度纸病和低对比度纸病，常见的纸病主要包括孔洞，亮斑，暗斑，褶皱等。传统的依靠人工肉眼检测不能保证对纸张表面缺陷完全检测。一方面，人工检测具有很大的不稳定性、不可靠性和非标准性；另一方面，人眼无法实现高速生产时的在线缺陷检测，检测精度也没有保证。因此，研究开发一种不依靠人工目视检查的纸张表面缺陷检测系统，实现对纸病在线、快速、高精度的自动检测具有重要应用价值。机器视觉是通过光学装置和非接触的传感器自动接收和处理一个物体的图像，以获得所需信息或用于控制的装置。机器视觉技术将计算机的快速性、可靠性，结果的可重复性与人类视觉的高度智能化结合起来，以其自动化、客观、非接触和高精度的特点在众多工业生产领域取得了广泛的应用。应用机器视觉技术对纸张表面缺陷进行智能化自动检测，可以提高检测效率和精度，同时显著提高生产效率和生产过程的自动化程度。目前的纸病在线检测系统具有以下缺陷： 

1.检测精度低，检测面积小，实时性差； 

2.不能对宽幅面纸张进行100％的完全在线检测。 

实用新型内容

本实用新型就是为了解决检测精度低，检测面积小，实时性差，不能对宽幅面纸张进行100％的完全在线检测的问题，提供了一种宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统；该系统可以嵌入在造纸生产线，对宽幅面纸张进行100％的完全在线检测，检测精度高，检测面积大，实时性强。 

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

一种宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，包括支架，图像采集和处理模块、网络传输模块、中央控制模块、照明模块，所述模块为电连接；所述图像采集和处理模块包括图像传感器和图像处理计算机；所述中央控制模块包括控制终端的中央控制计算机。 

所述图像传感器为工业用高精度线阵CCD相机，所述CCD相机设于纸张上方的横梁上。 

所述网络传输模块采用千兆以太网搭建数据传输网络。 

所述中央控制计算机、千兆网交换机和图像处理计算机组成小型局域网。 

所述图像处理计算机使用双端口网卡，所述双端口网卡的一端口与线阵CCD线阵相机接口相连，另一端口与千兆网交换机连接。 

所述中央控制模块还包括数据库服务器，I/O接口装置；所述控制终端还包括显示器，打印机。 

所述照明模块采用LED红色条形光源，直流供电方式，所述LED红色条形光源位于被测纸张的下方。 

所述支架的纸辊的辊轴上设有旋转编码器。 

在传动侧的滚轴和光源之间设有打标器。 

所述横梁上设报警装置，所述报警装置包括有不同颜色的灯和喇叭。 

下面结合具体结构说明该系统的组成和工作原理：多个高精度线阵CCD相机按纸幅横向排列，安放于相机横梁中，横梁可在垂直平面上下移动。相邻相机的视野有重合，以完全覆盖需扫描区域。线阵CCD相机接口基于GigE Vision标准，所以相机和图像处理计算机可以很方便的通过千兆以太网连接，千兆以太网具有传输高带宽(1000Mbps)，传输距离远(无中继传输100米)的特点，可保证采集的海量图像实时传输，进而保证了系统的实时性；同时图像处理计算机可以放置在远离生产现场的监控室中，避免恶劣生产环境对机器的影响。图像处理计算机中安装有纸病检测软件，对图像数据进行处理，检测出表面缺陷的位置、大小等信息，并将这些信息上传至中央控制计算机。 

中央控制计算机通过网络和图像处理计算机、数据库服务器相连，用户通过友好的人机交互界面可方便地控制系统的运行。中央控制计算机对从各采集处理节点获取的纸病信息分类汇总，显示并存储；向各采集节点下发采集命令和检测参数；控制相机的采集频率，实现相机间的同步采集；依据图像灰度值，调节光源的亮度。 

图像处理计算机经由交换机和中央控制计算机连接，组成一个小型局域网，中央控制计算机通过网络发出命令和接收处理结果。由于要求的检测精度和实时性高，单台计算机不能实时处理海量的图像数据，因此线阵CCD相机和图像处理器的连接方式采用单相机单处理器方式，即相机阵列和图像处理计算机组之间采用一对一的方式进行连接和数据处理。此时图像处理计算机中安装有双端口千兆网卡，一个端口接线阵CCD相机，另一个端口接交换机。双端口网卡的使用使线阵CCD相机向图像处理计算机传输的图像与中央控制计算机向图像处 理计算机下发的命令分离，避免形成冲突域，保证了数据和命令的实时传输。 

系统初始化时，应用软件会自动查找网络中已连接的线阵CCD相机，用户可以根据实际情况选择需要的相机。开始检测图像时，中央控制计算机通过以太网广播启动信号和检测参数(检测纸病类型，检测精度，检测纸病大小范围等)，各图像处理计算机接收信号后控制对应相机以相同的参数同步开始采集图像；检测过程中，中央控制计算机接收各处理节点上传的纸病信息和纸病图像，在监视屏幕上实时显示，并存储于数据库中；检测完成时，中心计算机再通过以太网广播结束信号，各图像处理计算机控制对应相机停止。此外，在离线或在线状态下，用户都可以查询纸病的历史信息，打印质量报表，设置系统的参数等。 

图像处理计算机接收中央控制计算机的指令完成检测参数的设置，在接收到开始采集指令时，各图像处理计算机控制相应的线阵CCD相机采集图像，进行图像处理。在检测出缺陷时，向中央控制计算机发送缺陷图像和纸病信息，并发出报警。 

旋转编码器安装在纸辊的辊轴上，随着滚轴转动能精确输出脉冲信号。中央控制计算机中的数据采集卡接收编码器的脉冲信号，计算出纸机车速，根据车速配置线阵CCD相机外同步模式下的控制信号，使得相机的行拍摄频率与车速保持一致，避免图像采集失真。 

报警装置包括有4种颜色的灯和1只喇叭，可设置成对应不同的纸病进行报警，给操作员以明显的提示，其安装在相机横梁上方。打标器安装在传动侧的滚轴和光源之间。打标器按照系统设置的纸病种类在纸边上做标记。复卷或切纸时，在纸卷的端部即可看到纸病的位置，根据要求进行切除。 

LED光源位于被测纸张的下方，提供背光照明，可根据实际光线强度，由系统自动调节光源强度。 

在稳定的光源照明下，被测纸张在相机和光源之间高速通过。当有缺陷通过相机下方时，会导致进入相机的光强发生改变，反映在相机采集的图像上就是灰度值的改变，用图像处理算法来检测这种灰度变化从而实现缺陷检测的目的。本系统采用分布式的C/S结构，由多个采集处理节点完成对整个幅面的全扫描处理，用一个中央控制计算机完成人机交互、缺陷统计、质量分级、采集信号控制、打标控制、数据汇总和分析以及实现对各处理模块的控制。各采集处理节点分别对各自从高精度线阵CCD相机采集到的图像进行处理，完成缺陷检出的任务，并将缺陷数据实时发送给中央控制计算机。各个采集处理节点和中央计算机之间通过千兆以太网相连，保证数据的可靠、快速传送。在纸辊的一端装有旋转编码器，测量纸机的车速并输出脉冲信号，为高精度线阵CCD相机提供扫描控制信号，保证多相机采集的同步。 

本实用新型的有益效果是：1.该系统可满足宽幅、高速的纸张表面缺陷的检测，具有检 测精度高，检测面积大，实时性强，鲁棒性高的特点； 

2.可在生产过程中实现在线检测，包括缺陷的位置记录、几何尺寸的计算以及对其进行分类，有效识别孔洞、暗斑、亮斑、褶皱等常见纸病； 

3.系统的检测精度和速度可以按照要求进行硬件配置，只需对系统中的相关参数进行设定，便可达到要求； 

4.系统采用星型网络拓扑结构，采集处理节点易于扩展，可根据纸张幅宽和检测精度灵活调整相机的个数。 

附图说明

图1为本实用新型宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统的检测系统结构示意图； 

图2为本实用新型宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统的检测系统原理框图。 

其中：1.LED光源，2.高精度线阵CCD相机，3.横梁，4.千兆以太网，5.图像处理计算机，6.千兆网交换机，7.中央控制计算机，8.数据库服务器，9.报警装置，10.打标器，11.编码器，12.显示器，13.打印机，14.I/O接口装置，15.纸张生产线，16.支架。 

具体实施方式

下面结合附图与实例对本实用新型做进一步说明。 

如图1，2所示，一种宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，包括支架16，图像采集和处理模块、网络传输模块、中央控制模块、照明模块，该系统与纸张生产线15衔接；所述图像采集和处理模块包括图像传感器和图像处理计算机5；所述中央控制模块包括控制终端的中央控制计算机7；所述支架16设有横梁3。所述图像传感器为工业用高精度线阵CCD相机2，所述CCD相机2设于纸张上方的横梁3上。所述网络传输模块采用千兆以太网4搭建数据传输网络。所述中央控制计算机7、千兆网交换机6和图像处理计算机5组成小型局域网。所述图像处理计算机5使用双端口网卡，所述双端口网卡的一端口与线阵CCD线阵相机接口相连，另一端口与千兆网交换机6连接。所述中央控制模块还包括数据库服务器8，I/O接口装置14；所述控制终端还包括显示器12，打印机13。所述照明模块采用红色条形LED光源1，直流供电方式，所述LED红色条形光源位于被测纸张的下方。所述支架16的纸辊的辊轴上设有旋转编码器11。在传动侧的滚轴和光源之间的设有打标器10。所述横梁3上设报警装置9，所述报警装置9包括有不同颜色的灯和喇叭。 

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (9)

1.一种宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，包括支架，图像采集和处理模块、网络传输模块、中央控制模块、照明模块，所述模块为电连接；所述图像采集和处理模块包括图像传感器和图像处理计算机；所述中央控制模块包括控制终端的中央控制计算机。

2.如权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述图像传感器为工业用高精度线阵CCD相机，所述支架设有横梁，所述纸张上方的横梁上设有相机；所述横梁上设报警装置，所述报警装置包括有不同颜色的灯和喇叭。

3.如权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述网络传输模块采用千兆以太网搭建数据传输网络。

4.如权利要求3所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述中央控制计算机、千兆网交换机和图像处理计算机组成小型局域网。

5.如权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述图像处理计算机使用双端口网卡，所述双端口网卡的一端口与线阵CCD线阵相机接口相连，另一端口与千兆网交换机连接。

6.如权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述中央控制模块还包括数据库服务器，I/O接口装置；所述控制终端还包括显示器，打印机。

7.根据权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述照明模块采用LED红色条形光源，直流供电方式，所述LED红色条形光源位于被测纸张的下方。

8.如权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，所述支架的纸辊的辊轴上设有旋转编码器。

9.如权利要求1所述的宽幅面纸张表面缺陷在线检测系统，其特征是，在传动侧的滚轴和光源之间设有打标器。

Images