TW201632687A - 用於識別在編織繩線中的缺陷之檢查系統 - Google Patents

Abstract

用於識別編織繩線中的缺陷並在編織機器的編織製程中修正彼等的檢查系統，其包含電腦影像擷取裝置及使用者界面，該影像擷取裝置包含：複數個影像擷取裝置，被配置於不同的角度探測編織繩線；複數個發光源，180度相對於該複數個影像擷取裝置，用於擷取背光影像；包含影像處理系統及儲存系統的工業電腦被配置以取得藉由影像擷取裝置擷取的影像和分析，由此來自動化辨識繩線中的缺陷或不規則，藉由分析每個影像中繩線的視直徑；控制器操作地連接處理系統以至於當一個缺陷被偵測到後，該控制器輸出一個停止訊號到處理系統，停止編織過程，以啟動逆向編織過程用於解編織繩線至缺陷點和修正該缺陷和不規則，然後重啟開始編織操作。

Description

用於識別在編織繩線中的缺陷之檢查系統

本說明書係關於一種在連續編織過程中，用於偵測編織繩線內的缺陷之檢查系統；更特別地，本說明書係關於一種於編織點後立即偵測編織繩線內的缺陷之檢查系統，以至於當不規則出現時，編織機將停止以重製缺陷並重啟操作。

目前編織材料諸如繩線、繩索、套子和電線套管被用於不同應用諸如熱氣球和降落傘。在這些應用中，該編織材料必須提供零製造的缺陷，以實現長距離無缺陷之細長材料編織的需求。此材料編織係藉由一種稱作編織機的機器所執行。有許多操作條件會造成編織缺陷諸如斷線、雜質、一條或多條線的不規則張力，和纖維分離。在實際情形中，要確保繩線的連續編織過程中沒有缺陷被發現是不可能的。因此，減少缺陷的出現及減少浪費的最佳策略為在編織時持續地檢查繩線。

然而，先前的技藝中並無在編織時有能力偵測缺陷的 編織系統，藉由停止編織機以重製缺陷和重啟操作以校正缺陷。在這種意義上，在該技藝的領域中，只有離線繩線檢查系統已被發現，意即，檢查是在機器完成細長材料的編織後執行。這種系統的缺點為不允許編織過程中對缺陷校正。在檢查到缺陷的狀況下，包含缺陷的片段必須切除及丟棄，原料及完成品之龐大的浪費將導致經濟的損失。

同樣地，在先前的技藝中，有用於編織機的停止系統，該編織機執行用於確認當細線之一積累成繩線斷裂之機械設備。然而，這些細線存在感應器只能確認編織品中產生缺陷的數種狀況之一。

基於上述，先前技藝中美國專利申請案案號2014/0036061 A1揭示一種用於檢查織布機之系統和方法，然而該系統只能藉單一成像裝置偵測部分纖維平坦表面的織品中之不規則。該文件揭示之偵測系統只可應用於編織織物，諸如服飾。評估局部編織品特性，但不分析產品的維度，用於偵測圓柱狀或相似的幾何形狀之編織品(諸如繩線)中之不規則，是沒有效率的。同樣地，雖然藉文件US 2014/0036061 A1所揭示之系統包含一種當其偵測到織物中臨界缺陷後停止操作之系統；然而，該系統並無藉由回復編織過程以校正任何發現的缺陷的裝配，因此當織物完成，其將無法被復舊。如文件中所描述，編織機的停止僅用於調整機器的操作參數以至於往後的織物將不會含有相同的缺陷。

因此，先前的技藝需要用於編織細繩的系統，具有能 力鑑別缺陷，該缺陷在線地連接智慧型系統支援的電腦顯像，包含用於影像處理及分析的影像擷取裝置及演算法，藉由識別編織中的錯誤，提供無缺陷的長距離編織，啟動伴隨著解編織操作的停止程序，並重新啟動編織過程。

[技術目標]

因此現今發明的目標為提供一種檢查系統，該檢查系統使用電腦顯像以識別編織繩線中之缺陷並內聯至編織機以修正彼等。

該發明的另一目標為提供一種用於識別繩線中的缺陷之檢查系統，該檢查系統令長距離繩線之製造不具缺陷或製造中的缺陷。

該發明的另一目標為提供一種用於識別繩線中的缺陷之檢查系統，該檢查系統在偵測到缺陷的情況下，將令編織過程停止，反轉過程及校正缺陷，並隨後地重啟編織過程。

現今的發明仍然有一長遠地目標以提供一種用於識別繩線中的缺陷的檢查系統，該檢查系統在操作時無需引進任何檢查編織品之規格。

該發明的長遠目標為提供一種識別繩線中的缺陷之檢查系統，該檢查系統對明顯缺陷(諸如線頭斷裂)，和隱微缺陷(諸如包含編織物的線之張力缺乏一致性)皆敏感。

又現今發明的目標為提供一種識別編織繩線中的缺陷 之檢查系統使材料浪費最小化。

現今發明的仍有長遠的目標為提供用於識別編織繩線中的缺陷之檢查系統，該檢查系統考慮缺陷之尺寸(該尺寸建立於每個缺陷的長度及大小之上)。

該目標與其餘目標藉由一種用於識別編織繩線中的缺陷之檢查系統所達成，該檢查系統能夠執行編織機中機器停止機制、機器逆向啟動及重啟編織過程。該系統包含：使用者界面，現今發明的較佳實施態樣為觸控監測器，該監測器設定變數及系統參數；複數個影像擷取裝置，稱作攝像機，環狀地安排在編織繩線周圍，被配置以觀測不同角度的編織繩線；複數個發光源，約180度相對於該複數個攝像機以至於被攝像機擷取的影像為背光；處理單元操作地連接複數個攝像機和發光源，執行影像處理及分析，該影像係藉每個攝像機擷取以自動化識別繩線中的缺陷或不規則；配置儲存單元以儲存識別的缺陷資訊，該資訊包括藉每個複數攝像機所獲得的影像。該檢查系統更包含控制器操作地連接至編織機的控制系統，以至於當產品中的缺陷或不規則被偵測，該控制器輸出警告訊號並產生停止訊號。該訊號停止機器及編織過程以開啟逆向程序以解編織繩線和校正缺陷或不規則，然後重啟編織過程。因此，在繩線全長無缺陷的編織過程可以被達成。

1000‧‧‧檢查系統

1100‧‧‧影像擷取裝置

1110A‧‧‧攝像機

1110B‧‧‧攝像機

1110C‧‧‧攝像機

1110‧‧‧攝像機

1120‧‧‧發光源

1130‧‧‧視場

1130A‧‧‧視場

1130B‧‧‧視場

1130C‧‧‧視場

1200‧‧‧電腦

1220‧‧‧處理單元

1240‧‧‧儲存單元

1300‧‧‧使用者界面

1400‧‧‧控制器

2000‧‧‧編機織

2100‧‧‧線軸

2110‧‧‧細長材料

2200‧‧‧線軸

2210‧‧‧細長材料

2231‧‧‧停止訊號

2300‧‧‧編織點

3000‧‧‧繩線

第1圖為現今發明之用於識別編織繩線中缺陷的檢查系統之示意圖。

第2圖為影像擷取裝置之示意圖。

第3圖為影像擷取裝置的環狀排列之示意圖。

第4A-4E圖展示不同形態的缺陷，此等缺陷係藉現今發明用於識別編織繩線中的缺陷之檢查系統所偵測。

第5A-5E圖展示第4A-4E圖中影像的識別邊界。

第6圖為測定缺陷的尺寸之邊界及外緣之像素位置之圖像表示，該尺寸係建立在缺陷的大小及長度之上。

本說明書係關於一種用於識別編織繩線中的缺陷之檢查系統，該系統能夠執行編織機中機器停止機制、機器逆向啟動及重啟編織過程。該系統包含：使用者界面，現今發明的較佳實施態樣稱為觸控監測器，該監測器設定變數及系統參數；複數個影像擷取裝置，稱作攝像機，環狀地安排在編織繩線周圍，配置以觀測不同角度的編織繩線；複數個發光源，約180度相對於該複數個攝像機以至於被攝像機擷取的影像為背光；處理單元操作地連接複數個攝像機和發光源，執行影像處理及分析，該影像係藉每個攝像機擷取以自動化識別繩線中的缺陷或不規則；裝配儲存單元以儲存識別的缺陷資訊，該資訊包含藉每個複數攝像機所獲得的影像。該檢查系統更包含控制器操作地連接至 編織機的控制或停止系統，以至於當產品中的缺陷或不規則被偵測，該控制器輸出警告訊號及產生停止訊號。該訊號停止機器及編織過程以開啟逆向程序以解編織繩線和校正缺陷或不規則，然後重啟編織過程。於是，在繩線全長無缺陷的編織過程可以被達成。

執行識別編織繩線中的缺陷是藉由：藉上述攝像機擷取影像；計算和識別編織材料之界限及邊界；識別超出界限及上和下邊界的像素並計算缺陷的尺寸，該尺寸建立在每個識別的缺陷之大小及長度之上。

本說明書的複數個攝像機(該攝像機一致於電腦影像擷取裝置)係指照相及/或錄像的攝像機，該攝像機根據編織速率可執行連續的影像擷取，及其解析度提供影像細節，用於辨識識別的缺陷是必須的。

相同地，發光源為擴大之來源，具有大於繩線直徑的明顯的表面。無論編織品的材料或顏色，該光源之亮度顯著地高於藉周圍的光或其餘來源反射的繩線亮度。

現在，參考第1-3圖示意地表示現今發明中用於辨識編織繩線的缺陷之檢查系統之較佳設備結構，該設備結構通常編號為1000，用於編機織2000的使用。在這個意義上，只顯示直接參與檢查系統的此編織機的必要組件，因為在該技藝中，機器的部分之其餘組件為眾所皆知，對於專精於此技藝的人將是明白的。

此編織機2000實質上包含，驅動裝置(未顯示)，複數個提供細長材料2210及2110之線軸2100及2200， 並且安裝在具有可旋轉及平移移動之結構上，用於執行編織。線軸和環或編織點2300之移動之聯合作用共同形成編織繩線3000，該編織繩線被滑輪P運送至完成品容器(未顯示)。雖然兩個供運裝置或線軸2100和2200已圖示於第1圖，編織機之較佳配置結構可能包含三個或更多細長材料的供輸裝置。

參考第1和2圖，該檢查系統1000包含設定變數和系統參數之使用者界面1300；影像擷取裝置1100具有視場1130，鄰近配置在編織點2300，該影像擷取裝置具有偵測或辨識編織機中編織繩線3000內之缺陷或不規則的功能，該影像擷取裝置1100係由複數個攝像機1110及複數個發光源1120組成，該發光源1120以180度相反地配置於該複數個攝像機1110，以至於被複數個攝像機1110擷取的影像為背光擷取。該複數個攝像機1110和發光源1120環狀地排列於該編織繩線3000周圍以監測編織繩線3000和擷取不同角度的影像。

在第二圖的圖解中，詳細地顯示該複數個影像擷取裝置1100的配置結構，包含攝像機1110和發光源1120。該編織繩線3000位於攝像機1110和發光源1120之間。發光源1120均勻地照射延展的來源，該來源的表面覆蓋攝像機1110之全部視場1130。

雖然第3圖之較佳配置結構中，複數個攝像機及發光源係指三攝像機1110A、1110B及1110C和三發光源1120A、1120B及1120C，與其各自的視場1130A、1130B 及1130C，在本說明書之額外實施樣態中，該複數個攝像機及發光源可為五個攝像機和五個發光源，並不脫離本說明書之範疇。

再次參考第1圖，該較佳配置結構內之檢查系統1000更包含，工業電腦1200，該工業電腦操作地連接至使用者界面1300及該影像擷取裝置1100，用於取得及處理每個該攝像機1110所擷取的影像，並確認藉攝像機擷取的編織繩線3000之片段是否具有缺陷或不規則，假如有，該1400控制器發送停止、逆向及/或重啟機器以校正之。

該電腦1200配置以取得藉複數個攝像機1110擷取的影像。此外，該電腦1200包括影像處理單元1220，該單元被配置以處理及分析取得的影像和確認該使用者界面1300顯示的繩線3000中缺陷或不規則的存在，其中缺陷的確認係藉系統自動化地執行，藉分析繩線顯現的直徑，該直徑係藉複數個攝像機1110擷取的影像之每個屬於它的擷取片段，其中以影像為基礎的系統自動化地計算編織材料的界限及處理影像，該影像係建立在計算超出界限及邊界的像素之大小及長度之誤差的尺寸，被偵測到的誤差之尺寸將與系統提供的參數所提供的尺寸做比較(可容許的誤差比率或百分比)。雖然本說明書之較佳實施樣態中，該處理單元1220是電腦1200的部分且獨立於該攝像機1110，在替代的實施樣態中，每個複數攝像機1110具有影像處理裝置，該影像處理裝置可能結合至每個攝像 機；例如，當智慧型攝像機或具有處理能力的攝像機被使用。

同樣地，在替代的配置結構中，儲存單元1240可為電腦1200及攝像機1110之獨立裝置或元件。

在較佳配置結構中，該影像擷取裝置1100為複數個攝像機1110或區域或矩陣感測器，用以最小化在編織期間繩線的震動效應。

以至於搭配具有1024 x 768像素解析度的樣品矩陣，由每個複數攝像機1110擷取的影像中，該編織品3000在發光源1120明亮的背景之上呈現剪影，如第4A、4B、4C、4D及4E之影像所示。

第4A圖為無缺陷編織品的擷取影像。第4B圖之缺陷稱為圈或環。第4C圖之缺陷歸因於編織中線的鬆脫纖維。第4D圖之缺陷歸因於繩線中的繩線雜質。第4E圖為有缺陷的繩線，歸因於控制線的張力的問題；此細微之缺陷係藉編織材料之起皺的幾何形狀來識別。

該系統考慮缺陷尺寸的計算，該缺陷的獲取係藉測試片段的直徑與繩線平均直徑的偏差，以及缺陷的長度，複數個影像擷取裝置1100及矩陣階數的誤差特徵，取決於材料及編織品的應用。

該系統對細長材料的顏色不敏感，歸因於光源1120、複數個攝像機1110和編織品3000的相對位置。即便編織品由透明材料諸如玻璃纖維所組成，該編織品呈現不透明。

當僅使用一個攝像機1110，如US 2014/0036061 A1所揭示，有些缺陷可能從攝像機的視場被隱藏。根據本說明書之較佳實施樣態，檢查系統1000包含至少3個影像擷取裝置1110A、1110B及1110C，放射狀地定位於編織材料之不同視角1130A、1130B及1130C，如第3圖所示。

如先前所提及，影像被擷取及分析以評估整個編織品。可藉兩種方法達成：第一係藉同步隨著編織品的位移之影像獲取以至於每個攝像機中編織繩線3000的點呈現至少兩個連續影像。第二係藉強制固定頻率取得影像以至於當編織機操作在其最大速率時，編織繩線3000的點呈現至少兩個連續影像。後者的配置結構較佳因其不需同步檢查系統1000及編織機2000間的訊號。

再次參考第1至3圖，該工業電腦1200更包含非揮發性記憶體單元1240，裝配以儲存發現的缺陷和複數個攝像機1110所取得的影像；裝配以取得警告訊號(警告訊號係藉影像處理單元1220確認及輸出)的控制器1400，輸出警告訊號和停止訊號至機器2000，以停止編織操作和啟動繩線缺陷的校正。假如編織機不具有逆向操作，該警告訊號透過使用者界面1300及警報塔(未顯示)提供至操作者/使用者，因為用於校正缺陷並重啟編織過程的解繩結程序必須人工執行。此外，控制器1400透過使用者界面1300分配影像及檢查診斷結果至機器操作者。

雖然較佳實施樣態中該控制器1400被整合至工業電腦1200，在替代配置結構中，對於該電腦1200，該控制器為獨立設備，諸如可程式邏輯控制器(PLC)。

現在，根據第5A至5E圖，描述編織繩線3000中之不規則的判定。

首先，執行繩線邊界的識別。為了識別該邊界，執行影像中像素連續的比較，搜尋從潔淨區域至暗色區域的轉變。此轉變係指繩線3000之外部邊界。第5A、5B、5C、5D及5E圖中分別顯示第4A、4B、4C、4D及4E圖之處理結果。

每兩個邊界藉影像處理單元1220表示為具順序的表格，該邊界的每個像素的幾何位置標示於該表格。例如，第6圖中顯示第4B圖之上邊界圖。隨後地，繩線的平均直徑係根據兩邊界之資訊來計算。在推薦的配置結構中，根據此計算，判定缺陷識別臨界值。因此，依靠影像之該系統，根據超出界限和邊界外的像素百分比之大小和長度，計算誤差尺寸，自動化地計算編織品3000之可接受界限並處理影像，該影像精確的數據提供至系統1000(可容忍誤差之比率或百分比)。

相應地，當編織機2000從一產品轉換至另一產品時，不需替換檢查系統1000內之配置結構。在推薦配置結構中，編織材料之直徑的耐受閾為7%，裝配該編織材料以增加或減少誤差耐受閾。

隨後，搜索邊界上的編織材料之不規則，該不規則的 尺寸超過耐受閾值且不規則的長度及大小被量化。該不規則係藉比較每個邊界與理想數據來識別。當一個或更多的不規則被發現(該不規則之長度及大小獨自或合併超出誤差之極限)，該處理單元1220確認缺陷的存在。此程序重複於每個檢查系統的攝像機上。

現在，將描述用於識別本說明書中檢查系統1000的編織繩線3000之缺陷的功能及操作，其中：當編織機2000之編織過程已啟動，從編織點2300出來的編織繩線3000藉檢查系統1000檢查，正當離開編織點後，其藉每個影像擷取裝置1110擷取繩線3000的影像，其藉發光源1120照亮，其中藉此攝像機1100擷取之影像被傳送至電腦1200且藉處理單元1220處理以確認繩線3000中分析的部分是否包含缺陷或不規則諸如斷線、雜質、有缺陷的結、線中不規則張力等等，且其中一旦偵測或確認到編織材料中之缺陷，該處理單元傳送警告訊號至控制器1400，該警告訊號係透過使用者界面1300顯示給操作者。

一旦警告訊號藉控制器1400接收，它傳送停止訊號2231至機器2000，停止編織過程以開啟逆向程序或解編織，藉此繩線3000被解編織至其缺陷點，然後一旦缺陷已校正重啟編織過程。

依據上述，用於使用本說明書之檢查系統是清楚的，既不需要訓練也不需要用於系統操作的變化結構配置，不需要操作者指示繩線的樣式以監測其直徑或任何其他規 格。

相似地，本說明書之檢查系統對明顯缺陷(諸如斷裂)及隱微缺陷(諸如線中之張力缺乏)皆敏感。其達成係藉調整影像的橫向解析度，以達到解析度使得一個像素等同於被編織的最細繩線之直徑的1%。此外，據發現至少3.5倍繩線直徑大之視場是必須的，以識別藉線之張力缺乏所產生隻缺陷。影像擷取裝置的放射狀定位確保無缺陷被屏蔽。使用一個或兩個攝像機的問題在於：在一或兩個攝像機下，尺寸相當於直徑之30%之缺陷可能被屏蔽。在較佳實施樣態方面，具三個或更多攝像機，對於屏蔽所有攝像機之缺陷，該缺陷必須小於直徑之3%。

此外，由於本說明書之檢查系統的攝像機排列，對於10mm直徑之繩線，其檢查區域之等效長度只要35mm。這與先前技藝系統之攝像機排列有非常大的不同，先前之系統據估計檢查區域中至少有50cm之繩線。

根據上述，上列之用於識別編織繩線中之缺陷之檢查系統僅為解說目的，對於一個專精於此技藝的人將是明顯的，因為一個專精於此技藝的人對相同東西可能做出許多變化，可能為不同攝像機、光源、提供的攝像機尺寸與數量，彼等之設計與本說明書之原理一致。結果，本發明包含之全部配置結構(一個專精者可考慮本說明書中包含之觀念)與範圍將與下述之專利一致。

1110A、1110B、1110C‧‧‧攝像機

1130A、1130B、1130C‧‧‧視場

1120A、1120B、1120C‧‧‧發光源

3000‧‧‧繩線

Claims (19)

1. 一種在編織機的編織過程中用於辨識編織繩線中的缺陷及修正彼等缺陷之檢查系統，該檢查系統包含：電腦影像擷取裝置及使用者界面，變數及系統參數從該電腦影像擷取裝置及使用者界面設定，其中該電腦影像擷取系統包含：複數個影像擷取裝置放射狀地設置在該編織繩線上以從不同角度觀察該編織繩線；複數個發光源，約180度相對於該複數個影像擷取裝置，以至於被該影像擷取裝置擷取的影像被製成背光；以及工業電腦，操作上地連接至該複數個影像擷取裝置和發光源，該工業電腦包含處理單元，儲存單元，被配置以接收由每個該影像擷取裝置擷取的影像並進行其之分析，藉由分析相同的繩線中截取每個片段的直徑，由此來自動化辨識該繩線中的缺陷或不規則；該工業電腦另外包含操作地連接至該處理系統的控制器，其中，當缺陷或不規則藉由該影像擷取裝置和處理過程被偵測到，該控制器輸出警告訊號並傳輸停止訊號至處理系統以停止該編織過程，開啟用於解編織繩線的逆向編織過程並修正該缺陷或不規則，一旦該缺陷被修正，重啟該編織操作。
2. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該儲存單位係進一步裝配以儲存藉由每個該複數個影像擷取裝置 所發現的該缺陷和所得的該影像。
3. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該複數個影像擷取裝置和發光源為三個。
4. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該複數個影像擷取裝置和發光源為五個。
5. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該影像擷取裝置為攝像機，其包含用於使編織中的該繩線的振動效應最小化的區域或矩陣感測器。
6. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該影像傳輸係藉由該編織產品的移動取得影像來進行，以至於編織繩線點在每一個影像擷取裝置，出現至少兩個連續影像。
7. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該影像傳輸係藉由以固定頻率強制取得影像來進行，以至於當編織機操作在其最大速度時，繩線點出現至少兩個連續影像。
8. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該錯誤訊號經由該使用者界面提供予該機器操作者/使用者。
9. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該控制器經由該使用者界面顯示影像及檢查診斷予該機器操作者/使用者。
10. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該控制器為該電腦之獨立設備。
11. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該檢 查系統對於明顯缺陷和隱微缺陷皆敏感。
12. 根據申請專利範圍第11項之檢查系統，其中該檢查系統有能力偵測缺陷諸如線的斷頭，雜質，有缺陷的結，線中的不規則張力等等。
13. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中藉放射狀地擺置該影像擷取裝置，沒有缺陷會被隱藏。
14. 根據申請專利範圍第1項之檢查系統，其中該檢查區域之該有效長度僅為該細線直徑的3.5倍。
15. 一種用於操作編織過程的編織機器，其包含驅動裝置，複數個細長物質供輸裝置或組件與環或編織點的組合，藉由位移進行編織，用於形成編織繩線(該編織繩線藉滑輪傳送貯存於成品容器內)，其中該編織機包含根據申請專利範圍第1至14項中任一項之用於辨識編織繩線的缺陷及修正之檢查系統。
16. 根據申請專利範圍第15項之編織機，其中該編織機包含超過兩種材料供輸裝置。
17. 根據申請專利範圍第15至16項之編織機，其中該處理程序和該影像分析被集中在處理單元(該處理單元為電腦的一部份)，且獨立於該影像擷取裝置。
18. 根據申請專利範圍第15至17項中任一項之編織機，其中該複數個影像擷取裝置各自具有影像處理單元。
19. 一種在編織機的編織過程期間用於修正編織繩線的缺陷之方法，其包含以下步驟：藉由電腦影像擷取裝置得到編織繩線點或部分之影 像；將影像傳輸至位於工業電腦中之影像處理系統；藉由將每個影像擷取裝置擷取的影像中的該繩線直徑與理想的預測直徑相比較，該影像處理系統測定該編織繩線的點或片段是否具有缺陷或不規則；將缺陷警告或不規則傳送至該控制器，該控制器操作地連接於該電腦；藉該控制器將停止訊號傳輸至該編機織以停止該編織過程；初始化編織逆向過程，用於解編織細線至該缺陷的點；以及校正該缺陷或不規則以重啟該編織操作。