研祥智能科技股份有限公司

企业简介

研祥智能科技股份有限公司成立于1993年，是中国最大的特种计算机研究、开发、制造、销售和系统整合于一体的高科技企业。2003年10月10日，研祥智能于香港联交所上市，股票代码8285，是中国同行业中唯一的上市公司。

公司类型：供应商

联系方式

研祥智能科技股份有限公司
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案例详细

标题	研祥产品在粘胶长丝浴内监测系统设计及应用
技术领域	电源
行业	电子制造
简介
内容	1 引言粘胶纤维良好的服用性能一直受到人们的青睐，高质量粘胶长丝的市场需求量不断上升，尤其是加入WTO、纺织配额取消之后，国际对高档粘胶长丝的需求量猛增。由于我国的长丝质量达不到国际标准，出口受到限制，其中一个重要原因是由于粘胶长丝单丝不足造成布料染色不均。粘胶长丝数量不足是由于在长丝成丝过程中，喷丝板中部分喷丝孔堵孔造成捻合单丝根数缺少。快速在线检测喷丝板是否堵孔，实时监测单丝数目，可以较好地解决上述问题。为实现实时监测单丝数目，本文利用机器视觉检测技术，采用外置光源对粘胶长丝照射，由光学系统成像至CCD上，实时采集酸浴内长丝图像，通过IPC工业计算机及图像采集卡获取图像数据，实时显示至监控屏幕上。同时，粘胶长丝图像经过图像增强及阈值分割后，长丝的形态特征被突显出来；用特定的算法识别粘胶长丝并计算出其数目；根据计数结果，判别长丝产品合格与否。 2 粘胶长丝浴内监测系统研究目标 2.1 系统研发目标 ⑴ 研究喷丝动态成像系统和照明系统，实现喷丝过程的光学成像； ⑵ 将酸浴中的光学图像转换为方便于人们观测的可视图像； ⑶ 开发图像处理软件系统，实现对粘胶长丝的相关识别和判别计数； ⑷ 保证系统在酸浴中部分结构不受腐蚀影响。 2.2系统技术指标 ⑴ 该系统需适应环境指标酸浴温度：50℃ 酸浴深度：400mm 酸浴透明度：400-500mm 酸浴组成：硫酸：130±1g/l 硫酸锌：11±0.5g/l 硫酸钠：260～270g/l ⑵ 喷丝孔径：φ0.06～φ0.08mm ⑶ 喷丝孔数：18～60 ⑷ 单丝检测精确度为97% ⑸ 功能实现： a获取清晰的喷丝图像，具有良好的可视性 b实现计算机图像处理，指示喷丝数量 c喷丝板检测实现计算机管理（编号、数据存储等） d仪器小型化，便于巡回检测 3 粘胶长丝浴内监测系统的结构设计 3.1 监测系统的硬件结构粘胶长丝浴内监测硬件系统主要有以下部分构成：系统照明光源 CCD摄像头机械微调装置控制柜电源控制板图像采集卡工业计算机液晶显示器 CCD实时采集接收屏上的图样，输出视频信号。由计算机系统控制的视频采集卡对CCD输出的视频信号进行实时捕捉，显示至监视器屏幕便于实时监控酸浴内喷丝板的工作情况，截取细丝图像，向长丝计数系统输出用于图像分析的图片。工业计算机系统用于监测系统的整体控制，为测试软件的运行提供硬件基础。系统的硬件结构如图1所示。根据系统技术指标，本系统的控制监视部分要在粘胶长丝酸浴附近工作，其环境温度高，空气潮湿，周围机器振动较大，且有高频信号干扰，条件极为恶劣。为保证监控系统正常工作，工控计算机的选择是极为重要的。本文采用的是研祥工控机，型号为IPC-6806W-E(A3)。其优点是结构紧凑、设计合理、便于扩展外接采集卡；具有较好的抗震、抗干扰、防尘耐高温的特性，能够克服酸浴附近的恶劣条件而稳定工作；满足在线监控与长丝计数算法的运算需求。另外，本系统的成像探头部分要在酸液内工作，需要将系统光源及CCD摄像头密封在耐酸塑料ABS制成的防腐外壳中；为方便粘胶长丝的成像调节，在酸浴外加置了机械微调装置；将采集卡、电压控制板、工业计算机以及液晶显屏封装在控制柜中，实现仪器的小型化，便于循环检测。系统的控制柜和浴内CCD摄像探头与光源机构如图2、图3所示。 3.2 长丝计数软件系统结构与界面软件系统是利用VC开发出来的。基于DirectShow技术将采集卡采集的图像数据显示至屏幕上，以便实时观测酸浴内喷丝板表面状况；为测量细丝根数抓取屏幕图像，进行图像预处理，将长丝图像增强，削弱背景噪声影响，提高阈值精度；利用形态学理论分析二值化后图像，去除非细丝结构的杂点(酸液中的漂浮物或气泡)；利用二值图像形状分析方法确定计算区域，节省计算时间；根据长丝计数算法计算图像中细丝根数；将测试结果显示至屏幕；并存储测试数据。软件系统的程序模块如图4所示。软件系统操作界面如图5所示。该界面主要分为以下几个区域： ⑴ 视频显示区实时显示粘胶长丝喷丝状态；起到了实时监控酸浴内喷丝板的目的。 ⑵ 信息输入区输入机器型号、编号相关信息，以及检测人员的工号，便于测试结果查询。 ⑶ 指示区指示目前系统工作状态，蓝灯表示系统顺利通过开机自检；绿灯表示系统顺利完成计数工作，可进行下次操作；红灯表示系统正在进行图像处理工作。 ⑷ 测控区主要对粘胶长丝图像进行处理并分析出细丝根数。测试１为按序计算按钮；测试2为重新测试按钮；另外，还列出三种测试速度，以便按实际需要进行选择。 ⑸ 测试结果区显示测试结果及喷丝板锭号。 4 粘胶长丝图像的分割与计数算法通过对粘胶长丝图像的理解，本文研究了如下适合于长丝图像的分割与计数方法。 4.1 分行消包络分割法根据粘胶长丝机视觉检测实际应用的需要，设计一种结合粘胶长丝图像特征的分行处理消包络分割方法。该方法属于自适用阈值法的范畴，其计算简单，应用效果好。因为粘胶长丝的浴内检测图像一般背景和目标的对比度较差，经图像增强处理后，图像质量有所改善，但细丝目标与背景照明较亮的部分都得到了增强，以图6(a)为例，如果直接采用常用阈值分割法，会带来大量噪声白点，如图6(b)。细丝喷丝方向多为纵向，细丝的像多为竖直，因此可以对图像进行分行二值化处理，避免图像的上下照明不均带来的噪声。图7(b)是左图中第120行(亮线标致行)的灰度分布，横坐标为该行像素序列号，纵坐标为各对应像素的灰度值。由于背景照度不均匀，使得该行的背景灰度数据不均，为去除背景的干扰，可对灰度分布数据提取包络，如图8(a)所示。可以认为，灰度数据的包络即细丝图像的背景灰度分布形态，将原灰度分布数据与包络数据相比照，去除背景信息，保留细丝目标数据。这样就避免了图像左右照度不均的影像。依照此方法对各行数据进行处理。得到去背景后的细丝图像，然后将其二值化(非0即1)，获得较好的细丝二值化图像，如图9所示。 4.2 连通域分离法粘胶长丝在生产过程中总体趋势为纵向喷丝，其图像多为竖直结构，如图6(a)示。因此可将图像按行扫描计算，统计各行计数结果，这种算法简单便于理解，但其精度难以保证，稳定性不高。其主要原因是在实际生产过程中，各长丝之间并非完全平行，前后细丝之间存在着交错重叠，尤其对图10所示的结构，这种逐行扫描的算法将遗漏细丝。造成测试结果普遍偏低。下面介绍一种连通域分离办法来解决细丝交错时的计数问题。 4.2.1 连通域分离的基本思想 ⑴ 分离基于二值图像的形状分析，对各连通域进行标识，提取出各连通域的特征属性，如区域面积、长度、圆形度，平均宽度等，以辨别该连通域是否为长丝二值像。针对被标识的长丝连通域，按标识将各连通域分离成各各子图像。以图10为例将其按连通域分离为如图11的四个子图像。 ⑵ 分岔位置与分割对每个子图像进行逐行扫描，计算细丝根数，当数目发生变化时，说明细丝在此处分岔，即为分岔位置；该位置所在的行为分界行；分界行将图像分为上下两部分，能使图像连通域个数增加的那部分称为保留区，另一部分称割舍区；可以在分岔位置做标记，以便删除割舍区内对应的重合细丝段。下面以图11(b)为例进行说明，如图12(a)所示。如图11(d)所示，子图像存在着多个分岔位置，应根据如下规则进行选取并分割： a尽量使保留区域高度最大； b被保留区域的逐行扫描根数不小于割舍区的扫描根数； c保留区域内的连通域个数必须大于1。具体分割见图12(b)所示。 4.2.2 实现步骤（1）对二值图像进行标记，划分成不同连通区域。（2）根据不同的像素值，即不同的连通域，将图像分离为各个子图像；子图像的数目即为父图像中连通域的个数。即子图像中连通域个数为一。并将子图像进行二值化，非0即为1。（3）对各子图像进行逐行扫描，计算细丝根数，如果为1，执行第(5)步；否则执行第⑷步。（4）从上下两端向中间查找子图像的分岔位置，按照能将子图像分割成两个以上的连通域为原则，保留区最大为基准，选取最佳分岔位置的上下部分进行取舍。将分离后的图像最为新的父图像执行步骤（1）（5）累加子图像细丝根数1；计算子图像平均宽度；改变子图像灰度值，并将该子图像复制到原图相应位置。（6）弹出对话框，输出各被计算的子图像的平均宽度，及计数结果。用伪彩色编码将图像显示到屏幕上，以便观察分析。图10的计算结果及处理后图像如图13所示。