朱鵬 倪俊芳

摘要：縫編機(jī)工作時(shí)，氨綸絲纖細(xì)透明一旦斷經(jīng)，未能按時(shí)報(bào)警停車(chē)，就會(huì)織出廢品。而傳統(tǒng)人工目檢和機(jī)電斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且易產(chǎn)生誤判?；赪indows和C++平臺(tái)開(kāi)發(fā)了機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，采用攝像機(jī)間隔拍攝經(jīng)編圖片，通過(guò)視覺(jué)算法對(duì)采集圖片處理分析，判斷斷經(jīng)與否，并通過(guò)USB4761通信口通斷控制縫編機(jī)的啟停。實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)對(duì)于斷經(jīng)判定的穩(wěn)定性得到提高，報(bào)警率達(dá)到100%。

關(guān)鍵詞：縫編；經(jīng)絲；視覺(jué)檢測(cè)；C++

中圖分類(lèi)號(hào)：TS103.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-265X（2018）03-0093-04Research on Broken Warp Detecting System of

Stitching Machine Based on Visual Detection

ZHU Peng， NI Junfang

（School of Mechanical and Electrical Engineering， Soochow University， Suzhou 215021， China）Abstract：spandex warps， which are slender and transparent， will be woven out of scrap during working of the stitching machine if warps once disconnected and the alarm failed to work timely. Because the traditional manual inspection and electromechanical detecting system are timeconsuming， laborious and easy to result in false alarm， the detecting system of machine vision is developed based on windows and C++ platform. Images are shot through the camera at intervals of 2 seconds， processed and analyzed by vision algorithms to judge if the warp is broken， then that the stitching machine works or not will depend upon the onoff signals of USB4761 communication port. The industrial applications show that the judge stability for the warp broken or not is improved， the correct alarm rate reached 100%.

Key words：stitch；warp；visual detection； C++

通信作者：倪俊芳，Email：jfni9999@sina.com縫編機(jī)是一種基于經(jīng)編原理的編織機(jī)械，氨綸絲由經(jīng)軸引出，經(jīng)過(guò)穿絲板、導(dǎo)紗針，墊入槽針，針芯與槽針不間斷前后反復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)非織造布穿插，導(dǎo)紗針在花型凸輪的帶動(dòng)下橫移，將縫編紗喂入，形成縫編織物[1]?？p編機(jī)生產(chǎn)彈力布過(guò)程中，每臺(tái)縫編機(jī)有近千根氨綸絲，其纖度極小僅為77.8 dtex（70D），透明且有彈性，一旦斷經(jīng)，織出廢品，必須停車(chē)裁剪，重新拼接布料，接絲開(kāi)機(jī)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力?，F(xiàn)有的斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)雖然可以在斷經(jīng)后發(fā)出報(bào)警信號(hào)并停車(chē)，但也存在很多的缺點(diǎn)，比如安裝近千個(gè)停經(jīng)片及穿經(jīng)工作量極大，不能快速確定斷經(jīng)位置，此外，電控停車(chē)裝置的功能還不夠完善等。目前，國(guó)外采用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)經(jīng)絲斷裂技術(shù)上已成熟，國(guó)內(nèi)采用嵌入式智能相機(jī)檢測(cè)經(jīng)絲斷裂獲得成功[2]，但是一套斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)成本很高。因此根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求狀況，本文將采用普通工業(yè)相機(jī)采集圖片，編寫(xiě)C++程序通過(guò)視覺(jué)算法檢測(cè)斷經(jīng)與否。

1斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1視覺(jué)檢測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于現(xiàn)有的機(jī)械結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足從機(jī)器視覺(jué)層面檢測(cè)斷絲的條件，故將原有的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。該機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既保留了原有的縫編機(jī)、LED及停車(chē)系統(tǒng)，也包括了改進(jìn)部分（固定支架、相機(jī)角度調(diào)整架、相機(jī)、計(jì)算機(jī)、USB4761、反色板），改進(jìn)后的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分不僅實(shí)現(xiàn)斷經(jīng)檢測(cè)功能，并且對(duì)原有機(jī)械結(jié)構(gòu)功能實(shí)現(xiàn)無(wú)任何影響，工作原理如圖1所示。

1.2斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理

縫編機(jī)的照明條件是影響圖像質(zhì)量的重要條件[3]，因此在氨綸絲下面加了一塊反色板（圖2劃線(xiàn)部分），以便氨綸絲直線(xiàn)特征在燈光照射下，能夠更方便的捕捉，經(jīng)色板改進(jìn)后顯示的氨綸絲編織過(guò)程，如圖2所示。

相機(jī)每?jī)擅氩杉幌聢D像，并將采集圖片傳輸給計(jì)算機(jī)，通過(guò)視覺(jué)算法對(duì)圖片進(jìn)行分析處理，在處理一幅圖像后，若判定無(wú)斷經(jīng)，繼續(xù)采集圖片；若斷經(jīng)，發(fā)送斷經(jīng)信號(hào)給USB4761，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，啟動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)，縫編機(jī)斷經(jīng)檢測(cè)流程，如圖3所示。

2斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)主要算法部分

由于縫編機(jī)正常工作時(shí)，經(jīng)絲在燈光均勻照射、純黑色底板的襯托下都是白色纖細(xì)透明的直線(xiàn)，經(jīng)絲斷裂也就是白色絲線(xiàn)的丟失。相對(duì)于采取白線(xiàn)丟失轉(zhuǎn)化為像素丟失的方法，采用霍夫變換（Hough Transform， HT）是實(shí)際斷經(jīng)檢測(cè)更有效的方法[4]。其檢測(cè)直線(xiàn)時(shí)，任意一條平面直線(xiàn)均可用參數(shù)ρ和θ表示[5]，在極坐標(biāo)系中，ρ為該直線(xiàn)到原點(diǎn)的距離，θ為該直線(xiàn)角度，直線(xiàn)可表述為式（1），如圖4所示。

ρ=xcosθ+ysinθ（1）

由式（1）可知，所采集的圖像中任一像素點(diǎn)（x，y）均可變換映射到霍夫空間中。如果某像素點(diǎn)滿(mǎn)足式（1），則對(duì)應(yīng)的累加器的值加1。通過(guò)尋找局部最大值，也就是當(dāng)波峰出現(xiàn)的時(shí)候，即可確定檢測(cè)圖像中有直線(xiàn)。累計(jì)概率霍夫變換（計(jì)算單獨(dú)線(xiàn)段的方向以及范圍，從而減少計(jì)算量，縮短計(jì)算時(shí)間）比標(biāo)準(zhǔn)霍夫變換檢測(cè)更高效[6]。其輸出檢測(cè)到直線(xiàn)端點(diǎn)（xstart，ystart，xend，yend）在OpenCV中它通過(guò)函數(shù)HoughLinesP來(lái)實(shí)現(xiàn)，累計(jì)概率霍夫變換檢測(cè)直線(xiàn)流程，如圖5所示。

圖5累計(jì)概率霍夫變換檢測(cè)直線(xiàn)流程

相機(jī)采集圖片時(shí)，要求光照強(qiáng)度適中均勻，計(jì)算機(jī)讀取采集到的圖片并對(duì)該圖片進(jìn)行處理[7]，選取圖像感興趣區(qū)域（ROI）、分割、去噪音、增強(qiáng)、變換等[8]，并對(duì)圖像處理后的圖片進(jìn)行斷經(jīng)判定分析。檢測(cè)系統(tǒng)的控制相機(jī)打開(kāi)與閉合、采集圖像的開(kāi)發(fā)界面，如圖6所示。

未斷經(jīng)時(shí)所采集的圖片感興趣區(qū)域如圖7所示。而斷經(jīng)時(shí)，考慮到程序處理需要時(shí)間，縫編機(jī)停車(chē)動(dòng)作不能太快，同時(shí)連續(xù)無(wú)效織布不能超過(guò)2 m，設(shè)定縫編機(jī)間隔6 s停機(jī)（經(jīng)軸最大周長(zhǎng)cmax=0.86，此時(shí)經(jīng)軸轉(zhuǎn)速nmin=9.38 r/min，6 s經(jīng)絲走過(guò)的長(zhǎng)度l=cmax×nmin660=0.79<2 m，滿(mǎn)足要求），計(jì)算機(jī)中采集圖片感興趣區(qū)域標(biāo)記為藍(lán)色的線(xiàn)（將RGB最后一個(gè)像數(shù)值設(shè)定為255即可進(jìn)行綠色標(biāo)記），即為縫編機(jī)斷經(jīng)的確切位置，如圖8所示。

3斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)USB4761停車(chē)控制

USB4761是隔離數(shù)字量輸入輸出和繼電器輸出模塊，用于在噪聲環(huán)境下接受數(shù)字量輸入[9]?？紤]到USB4761輸入電流的形式與范圍，需要利用整流變壓器將220 V交流電壓轉(zhuǎn)化為其輸入端可以接受的24 V直流電。該電控停車(chē)系統(tǒng)在不影響既有的機(jī)器工作線(xiàn)路情況下（圖9中虛線(xiàn)為原縫編機(jī)啟、停線(xiàn)路控制示意），在啟動(dòng)按鈕下加上一個(gè)聯(lián)動(dòng)按鈕，并將停止按鈕與USB4761的COM 0和NC 0端連接，如圖9所示。

其中COM 0：輸出引腳；NC 0：常閉輸出引腳；NO0：常開(kāi)輸出引腳；IDI（0A、0B）：隔離數(shù)字量輸入引腳。

當(dāng)啟動(dòng)按鈕按下后，原有縫編機(jī)工作正常，同時(shí)聯(lián)動(dòng)按鈕位置下移，新接線(xiàn)路形成通路，此時(shí)USB4761輸入端得到一個(gè)24 V高電平信號(hào)，使得USB4761與計(jì)算機(jī)相連形成通路并調(diào)用計(jì)算機(jī)程序，一旦程序執(zhí)行過(guò)程中判定斷經(jīng)，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)控制USB4761常閉觸點(diǎn)NC 0斷開(kāi)，變成與常開(kāi)NO 0連接，此時(shí)停止按鈕雖沒(méi)有斷開(kāi)，但是線(xiàn)路同樣斷開(kāi)達(dá)到停車(chē)效果。

4計(jì)算機(jī)與USB4761連接控制

利用USB轉(zhuǎn)串口可實(shí)現(xiàn)USB4761與計(jì)算機(jī)相連，程序調(diào)用MFC庫(kù)中USB4761的接口函數(shù)，對(duì)接口函數(shù)中相關(guān)通信口參數(shù)、位、狀態(tài)的進(jìn)行設(shè)定編程，同時(shí)根據(jù)RS232串口通訊協(xié)議[10]，實(shí)現(xiàn)程序有效讀取并對(duì)USB4761有效控制，繼而達(dá)到USB4761常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)就能控制縫編機(jī)停車(chē)。圖10為控制USB4761的NC 0端口的控制界面，主要代碼如下。

{Openjidianqi1（）；//打開(kāi)繼電器1

KillTimer（1）；//關(guān)閉第一個(gè)定時(shí)器

for（int j=0；j<1000；j++）

for（int kj=0；kj<1000；kj++）

for（int kji=0；kji<20；kji++）；//執(zhí)行2000萬(wàn)次循環(huán)，留給USB4761反應(yīng)時(shí)間

Closejidianqi1（）；//關(guān)閉繼電器1

m_szBuffer[0]='0'；//消息緩沖

……

}5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)斷經(jīng)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理上的改進(jìn)，設(shè)計(jì)了C++程序和斷經(jīng)后停車(chē)控制系統(tǒng)，使其能夠在斷經(jīng)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)使縫編機(jī)停車(chē)，并且標(biāo)定確切斷經(jīng)位置，避免了廢品出現(xiàn)。在某企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，其操作簡(jiǎn)單，斷經(jīng)后停車(chē)可靠性達(dá)到100%，而且再無(wú)廢品產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢(qián)曉東.縫編機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2009（6）：1-2.

[2] 史鵬飛，白瑞林，楊文浩，等.基于機(jī)器視覺(jué)的整經(jīng)機(jī)斷紗檢測(cè)系統(tǒng)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，37（6）：750-754.

[3] 楊旭.基于光照約束的AGV復(fù)雜路徑視覺(jué)導(dǎo)引關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2013.

[4] 孫豐榮，劉積仁.快速霍夫變換算法[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2001，24（10）：1102-1109.

[5] 張國(guó)鋒，張維勤.基于梯度霍夫變換的藏文手寫(xiě)采樣表格檢測(cè)[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，24（5）：75-78.

[6] GARY B， ADRIAN K.學(xué)習(xí)OpenCV：中文版[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[7] 湯福華，俞建勇，張瑞云.基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的紗線(xiàn)分析系統(tǒng)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，14（1）：15-18.

[8] 王明景，吉峰，白瑞林.經(jīng)編機(jī)布匹瑕疵的在線(xiàn)視覺(jué)檢測(cè)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2015，51（9）：185-190.

[9] 王長(zhǎng)振.ActiveDAQ控件在LabVIEW中的應(yīng)用[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2011（5）：43-45.

[10] 葛磊蛟，毛一之，李歧，等.基于C語(yǔ)言的RS232串行接口通信實(shí)現(xiàn)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，37（6）：11-16.