袁嫣紅，曾洪銘，茅木泉

(1.浙江理工大學(xué) 浙江省現(xiàn)代紡織裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018;2.杭州高騰機(jī)電科技有限公司, 浙江 杭州 310018)

圓緯機(jī)具有產(chǎn)量高、產(chǎn)品適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)流程短、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，近幾年得到了很大發(fā)展。電子選針器是圓緯機(jī)實(shí)現(xiàn)花色組織的關(guān)鍵部件，其工作可靠性和穩(wěn)定性直接影響提花的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響整臺(tái)圓緯機(jī)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量[1-3]。隨著圓緯機(jī)車速的提高，為保證安裝完成后的電子選針器能夠在高速下正常運(yùn)行，越來越多的企業(yè)要求在安裝之前對(duì)選購(gòu)或生產(chǎn)的選針器進(jìn)行檢驗(yàn)。

目前，對(duì)選針器檢測(cè)的方法主要有二大類。第一類研究者主要針對(duì)選針器的驅(qū)動(dòng)原理開展檢測(cè)研究。因?yàn)殡娮舆x針器包括電磁選針器和壓電選針器2種：對(duì)于壓電陶瓷選針器，基于陶瓷晶片的壓電效應(yīng)[4]，設(shè)計(jì)具有電壓反饋的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)檢測(cè)；對(duì)于磁保持式選針器，通過電磁脈沖反饋來實(shí)現(xiàn)性能檢測(cè)[5-6]。這類檢測(cè)方法主要適用于單針檢測(cè)。另一類是直接檢測(cè)刀頭動(dòng)作，比如利用頻閃原理檢測(cè)選針器[7]，依靠肉眼觀察選針器刀頭運(yùn)動(dòng)狀況判斷選針器工作性能，這種人工檢測(cè)方法只適合短時(shí)間檢驗(yàn)。

工業(yè)視覺測(cè)量技術(shù)[8](數(shù)字近場(chǎng)攝影測(cè)量技術(shù))是一種應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)提取所攝對(duì)象，用數(shù)字方式表達(dá)幾何與物理信息的測(cè)量方法，不僅能夠快速便捷地采集數(shù)據(jù)，且測(cè)量成本低，精度高，易于自動(dòng)化[9]?；谏鲜銮闆r，本文設(shè)計(jì)了一套基于圖像識(shí)別的選針器檢測(cè)系統(tǒng)，選取全局曝光模式的廉價(jià)工業(yè)相機(jī)，視頻采集擺針移動(dòng)軌跡，圖像分析判斷擺針擺位異常，記錄異常次數(shù)及異常圖片，利用普通攝影用暗箱自帶的LED燈作為唯一光源，不受外界環(huán)境亮度影響，整套系統(tǒng)可長(zhǎng)時(shí)間不間斷全自動(dòng)運(yùn)行，以較低的成本檢測(cè)選針器高速運(yùn)行的可靠性。

1 系統(tǒng)測(cè)試方案

1.1 檢測(cè)對(duì)象

不管采用何種驅(qū)動(dòng)方式，選針器的刀頭擺動(dòng)規(guī)律基本相同。通常一個(gè)選針器具有8把及以上的刀頭，每把刀頭根據(jù)選針要求，可在如圖1所示的左、右極限位置上切換。在1個(gè)選針周期內(nèi)，切換時(shí)間與整個(gè)周期相比較短，切換完成后刀頭靜止在左或右極限位置實(shí)現(xiàn)其選針功能。選針器高速運(yùn)行的穩(wěn)定性是指圓機(jī)正常工作時(shí)，選針器刀頭能夠準(zhǔn)確準(zhǔn)時(shí)切換到位。目前，圓機(jī)選針?biāo)俣仍絹碓礁?，代表?guó)際頂級(jí)水平的圣東尼雙面提花大圓機(jī)，選針頻率為74 Hz[10]，本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)頻率定為100 Hz，其范圍可滿足目前市場(chǎng)上對(duì)選針器的檢測(cè)要求。

圖1 選針器刀頭擺動(dòng)示意圖

1.2 測(cè)試原理

隨著CMOS傳感器線性度的改善，在光照強(qiáng)度達(dá)到飽和以前，相機(jī)輸出灰度值可按照式(1)、(2)計(jì)算。

y=aH+b

(1)

H=Et

(2)

式中：y為輸出灰度值；a為線性比例，1/(lx·ms)；H為曝光量，lx·ms；b為相機(jī)無光照時(shí)的輸出[11]；E為影響平面的照度，即單位面積接收到的光通量，lx；t為曝光時(shí)間，ms?？梢?，在灰度達(dá)最大值之前，圖像中每個(gè)像素的灰度值與曝光時(shí)間成正比，因此，選擇合理的光通量和背景時(shí)，可通過圖像上某區(qū)域的灰度值來判斷物體在該位置的停留時(shí)間。

選針器測(cè)試實(shí)際上是對(duì)選針器中各刀頭被驅(qū)動(dòng)后的響應(yīng)動(dòng)作的測(cè)試。收到選針信號(hào)后，刀頭將快速擺動(dòng)到另一端的極限位置，直至下一次切換信號(hào)來臨。

圖2示出正常工作的選針器的擺動(dòng)時(shí)序圖。

圖2 實(shí)驗(yàn)室某選針器擺動(dòng)時(shí)序圖(選針頻率100 Hz)

檢測(cè)時(shí)選針器連續(xù)動(dòng)作，設(shè)定切換周期為T。相機(jī)同步連續(xù)拍攝，且曝光時(shí)間為2次選針時(shí)間，即拍攝曝光周期為2T。根據(jù)選針原理，刀頭快速擺動(dòng)后，大部分時(shí)間保持在左/右極限位置上。圖2中2個(gè)極限位置上的保留時(shí)間分別為T減去切換擺動(dòng)時(shí)間(t1或t2)。當(dāng)選針器出現(xiàn)刀頭不擺動(dòng)，或擺動(dòng)不到極限位置，或擺動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)等問題時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致刀頭在其中一個(gè)極限位置上的停留時(shí)間縮短。

通過圖像方法可求出2個(gè)極限位置上，由刀頭曝光引起的灰度值H1、H2，根據(jù)式(1)、(2)可推導(dǎo)出刀頭在2個(gè)極限位置上的停留時(shí)間，當(dāng)停留時(shí)間小于允許值時(shí)，可判斷選針器擺動(dòng)失誤。

1.3 檢驗(yàn)平臺(tái)搭建

檢驗(yàn)平臺(tái)主要由工業(yè)相機(jī)、選針器控制器、被測(cè)選針器和計(jì)算機(jī)組成，見圖3所示。其中工業(yè)相機(jī)的gige接口通過以太網(wǎng)電纜連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速率最高可達(dá)1 000 MB/s；選針器控制器一方面按照設(shè)定的選針頻率輸出選針信號(hào)，同時(shí)通過一路輸出線與相機(jī)的硬件觸發(fā)信號(hào)輸入端相連，使選針動(dòng)作與相機(jī)曝光同步。采用這種硬觸發(fā)的方式，可保證每次曝光開始時(shí)間與選針擺動(dòng)時(shí)刻保持同步，滿足長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試的要求。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)示意圖

2 系統(tǒng)硬件選型

2.1 工業(yè)相機(jī)選型

選針器檢驗(yàn)系統(tǒng)中，工業(yè)相機(jī)的選型非常重要，決定了選針器刀頭擺動(dòng)圖像的質(zhì)量。與本文系統(tǒng)相關(guān)的主要參數(shù)為幀率、分辨率、曝光時(shí)間范圍、傳感器類型、焦距等。綜合考慮測(cè)量要求及性價(jià)比，選擇一款黑白工業(yè)相機(jī)。該相機(jī)最高幀率為60 幀/s，最高分辨率1 280像素×1 024像素，傳感器類型為CMOS，快門類型為Global，相機(jī)靶面尺寸為 1.24 cm，焦距為25 mm。

2.1.1 分辨率

由于選針器刀頭為非靜物,檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的相機(jī)視野大小一般為被測(cè)物體的1.1～1.2倍[12]，根據(jù)選針器刀頭擺動(dòng)范圍約為42.8 mm×20 mm，相機(jī)視野范圍至少為52 mm×24 mm。測(cè)量精度確定為0.1 mm/像素(刀頭寬度的十分之一)，則工業(yè)相機(jī)x方向分辨率至少為52/0.1=520感應(yīng)面，y方向分辨率至少為24/0.1=240感應(yīng)面。而所選相機(jī)靶面尺寸1.24 cm對(duì)應(yīng)的傳感器尺寸大小為6.4 mm×4.8 mm，寬高之比為4∶3,因此,y方向分辨率至少大于520/4×3=390感應(yīng)面。為減少誤差，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，通常至少用 2個(gè)像素單位對(duì)應(yīng)1個(gè)測(cè)量精度值，因此，分辨率大小至少為(520×2)×(390×2)=1 024×780=798 720 dpi, 本文所選相機(jī)最高分辨率為1 280×1 024=1.31×106dpi，可滿足實(shí)驗(yàn)需求。

2.1.2 幀率與曝光時(shí)間

針對(duì)目前選針器的工作要求，系統(tǒng)測(cè)試的選針器最高工作頻率為100 Hz。根據(jù)上面的原理，2個(gè)選針周期拍攝1次,因此，選用拍攝頻率為50 Hz,所選相機(jī)最高幀率為60 幀/s，能滿足高速擺動(dòng)選針器測(cè)試的拍攝要求。曝光時(shí)間可設(shè)置為0～1 s任意值。當(dāng)確定選針器擺動(dòng)頻率后，可通過改變曝光時(shí)間使每幀圖片正好包含一次完整的選針器刀頭運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.1.3 快門類型

快門是相機(jī)用來控制感光片有效曝光時(shí)間的機(jī)構(gòu)，通常分為全局快門(global shutter)與卷簾快門(rolling shutter)。卷簾快門采用逐行曝光方式，會(huì)造成不同行像元曝光時(shí)間不同，對(duì)于拍攝運(yùn)動(dòng)物體會(huì)存在明顯拖影現(xiàn)象；而全局快門是所有像素點(diǎn)同時(shí)曝光，適合與時(shí)間相關(guān)性要求高的拍攝。本系統(tǒng)選用全局快門模式。

2.2 工業(yè)鏡頭選型

2.2.1 焦距計(jì)算

系統(tǒng)測(cè)試過程中，相機(jī)與選針器的距離保持不變，應(yīng)選用性價(jià)比高，畸變小，成像質(zhì)量好的定焦鏡頭。根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，測(cè)得工作距離為180 mm，視野范圍為52 mm×42 mm,型號(hào)為1.24 cm，CMOS傳感器長(zhǎng)度為8.8 mm,根據(jù)式(3)計(jì)算得到焦距F=180×8/52=24.615 4 mm，因此，所選焦距至少大于24.615 4 mm。

(3)

式中：WD為物距，mm；X為相機(jī)傳感器的尺寸，mm；FOV為相機(jī)視野范圍尺寸，mm。

2.2.2 鏡頭有效像場(chǎng)

物體在鏡頭固定區(qū)域中產(chǎn)生清晰的像，該區(qū)域大小由鏡頭像面尺寸決定。而相機(jī)也存在一個(gè)靶面區(qū)域，大小為相機(jī)芯片對(duì)角線尺寸，物體只有在這個(gè)區(qū)域中的信息才能被轉(zhuǎn)換為有效圖像信號(hào)[13]，因此，只有保證所選鏡頭靶面尺寸大于相機(jī)靶面尺寸，才能保證采集到完整視場(chǎng)圖像，防止邊緣暗角和黑角等情況。綜上，選擇焦距為25 mm，靶面尺寸為1.43 cm的工業(yè)定焦鏡頭。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)中的軟件需要完成相機(jī)設(shè)置、圖像接收與處理、刀頭動(dòng)作判斷及結(jié)果記錄等工作。采用Python語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，在geany編譯器中修改并運(yùn)行程序。圖4為系統(tǒng)軟件流程圖。

圖4 系統(tǒng)軟件整體流程圖

3.1 工業(yè)相機(jī)初始化

每次曝光開始與選針器動(dòng)作切換的同步是本系統(tǒng)能長(zhǎng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的基礎(chǔ)，初始化時(shí)必須設(shè)置好曝光時(shí)間與曝光方式。

當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到相機(jī)成功連接時(shí)，開始對(duì)相機(jī)進(jìn)行初始化操作。其中包括清空上次數(shù)據(jù)緩存(防止上次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)置以及錯(cuò)誤日志保存路徑的設(shè)置)。由于實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的選針器擺動(dòng)頻率設(shè)置為100 Hz，為拍攝刀頭連續(xù)2次切換工作情況(即從左極限到右極限切換1次，再?gòu)挠覙O限到左極限切換1次)，需將每幀曝光時(shí)間設(shè)置為與2個(gè)選針器擺動(dòng)周期時(shí)長(zhǎng)一致，這樣每幀圖像正好包括一個(gè)完整左右切換回原點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。同時(shí)設(shè)置相機(jī)觸發(fā)模式為外觸發(fā)方式，這個(gè)外觸發(fā)信號(hào)由選針器控制器控制，可保證與選針器擺動(dòng)切換信號(hào)同步。相機(jī)完成外觸發(fā)設(shè)置等一系列初始化操作后，開始等待外觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)相機(jī)檢測(cè)到控制器發(fā)送的上升沿信號(hào)時(shí)，會(huì)抓取該信號(hào)，同時(shí)開始曝光采集一張圖片，然后根據(jù)外觸發(fā)函數(shù)是否關(guān)閉來決定是等待下次外觸發(fā)信號(hào)還是停止采集圖像。

3.2 相機(jī)選針器同步配置

為使相機(jī)采集到的每一幀圖片正好對(duì)應(yīng)選針器的2次切換動(dòng)作周期，需要對(duì)相機(jī)曝光起始時(shí)刻與選針器刀頭擺動(dòng)起始時(shí)刻做一個(gè)同步配置。

為連續(xù)準(zhǔn)確地記錄2個(gè)選針周期內(nèi)的選針刀運(yùn)動(dòng)情況，理論上需要設(shè)置相機(jī)為連續(xù)曝光模式，即相機(jī)曝光時(shí)間等于2個(gè)選針周期。相機(jī)每一幀包含F(xiàn)OT、Reset、Integrating(曝光)3個(gè)操作，如圖5所示。從相機(jī)傳感器手冊(cè)中查到FOT(幀開銷時(shí)間)取決于圖像傳感器和ROI區(qū)域，時(shí)間為12～24 μs，Reset復(fù)位操作時(shí)間即為光電二極管復(fù)位時(shí)間，約為50 μs，因此，相機(jī)曝光時(shí)間必須少于2T，具體可以通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)獲得。由于FOT和Reset所占用的時(shí)間不到1 ms，只要保證每次開始曝光和選針器刀頭動(dòng)作的相對(duì)位置固定不變，正常工作的刀頭在圖像中灰度分布就保持穩(wěn)定，因此，選針器動(dòng)作與相機(jī)曝光觸發(fā)的同步非常重要。

圖5 全局模式下相機(jī)傳感器曝光控制圖

相機(jī)開始曝光可采用軟件觸發(fā)和硬件觸發(fā)2種方式。若采用軟件觸發(fā)方式，由于選針器工作和相機(jī)動(dòng)作分別由選針器控制器和計(jì)算機(jī)2個(gè)系統(tǒng)控制，不能做到絕對(duì)同步，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，會(huì)累積不同步的時(shí)間差，因此，本文系統(tǒng)中相機(jī)采用硬件觸發(fā)方式，由選針控制器完成選針信號(hào)和相機(jī)曝光觸發(fā)信號(hào)的發(fā)送，消除了不同步誤差的累積。

3.3 圖像處理

以圖2的選針器為例，工作頻率在100 Hz時(shí)，1個(gè)選針周期內(nèi)刀頭88.40%的時(shí)間是停留在極限位置，因此，只要分析停留極限位置的時(shí)間，即1幀圖片中該位置上的灰度值，即能判斷出選針器擺動(dòng)情況，因此，圖片處理的關(guān)鍵內(nèi)容主要包括選針器刀頭極限位置的確定、極限位置上刀頭灰度值的計(jì)算兩大部分。選針器刀頭安裝在選針器罩殼內(nèi)，每把刀的相對(duì)位置是固定的。由于罩殼是一個(gè)長(zhǎng)方體，其輪廓易于通過圖像處理獲得，因此，完成輪廓線的分析，需準(zhǔn)確找出罩殼頂點(diǎn)1和2，結(jié)合選針器實(shí)際零部件尺寸及安裝位置可以快速求出各刀頭的左右極限位置。

包含刀頭位置信息有效區(qū)域的處理過程如圖6 所示。首先，截取圖6(a)中的罩殼分析框3，對(duì)該區(qū)域圖像選取合適的閾值進(jìn)行二值化處理，生成該輪廓的最小外接矩形圖，如6(b)中的藍(lán)色方框所示；然后，求出輪廓上頂點(diǎn)1和2的位置，再以圖6(b)中頂點(diǎn)1和2的2個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)為基準(zhǔn)，鎖定包含刀頭位置信息的刀頭分析區(qū)域，截取如圖6(c)中的紅色矩形框4。取圖6(c)中的框4，采用Otsu[14]算法進(jìn)行二值化處理，該方法可以針對(duì)圖中的雙峰(刀頭灰度值為一峰，背景值為另一峰)自動(dòng)計(jì)算出用于圖像分割的最佳閾值，再對(duì)二值化后的圖片中的白色部分進(jìn)行圖像形態(tài)學(xué)處理中的腐蝕運(yùn)算，采用3×3卷積核，進(jìn)行 2次迭代運(yùn)算，去除圖片中的毛刺部分和斑點(diǎn)部分，最后得到圖7所示的純黑白圖。

圖6 刀頭分析區(qū)域處理過程

圖7 二值化刀頭圖

從圖7中可看出，每個(gè)選針器刀頭在圖中呈接近矩形的不規(guī)則圖形，通過Cv2.FindContours函數(shù)中的Retr_External模式，對(duì)每把刀頭進(jìn)行檢測(cè)并得到每把刀頭的最外層輪廓，然后通過moments函數(shù)得到目標(biāo)輪廓的矩陣，并通過幾何矩求取重心公式來計(jì)算出每個(gè)圖形的重心坐標(biāo)。

(4)

(5)

式中：M00為零階矩；M01、M10為一階矩；Xc為重心橫坐標(biāo)；Yc為重心縱坐標(biāo)。若重心坐標(biāo)與極限位置的坐標(biāo)值一致，則認(rèn)刀頭位于極限位置。為進(jìn)一步計(jì)算刀頭停留在極限位置的停留時(shí)間是否合理，將以此重心為中心，每個(gè)像素為單位，在原圖中構(gòu)造一個(gè)5像素×5像素的矩陣，取矩陣內(nèi)25個(gè)像素的灰度平均值作為該刀頭的灰度值，與預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，確定刀頭在極限位置上的灰度值(相當(dāng)于停留時(shí)間)是否在正常范圍內(nèi)。如果刀頭正常擺動(dòng)，則刪除圖片，如果刀頭擺動(dòng)異常，累計(jì)錯(cuò)誤次數(shù)并保存該錯(cuò)誤圖片，同時(shí)記錄錯(cuò)誤日志保留到指定路徑上的.txt文件上。

3.4 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

人機(jī)交互界面主要分為相機(jī)控制區(qū)和結(jié)果顯示區(qū)2個(gè)部分，如圖8所示。

圖8 人機(jī)交互界面

相機(jī)控制包括開始、結(jié)束、清除3個(gè)按鈕。點(diǎn)擊開始按鈕啟動(dòng)相機(jī)拍攝，點(diǎn)擊結(jié)束按鈕停止相機(jī)拍攝，點(diǎn)擊清除按鈕則會(huì)清空實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示區(qū)將每把刀頭從左到右編號(hào)，顯示過程中每把刀頭錯(cuò)誤次數(shù)，通過點(diǎn)擊清除按鈕可將所有刀頭錯(cuò)誤次數(shù)歸零。

4 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與分析

4.1 測(cè)試原理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證測(cè)試原理，將曝光時(shí)間設(shè)定為200 ms，檢測(cè)不同頻率下選針器在靜止和擺動(dòng)時(shí)刀頭的灰度值。按照確定的選針方法，選針器刀頭正常時(shí)會(huì)在左右2個(gè)極限位置停留較長(zhǎng)時(shí)間，因此，實(shí)際檢測(cè)到的每幀圖片如圖9所示。在左右兩極限位置處各有1個(gè)清晰的刀頭圖像。

圖9 選針器刀頭正常擺動(dòng)

選針器刀頭發(fā)生故障時(shí)將出現(xiàn)不擺動(dòng)，或擺動(dòng)太慢，導(dǎo)致停留在另一側(cè)的時(shí)間縮短，對(duì)應(yīng)極限位置的灰度值下降。

圖10示出拍攝的8號(hào)刀頭停擺狀態(tài)下的圖。2個(gè)極限位置一處灰度特別大，而另一處灰度幾乎為零，說明刀頭沒有正確擺動(dòng)到左極限位置。

圖10 選針器刀頭故障

表1示出200 ms曝光時(shí)間下選針器刀頭的灰度值。表中刀頭序號(hào)左1和右1，分別代表選針器第1把刀頭在左右2個(gè)極限位置的灰度值，其余的依此類推。以第1把刀為例，選針頻率10 Hz時(shí)，左右2個(gè)極限位置的灰度值分別為103和102，減去背景值的一半(因?yàn)檫x針器在左右2個(gè)極限位置停留時(shí)間均接近一半拍攝周期時(shí)間，所以減去一半背景值)，分別為H1l=103-19×0.5=93.5和H1r=102-20×0.5=92，二者基本接近，說明刀頭在2個(gè)極限位置停止的時(shí)間基本相同。同時(shí)，這2個(gè)代表刀頭在左右極限位停留時(shí)間的灰度值，接近但小于靜止情況下極限位置灰度值的一半H1=191/2=95.5。這是由于刀頭在2個(gè)極限位之間切換，由刀頭引起的灰度有部分分布在2個(gè)極限位之間的空間，因此，H1l和H1r均小于H1。隨著擺動(dòng)頻率的增加，在 200 ms 拍攝周期內(nèi)刀頭擺動(dòng)的次數(shù)也增加，因此，刀頭停在左、右2個(gè)極限位置的灰度值逐漸變小。由此可見，測(cè)試系統(tǒng)測(cè)出的數(shù)據(jù)與提出的原理相符合，證實(shí)可通過選針器刀頭灰度值來判斷刀頭在極限位置的停留時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)刀頭在選定頻率下能否正常工作的判斷。

表1 200 ms曝光時(shí)間下選針器刀頭灰度值

4.2 閾值求解

為減少實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)箱采用了黑色吸光布作為背景，盡量減小背景灰度值對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。此時(shí)，檢測(cè)出的背景值基本為0或1，因此，可忽略背景的影響。采用的相機(jī)為8位深度，最大灰度值為255，為盡可能利用相機(jī)的深度值，在實(shí)驗(yàn)時(shí)調(diào)整相機(jī)光圈大小，使刀頭靜止時(shí)的灰度約為200，則測(cè)試時(shí)，針對(duì)不同的選針器，根據(jù)其位移曲線可求得左右極限位置停留時(shí)間及對(duì)應(yīng)的灰度值。以此為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)停留時(shí)間的允許誤差求出其灰度閾值，作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。

本文實(shí)驗(yàn)中選針器刀頭在正常擺動(dòng)下2極限處的灰度值允許范圍為80～90，因此，將灰度閾值設(shè)為80，若其中有一處極限位置的灰度低于80，則說明該選針刀沒有在該極限位置停留足夠時(shí)間，視為擺動(dòng)錯(cuò)誤。系統(tǒng)將會(huì)累計(jì)錯(cuò)誤次數(shù),保存擺動(dòng)錯(cuò)誤的圖片，并將錯(cuò)誤日志保留到指定路徑的.txt文件中。保存的圖片和日志可為測(cè)試后的分析提供依據(jù)。

4.3 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過選針器控制器，預(yù)先編程設(shè)置8號(hào)刀頭每擺動(dòng)10 000次停止擺動(dòng)1次的方式來模擬刀頭發(fā)生錯(cuò)誤的現(xiàn)象，選針器選針頻率設(shè)為100 Hz，相機(jī)曝光拍攝周期為20 ms，因此8號(hào)刀頭錯(cuò)誤頻率為100 s/次，即每過100 s，8號(hào)刀頭累計(jì)出錯(cuò)1次。

記錄100、200、500、1 200、3 000、5 400、7 800、16 900 s記錄的錯(cuò)誤次數(shù)，分別為1、2、5、12、30、54、78、169，經(jīng)檢驗(yàn)錯(cuò)誤次數(shù)與預(yù)先設(shè)置的情況完全一致,證明系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)對(duì)刀頭在選定頻率下能否正常工作的檢測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)選針器現(xiàn)有檢測(cè)手段成本高、自動(dòng)化程序不夠，不能同時(shí)檢測(cè)多個(gè)選針器等問題，設(shè)計(jì)了一套以圖像處理為基礎(chǔ)的檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用普通幀率的工業(yè)相機(jī)，視頻采集選針器刀頭移動(dòng)軌跡，圖像分析判斷刀頭擺動(dòng)情況,記錄異常次數(shù)及異常圖片。實(shí)驗(yàn)時(shí)整套系統(tǒng)置于暗箱中，暗箱自帶的LED燈光源，確保不受外界環(huán)境影響，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間全自動(dòng)檢測(cè)。與以往選針器檢測(cè)技術(shù)相比：1)本文基于圖像的檢驗(yàn)方式，具有通用性高，適用于任一類選針器的特點(diǎn)；2)完成的全自動(dòng)、多刀同步檢驗(yàn)系統(tǒng)，與目前采用頻閃儀，人眼觀察，或全自動(dòng)，單刀檢測(cè)的方法相比，具有省人力，高效率的特點(diǎn)；3)整套系統(tǒng)硬件配置簡(jiǎn)單、成本低。設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)經(jīng)多次檢測(cè)表明，該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，可方便應(yīng)用于大批量選針器的性能檢驗(yàn)。