一種影像式噴絲板自動檢測儀的製作方法
2023-05-02 00:39:31
專利名稱：一種影像式噴絲板自動檢測儀的製作方法
技術領域：
本發明為一種採用光學影像方式進行噴絲板全自動檢測的儀器，能對噴絲板中的 噴絲孔進行快速、高效的自動檢測，判斷噴絲孔的尺寸是否合格。
背景技術：
噴絲板是化學纖維紡絲機上的精密機件，也稱為紡絲頭，上面有許多大小一致的 噴絲孔。在紡絲時，紡絲溶液或熔體從這些微孔中通過，以細流狀態擠入凝固浴或空氣中， 即凝固或冷卻成為纖維。噴絲頭是紡絲工業中最為重要的核心部件，直接影響成品絲的質 量。在噴絲板的長期工作過程中，噴絲孔會出現堵塞、缺蝕等問題，使用帶有堵塞或缺蝕問 題的噴絲孔噴出的絲，往往不能滿足質量要求。因此，在紡絲行業中，無論在使用前還是使 用過程中，對噴絲孔進行檢測都有非常重要的意義。目前的噴絲板檢測通常採用投影儀或工具顯微鏡等設備，以手工操作方式完成。 一塊噴絲板可能多達上千、甚至上萬個噴絲孔，檢測的工作量非常巨大，不可能實現全檢， 即使抽檢，檢測的比例也非常小。在近年來的文獻中，也出現過關於噴絲板檢測技術的報導，但對全自動檢測都未 做深入的探討。本發明在自動影像測量儀的平臺基礎上，提供了一種高效的噴絲孔檢測模塊，通 過該模塊，可快速的對噴絲板進行全自動檢測。
發明內容
影像式噴絲板自動檢測儀的結構包括軸移動工作檯[1]、顯微鏡[2]、(XD、 照明系統[3]、電氣控制卡[4]和個人計算機[5]；個人計算機[5]配備圖像採集卡，接收 由顯微鏡[2]和C⑶所構成光學成像系統的圖像數據；個人計算機[5]包括噴絲板檢測模 塊，檢測模塊按照輸入的被檢噴絲板參數，生成噴絲板的檢測流程，通過個人計算機[5]向 電氣控制卡發送命令來移動CTZ三軸移動工作檯[1]，控制MZ三軸移動工作檯[1]上噴 絲板[6]逐個按順序移動到顯微鏡的視野中心，對噴絲孔圖像進行進行處理，提取出噴絲 孔的特徵及幾何參數，由此判定噴絲孔是否合格；照明系統[3]採用透射光照明方式，使得 噴絲板的輪廓成像黑白分明，保證光學成像系統獲取到高質量的噴絲板圖像數據。圖1給 出了本發明的整體結構示意圖。本發明的一個目的是提供一種高精度、可程序控制的三軸移動工作平臺。通過個 人計算機[5]中的噴絲板檢測模塊控制平臺移動，將噴絲板待測區域逐個移動到顯微鏡視 野內，順序完成噴絲板的掃描工作。三軸移動工作平臺包括MZ三個可獨立運動的運動軸， 運動軸的臺板和基座以花崗巖製作，每個軸由導軌承載，用滾珠絲槓進行傳動。以直流伺服 電機為驅動，通過編碼器反饋電機轉速，光柵尺反饋平臺位置，由此構成全閉環系統。採用 高精度的直線導軌，以及高解析度的光柵尺，在依靠精細的調校，可確保整個三軸移動工作 平臺達到很高的精度和重複性。
本發明的另一個目的是在個人計算機中提供了一種全自動的噴絲板檢測模塊，該 模塊只需操作者輸入少量的參數和簡單的設定後，即可全自動的完成噴絲板的檢測。噴絲板檢測模塊包括檢測流程控制模塊、噴絲孔自動提取模塊和噴絲孔合格判定 模塊。檢測流程控制模塊根據被檢測噴絲板的形狀分為圓形噴絲板檢測流程控制模塊和方 形噴絲板檢測流程控制模塊。圓形噴絲板檢測流程控制模塊可由操作者輸入噴絲孔直徑理論值、噴絲板中心位 置、每環噴絲孔距噴絲板的中心距離、每環噴絲孔孔數、以及每環噴絲孔中的任一噴絲孔位 置等參數。模塊根據這些輸入參數，圍繞噴絲板中心，按每環照環距離中心的距離，等間距 的生成各個噴絲孔的檢測位置，並在檢測過程中自動控制三軸移動工作檯，按照生成的順 序，逐個移動噴絲板檢測位置到顯微鏡的視野中心。方形噴絲板檢測流程控制模塊可由操作者輸入輸入噴絲孔直徑理論值、噴絲板最 左下角噴絲孔位置、噴絲板最右下角噴絲孔位置、噴絲板孔的行數和列數、噴絲板孔的行間 距和列間距等參數。模塊根據輸入參數，按照兩個輸入噴絲孔的位置建立直角坐標系，根據 孔數和間距生成網孔矩陣，並順序生成檢測位置，在檢測過程中自動控制三軸移動工作檯， 按照生成的順序，逐個移動噴絲板檢測位置到顯微鏡的視野中心。噴絲孔自動提取模塊首先通過圖像採集卡對CCD獲取的圖像進行採集，轉變為數 字圖像，然後進行濾波，去除噪聲、雜點的幹擾，接著採用邊緣檢測算法對噴絲孔進行邊緣 檢測，獲取噴絲孔邊緣上的圖像點集，最後利用邊緣擬合算法，得到噴絲孔圓，由此計算圓 孔直徑和圓度等參數。噴絲孔合格判定模塊包括缺陷檢測模塊和參數計算模塊。缺陷檢測模塊首先需要 建立合格噴絲孔圖像庫，並採集各種堵塞、缺蝕等缺陷的圖像，建立缺陷庫，以這些圖像庫 為合格判定的依據。檢測時，在獲取噴絲孔圖像後，採用模式匹配的算法，識別出該孔為合 格孔還是有缺陷的孔。本發明優點在於檢測效率高，極大的降低了噴絲板檢測的工作量。同時，本發明檢 測數據的客觀性和一致性好，受人為因素影響非常小。
圖1是本發明的整體結構示意圖。圖2是本發明的圓形噴絲板檢測流程規劃示意圖。圖3是本發明的方形噴絲板檢測流程規劃示意圖。圖中主要結構為三軸移動工作檯、2-顯微鏡、3-照明系統、4-電氣控制卡、 5-個人計算機、6-被檢噴絲板、7-圓形噴絲板中心輸入位置、8-圓形噴絲板各環的起始噴 絲孔、9-生成的圓形噴絲板檢測路徑、10-方形噴絲板最左下角噴絲孔、11-方形噴絲板最 右下角噴絲孔、12-方形噴絲板孔行間距、13-方形噴絲板孔列間距、14-生成的方形噴絲板 檢測路徑。
具體實施例方式三軸移動工作平臺包括XYZ三個可獨立運動的運動軸，運動軸的臺板和基座以花崗巖製作，每個軸由導軌承載，用滾珠絲槓進行傳動。以直流伺服電機為驅動，通過編碼器 反饋電機轉速，光柵尺反饋平臺位置，由此構成全閉環系統。採用高精度的直線導軌，以及 高解析度的光柵尺，在依靠精細的調校，可確保整個三軸移動工作平臺達到很高的精度和
重複性。個人計算機通過運動控制器和驅動器控制XY軸移動，可將噴絲板待測區域逐個 移動到顯微鏡視野內，順序完成噴絲板的掃描工作。如有必要，還可控制Z軸運動，實現對 檢測噴絲孔進行自動聚焦，以保證獲得清晰的圖像，提高檢測準確率。噴絲板檢測的自動化包括兩個步驟，首先需要自動的將噴絲板中的眾多噴絲孔逐 個移動到圖像視野中，不可遺漏，也不可重複，並且需要有良好的路徑規劃，儘量減少無效 的平臺移動，保證整體最優的檢測路徑；其次，在某個噴絲孔移動到圖像視野中以後，採用 模式識別和自動邊緣提取兩種技術手段來檢測噴絲孔是否存在缺陷，以及直徑和圓度等數 據是否合格。檢測流程控制模塊實現對噴絲孔檢測路徑的有效規劃。對應常見的圓形噴絲板和 方形噴絲板分別採用不同的路徑規劃方式。圓形噴絲板檢測流程控制模塊按照圓形噴絲板上噴絲孔的分布特點，以環為單 位，以從內到外的順序，逐環進行檢測。對於每一環，按照順時針的方式，逐個移動噴絲孔到 顯微鏡視野中心，再調用檢測模塊對噴絲孔進行合格性判定。為了實現上述對圓形噴絲板的自動檢測路徑規劃，需要操作者提供必要的已知檢 測參數。為此，建立了參數輸入模塊，該模塊需要由操作者輸入噴絲孔直徑理論值、噴絲板 中心位置、每環噴絲孔距噴絲板的中心距離、每環噴絲孔孔數、以及每環噴絲孔中的任一噴 絲孔位置，有了以上參數後，流程控制模塊以噴絲板中心為準，按照360度除以該環上噴絲 孔數量計算得到相鄰噴絲孔對中心的張角，以每環中給定的噴絲孔位置為起始，按照順時 針方向，生成該環所有噴絲孔的檢測位置；再將此過程應用到所有其他環上，完成整個噴絲 板上噴絲孔檢測位置的規劃。方形噴絲板檢測流程控制模塊按照方向噴絲板上噴絲孔的分布特點，以行為單 位，以從下到上的順序，逐行按照之字形的順序進行檢測。對於每一行孔，按照從左到右或 從右到左的順序，逐個移動噴絲孔到顯微鏡視野中心，再調用檢測模塊對噴絲孔進行合格 性判定。為了實現上述對方形噴絲板的自動檢測路徑規劃，需要操作者提供必要的已知檢 測參數。為此，建立了參數輸入模塊，該模塊需要由操作者輸入噴絲孔直徑理論值、噴絲板 最左下角噴絲孔位置、噴絲板最右下角噴絲孔位置、噴絲板孔的行數和列數、噴絲板孔的行 間距和列間距等參數，有了以上參數後，流程控制模塊以給定的兩個噴絲板孔位置建立直 角坐標系，橫向以給定的間距確定給定列數的噴絲板孔位置，縱向以給定的間距確定給定 行數的噴絲板孔。為了提高效率，一行檢測完畢後，只移動縱向間距，橫向不歸零，以得到 之字形的檢測路徑，減少移動的距離。檢測流程控制模塊每獲取一個噴絲孔的圖像，就會調用一次噴絲孔自動提取模 塊，實現對噴絲孔圓周的提取。噴絲孔自動提取模塊主要工作流程①採集當前噴絲孔圖像；②首先使用LoG算子對採集的圖像數據進行濾波，降低噪聲、雜點的幹擾；
③採用Sobel算子進行邊緣檢測圖像中的每一點分別與8個Sobel模板做卷積， 將得到的最大值作為輸出，並將對應模板的方向作為該點的方向；④使用Carmy最佳邊緣檢測算法得到噴絲孔圓，由此得到噴絲孔的邊緣點集。噴絲孔合格判定模塊通過兩個方面來判定噴絲孔是否合格外觀缺陷判定和參數 判定。外觀缺陷採用灰度匹配和特徵匹配相結合的方式，對噴絲孔圖像進行匹配，以判定是 否存在堵塞、蝕缺等陷判。為了實現有效的圖像匹配，需要針對堵塞、蝕缺等多種陷判抓取 大量的典型圖片，建立缺陷特徵庫，同時還需要對合格噴絲孔抓取大量圖片，建立合格特徵 庫，以此為基準進行模式匹配，判斷噴絲孔是否存在外觀缺陷。噴絲孔參數判定模塊以噴絲孔提取的邊緣點集，計算噴絲孔的直徑、圓度等數據， 以此與標準數據比較，判斷其幾何參數是否合格。
權利要求
1.一種影像式噴絲板自動檢測儀，由三軸移動工作檯[1]、顯微鏡[2]、CCD、照明系統 W]、電氣控制卡[5]、個人計算機[6]組成，其特徵在於所述的個人計算機具備噴絲板自 動檢測模塊，噴絲板自動檢測模塊包括檢測流程控制模塊、噴絲孔自動提取模塊和噴絲孔 合格判定模塊。
2.如權利要求1所述的影像式噴絲板自動檢測儀，其特徵在於所述檢測流程控制模 塊包括圓形噴絲板檢測流程控制模塊和方形噴絲板檢測流程控制模塊。
3.如權利要求2所述的圓形噴絲板檢測流程控制模塊，其特徵在於所述圓形噴絲板 檢測流程控制模塊包括參數輸入模塊和檢測位置生成模塊；參數輸入模塊包括輸入噴絲孔 直徑理論值、噴絲板中心位置、每環噴絲孔距噴絲板的中心距離、每環噴絲孔孔數、以及每 環噴絲孔中的任一噴絲孔位置參數的模塊；檢測位置生成模塊包括根據參數輸入模塊獲取 的數據，圍繞噴絲板中心，按照距離中心的距離，等間距的生成各個噴絲孔的檢測位置，並 在檢測過程中自動控制三軸移動工作檯，按照生成的順序，逐個移動噴絲板檢測位置到顯 微鏡的視野中心的模塊。
4.如權利要求2所述的方形噴絲板檢測流程控制模塊，其特徵在於所述方形噴絲板 檢測流程控制模塊包括參數輸入模塊和檢測位置生成模塊；參數輸入模塊包括可輸入噴絲 孔直徑理論值、噴絲板最左下角噴絲孔位置、噴絲板最右下角噴絲孔位置、噴絲板孔的行數 和列數、噴絲板孔的行間距和列間距參數的模塊；檢測位置生成模塊包括根據參數輸入模 塊獲取的數據，按照兩個輸入噴絲孔的位置建立直角坐標系，根據孔數和間距順序生成檢 測位置，並在檢測過程中自動控制三軸移動工作檯，按照生成的順序，逐個移動噴絲板檢測 位置到顯微鏡的視野中心的模塊。
5.如權利要求1所述的影像式噴絲板自動檢測儀，其特徵在於所述噴絲孔自動提取 模塊包括對採集圖像數據進行LoG濾波的模塊；採用Sobel算子進行邊緣檢測的模塊；採 用Carmy最佳邊緣檢測算法提取圓的模塊。
6.如權利要求1所述的影像式噴絲板自動檢測儀，其特徵在於所述噴絲孔合格判定 模塊包括缺陷檢測模塊和參數計算模塊；缺陷檢測模塊包括用於判定噴絲孔是否有缺陷的 合格噴絲孔圖像模板、典型堵塞缺陷模板和典型缺蝕缺陷模板；參數計算模塊包括計算噴 絲孔直徑的模塊和計算噴絲孔圓度的模塊。
全文摘要
本發明介紹了一種影像式噴絲板自動檢測儀，它以三軸CNC移動工作檯為主體，配備顯微鏡、CCD、照明系統、電氣控制卡和個人計算機。三軸工作檯可在計算機的控制下，由電氣控制卡驅動，實現程序控制。個人計算機配備圖像採集卡，接收由顯微鏡和CCD所構成光學成像系統捕獲的工件圖像。個人計算機中配備了噴絲板自動檢測模塊，噴絲板自動檢測模塊可針對圓形噴絲板和方形噴絲板自動規劃檢測流程，並在檢測過程中自動控制三軸移動工作檯，按照生成的順序，逐個移動噴絲孔檢測位置到顯微鏡的視野中心，自動提取噴絲板孔邊緣點集，以噴絲孔圖像和邊緣點集來判斷噴絲孔是否存在合格。
文檔編號G01B11/24GK102141374SQ201010601109
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者徐一華, 楊聰 申請人:蘇州天準精密技術有限公司