基于图像技术的梳毛机末道毛网CV值监控技术

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.03.018 第27卷第3期 北京科技大学学报 Vol.27 No.3 2005年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2005 基于图像技术的梳毛机末道毛网CV值监控技术 李巨才徐金梧徐科 北京科技大学机城工程学院，北京100083 摘要传统的梳毛机粗纱均匀性(CV值)的检验都是靠电容式条干仪来测定，这种方法只 能在离线的状态下进行.本文提出图像处理技术，对梳毛机末道毛网CV值进行在线全过程 检测，使粗纱的均匀性得到控制，并与电容式条干仪测定的CV值进行比较，取得了满意的 结果， 关键词数字图像处理：梳毛机毛网：均匀性：CV值 分类号TP3063;TS103.7+2 长期以来，梳毛机生产粗纱的纵向CV值是取图像，经微机数字化后传到服务器中存储后进 靠电容式条干仪进行检测，电容式条干仪所测粗行分析.由于借用了计算机的显示卡和显示器， 纱密度差异数据自动转化为波谱图、曲线图，能图像系统可以不设置DA电路，也不再添加昂贵 直观地显示粗纱在纺纱过程中产生的偏差，但是 的显示器，高速图像处理机甚至不另设图像帧 利用条干仪检测是一种离线检测，检测的是已加 存，随着高档徽机的普及，这种结构将普遍流行. 工好的粗纱，而且是对一批粗纱的抽检，因此无 PCI总线可实现将一幅中等分辨率的不加压缩的 法对整批粗纱进行纵横向CV值的评估.本文提 图像直接送入计算机，再采用微机的MMX技 出了利用数字图像处理技术，在整个毛网宽度上 术，由此可以形成一个高性能价格比的图像处理 进行在线实时监测，不仅解决了实时CV值监控， 系统 提高了产品质量，同时解决了采用条干仪只能抽 CCD摄像头 检部分产品质量问题，实现在线的全过程CV值 光源 监控 毛网 1数字图像采集系统 0 数字图像采集系统示意图如图1所示.毛网 2.3m 按指定速度向前移动，利用安装在毛网上方的一 台CCD线阵摄像头获取数字图像，毛网的有效 宽度为2.3m.采用一架4096点的线阵CCD摄像 图1数字图像采集系统示意图 头获取整个毛网宽度的图像.由于毛网在纵向和 Fig.1 Computer image processing system 横向的密度可以用图像不同的灰度来描述，而毛 图2给出系统软件部分的流程图.软件部分 网在纵向和横向的密度直接反映出粗纱的粗细 采用CB5.0为开发工具，采用NT4.0的操作系统 分布，所以基于图像处理的技术可直接实现粗纱 的CV值测定. 平台，首先利用采集到的数据根据下面的公式计 算CV值： 系统工作流程为：毛网一CCD摄像头一图像 采集卡一图像处理软件系统.CCD线阵摄像头摄 cv-19 (1) 收稿日期：200403-23修回日期：200405-18 式中，X为灰度瞬时值，X为灰度平均值，T为测试 作者简介：李巨才(1963一)，男，工程师，博士研究生 时间

第2 7 卷 第 3 期 20 5 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r n a l o f U . 恤rs ity o f s e ie n ce a n d 及c h . 川。盯 B eij i n g Vb l.2 7 N 0 . 3 J . n 。 2 0 5 基于 图像技术的梳毛机末道毛 网 C V 值监控技术 李 巨 才 徐金梧 徐 科 北京科 技大 学机械 工程 学院 , 北京 10 0 83 摘 要 传统 的梳 毛机 粗纱均 匀性 (C V 值 ) 的检 验都 是靠 电容 式条干 仪来 测定 , 这种 方法 只 能在 离线 的状态 下进 行 . 本 文提 出 图像处 理技术 , 对梳 毛机 末道 毛 网 CV 值 进行 在线全过程 检 测 , 使粗 纱 的均匀性 得 到控制 , 并与 电容 式条 干仪 测定 的 C V 值进 行 比较 , 取 得 了满意 的 结果 . 关键 词 数字 图像处 理 ; 梳 毛机 毛 网 ; 均 匀性 ; CV 值 分类 号 仰 3 0 6 + . 3 : T S 1 0 3 . 7 + 2 长期 以来 , 梳 毛机 生产 粗 纱 的纵 向 C V 值 是 靠 电容式 条干 仪进 行检 测 , 电容 式条 干仪 所测粗 纱 密度 差异 数据 自动转 化 为波 谱 图 、 曲线 图 , 能 直观 地显 示粗 纱在 纺纱 过程 中产 生 的偏 差 . 但 是 利用 条干 仪检 测是 一种 离线 检测 , 检 测的 是 己加 工好 的粗 纱 , 而且 是对 一 批粗 纱 的抽 检 , 因此无 法对 整批 粗 纱进 行 纵横 向 C V 值 的 评估 . 本 文提 出了利用数 字 图像 处理 技术 , 在整 个 毛 网宽度上 进行 在线 实 时监测 , 不 仅解 决 了实 时 C V 值监 控 , 提 高 了产 品质 量 , 同时解 决 了采 用条 干仪 只 能抽 检 部分 产 品质量 问题 , 实现 在 线 的全 过程 C V 值 监 控 . 取 图像 , 经微 机数字 化 后传 到服务 器 中存储 后进 行分 析 . 由于借 用 了计 算机 的显 示卡 和显 示器 , 图像 系统 可 以不 设置 D /A 电路 , 也 不 再添 加 昂贵 的 显示 器 , 高速 图像 处理 机甚至 不另 设 图像 帧 存 . 随着 高档微 机 的普 及 , 这种 结构 将普 遍流行 . P C I 总线可 实现将 一幅中等分 辨率 的不 加压缩 的 图像 直接 送 入 计算 机 , 再采 用 微机 的 M M X 技 术 , 由此 可 以形 成一 个 高性 能价格 比的图像 处理 系统 . 斗丫 C CD 摄像头 入 广 源 1 数字 图像 采集 系统 数 字 图像 采集 系 统 示意 图如 图 1 所 示 . 毛 网 按指 定速度 向前移动 , 利 用 安装在 毛 网 上 方 的一 台 C C D 线 阵摄像 头 获取 数 字 图像 , 毛 网 的有效 宽度 为 .2 3 m . 采 用 一架 4 0% 点的 线 阵 C C D 摄 像 头获 取整个 毛 网宽度 的 图像 . 由于 毛 网 在纵 向和 横 向的密度 可 以用 图像 不同 的灰度 来描 述 , 而毛 网在 纵 向和 横 向的 密度 直 接 反 映 出粗 纱 的粗细 分布 , 所 以基 于 图像 处理 的技 术可 直接 实现 粗纱 的 C V 值测 定 . 系 统工 作 流程 为 : 毛 网一 C C D 摄像头 一 图像 采集 卡 一 图像 处 理软件 系 统 . C C D 线 阵摄像 头摄 收稿 日期 : 2 0 0 4-() 3一3 修回 日期 : 2 0 04 .刁 5一 18 作 者简介 : 李 巨 才 ( 19 63 一 ) , 男 , 工程 师 , 博 士 研 究生 才万践几/ 毛“ 2 . 3 m 圈 1 数字 圈像采 集系统 示意 图 iF .g 1 C o m P u te r 加 a 乎 p取. 5加 g s y s t恤 图 2 给出系 统软件 部 分 的流 程 图 . 软件 部 分 采用 C B .S 0 为 开发 工具 , 采 用 N T 4 . 0 的操 作系 统 平 台 , 首先 利用采 集 到 的数据根 据 下面 的公式 计 算 C V 值 : 式 中 时间 VC 一 缨丫缸x(T 一 ” l() ,不 为灰度 瞬 时值 ,见为灰度平 均值 , T为测 试 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 03. 018

Vol.27 No.3 李巨才等：基于图像技术的梳毛机末道毛网.CV值监控技术 ·329· 开始 利用上面提出的图像处理系统就可以在线 连续测出粗纱灰度在纵向的CV值，大量实验证 i=0 明：利用图像处理法测出的CV值是稳定的.表1 是从大量试验数据中取出的一组数字图像处理 进行数据采集，得数据样本 CV值(TCV)和电容式条干仪测定CV值(24支羊 X(=12,…,房j=12,…,m) 绒纱)的比较. 对数据样本X求取均值X 表1实验测定的粗纱的CV值 Table 1 Comparison of experimental CV values tested by differ- 利用公式(I)求解得粗纱的CV,值 ent methods 图像处理 电容式条干仪 误差 是 i<n? 9.55 10.37 -0.82 9.55 11.69 -2.14 上否 对CV,值(=1,2，，n)求其均值CV 10.18 11.34 -1.16 8.79 11.75 -2.96 是 否 9.55 10.54 -0.99 判断是否合格？ 8.45 11.75 -3.30 不报警 报警 8.36 11.46 -3.10 11.55 12.43 -0.88 7.39 8.56 -1.17 开始新-一帧毛网的检测 10.12 11.41 -1.29 8.33 11.54 -3.21 图2软件系统流程图 Fig.2 Software flow chart 8.79 11.52 -2.73 8.64 11.79 -3.15 根据CV值向用户界面返回提供以下信息： 以上实验数据表明，毛网在线检测的纵向 (1)由采集到的数据计算出CV值. CV值小于条干仪检测的纵向CV值.这是因为电 (2)根据CV值由系统向用户发出不同的警告 容式条干仪检测的是粗纱质量分布的情况，而图 信息，且利用帮助系统对用户提出适当的建议， 像处理法检测的是粗纱灰度分布的情况.虽然粗 (3)采用基于C/S模式的数据库，可通过网络 纱灰度分布的情况反映了粗纱质量分布的情况， 实现多台计算机对CV值的访问. 但在数值上有区别.另外在粗纱进入分割槽，皮 2试验分析 带丝以及卷绕滚筒时还有牵伸，也有可能增加 CV值.从表1的数据可以看出两种CV值的差的 2.1纵向CV值检测与分析 平均值为207，但是这种差异是系统差异，可通 把幅宽为2.3m的毛网平均分成240条，分别 过系统的修正系数来标定 检测各条粗纱的灰度值.图3是用CCD线阵摄像 2.2横向CV值测定与分析 头摄到的一幅毛网图像 将2.3m宽毛网的图像横向平均分成240份， 即每份9.58mm,分别对应着一条粗纱.采用的 CCD线阵摄像头的横向总像素为4096个，每个 像素对应的宽度为0.60.7mm.在纵向毛网向前 运动的速度为20m/min,每采集一个像素的纵向 间隔为3.3mm.利用该图像测出240条粗纱在 200m长度上的平均灰度值，其横向分布见图4. 上面实验的CV值为1.9（该CV值是利用在 线检测的办法测出的)，大量实验表明：该CV值 图3毛网图像 一般要控制在2.5以内时，其粗纱单头差异在1 Fig.3 Woolen web 支以内，粗纱横向可以认为是均匀的

V bL 27 N O 一 3 李 巨才等 : 基于 图像 技 术的梳 毛机 末道 毛 网 C v 值监 控技 术 一 3 29 - 开始一o ǐJ卜 进 行数据 采集 , 得 数据样 本 戈 (污一 , 2 , … , n 沪1 , 2 , 一 ,脚) f 二 +1 1 对 数据样本石 求取 均值不 利用 公式 ( 1) 求 解得 粗纱 的C M值 利 用 上 面 提 出 的 图像 处 理 系 统 就 可 以在 线 连 续 测 出粗 纱灰 度 在 纵 向的 C V 值 , 大 量 实验 证 明 : 利用 图像 处理 法 测 出的 C V 值 是 稳 定 的 . 表 1 是 从 大 量试 验数 据 中 取 出 的一 组 数 字 图像 处 理 C V 值 (T C V ) 和 电容 式条 干 仪测 定 C V 值 (24 支 羊 绒 纱 )的 比较 . 表 1 实验 测定 的粗纱 的 C V 位 几b l e 1 C o m p . 山 o n o f e xP e ir 二 at l C V va l u 韶 俪扭 d b y d 廿er r . e u t m et h o d s 图 像处理 电容 式条 干仪 误差 一 0 . 8 2 对 C v 才值 (拼1 ,2 … ,n )求其均值 亡V 一 2 1 4 一 1 . 1 6 %93010 乙”内一ù飞」j 一 45365 OùX一 .53912 110.7 不报普 报警 开始新一帧毛 网的检测 9 . 5 5 9 5 5 10 . 18 8 . 7 9 月,jn4 斑月了j6 … 图 2 软件 系统流 程 图 F i.g 2 S o ft w a 理 fl o w e h a rt 10 . 3 7 1 1 . 6 9 1 1 . 3 4 1 1 . 7 5 10 . 5 4 11 . 7 5 11 . 4 6 1 2 . 4 3 8 . 56 11 . 4 1 1 1 . 5 4 1 1 . 5 2 1 1 . 7 9 一 0 . 8 8 一 1 . 17 一 1 . 2 9 一 3 . 2 1 一 2 . 7 3 一 3 . 15 根 据 C V 值 向用 户 界面 返 回提 供 以下 信 息 : ( l) 由采 集到 的数据 计算 出 C V 值 . (2 ) 根据 C V 值 由系 统 向用 户发 出不 同 的警 告 信 息 , 且 利 用 帮助 系 统对 用 户提 出适 当的 建议 . (3 )采 用 基 于 C/ S 模 式 的数 据库 , 可通 过 网络 实 现 多 台计 算机 对 C V 值 的访 问 . 2 试 验分 析 .2 1 纵 向 C v 值检测 与 分析 把幅 宽为.2 3 m 的毛 网平 均分 成 2 40 条 , 分 别 检测 各 条粗 纱 的灰 度值 . 图 3 是用 C C D 线 阵摄像 头摄 到 的 一幅 毛 网 图像 . 图 3 毛 网 图像 F ig . 3 W如ol en w 比 以 上 实验 数 据 表 明 , 毛 网在 线 检 测 的 纵 向 C V 值 小于 条干 仪检 测 的纵 向C V 值 . 这 是 因为 电 容式 条干 仪检测 的是粗 纱质量 分布 的情 况 , 而 图 像 处 理法 检测 的 是粗纱 灰度 分布 的情况 . 虽然 粗 纱 灰度 分 布 的情况 反 映 了粗 纱质 量 分布 的情 况 , 但 在 数值 上 有 区别 . 另外 在 粗纱 进 入分 割槽 , 皮 带 丝 以及卷 绕 滚 筒时 还 有牵 伸 , 也 有 可 能增 加 C V 值 . 从表 1 的数据 可 以看 出两种 C V 值 的差 的 平均 值 为 .2 07 , 但 是 这 种 差异 是系 统 差异 , 可 通 过 系统 的修 正系 数来 标 定 . .2 2 横 向 C V 值 测 定与 分析 将 .2 3 m 宽毛 网 的图像 横 向平 均 分成 240 份 , 即每 份 9万8 ~ , 分 别对 应着 一条粗 纱 . 采 用 的 C C D 线 阵 摄像 头的横 向总像素 为 4 0% 个 , 每个 像 素 对应 的宽度 为 .0 6刁 7 m l n . 在 纵 向毛 网向前 运 动 的速 度 为 加 n 口m in , 每采集 一 个像 素 的 纵 向 间隔 为 .3 3 m r o . 利用 该 图像 测 出 2 4 0 条粗 纱 在 2 0O m 长度 上 的平 均灰 度值 , 其横 向分布 见 图 4 . 上 面实 验 的 C V 值 为 1 . 9 ( 该 C V 值 是利 用 在 线检 测 的办法 测 出 的 ) , 大 量实验 表 明 : 该 C V 值 一般 要 控制 在 .2 5 以内时 , 其粗 纱单头 差异 在 1 支 以 内 , 粗 纱 横 向可 以认为 是均 匀 的

·330· 北京科技大学学报 2005年第3期 49 4 45 6789 111133155177199221240 横向租纱编号 图4粗纱横向灰度 Fig.4 Transverse greyness of roving 3结论 纺科技，19993：58 [2]Achen.Software controlled on-line surface inspection.Steel ()利用毛网在线检测的结果，能及时找出梳 Times Int,1998(3):248 3]李艰，吴兆平，严灏景，利用图像处理技术测定丝/毛混 毛机各梳理区可能出现的故障，做到及时排除， 比的方法初探一图像预处理技术的运用.中国纺织 (2)基于图像处理技术在线定时测定梳毛机 大学学报，1997(5)：31 末道毛网的横向和纵向CV值时，能及时监测粗 [4)余序芬，吴兆平，棉麻混纺比图像处理测试系统的开发研 纱的均匀性，获得高质量的产品，同时为下一工 究.中国纺织大学学报，1998(2)：41 [5】万振凯.面阵CCD摄象机视频信号数据采集极其图象处 序的并线提供可靠的依据. 理的应用，电子与自动化，1998(3)14 参考文献 6]陆首群，质量工程学概论一一全面质量管理基础.北京： 机械工业出版社，1990 [)于锦成.数字图象处理法测定毛涤混纺比探素与展望.毛 Monitoring and control ofevenness of finish woolen web based on computer image processing LI Jucai,XU Jinwu,XU Ke Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The measurement of roving evenness based on a capacitive evenness tester is usually off-line.An on-line measurement of the evenness of finish woolen web based on computer image processing was proposed. Compared with the capacitive evenness tester,the computer image processing can satisfactorily control the evenness of finish woolen web in the whole production process. KEY WORDS computer image processing;finish woolen web;evenness;CV value

北 京 科 技 大 学 学 报 2 3 3 0 0 年 第 期 5 3 侧树 横 向粗纱 编号 图 粗纱横向灰度 4 4 T F i g . r . , v e . sr e g 民y . es s o f or v i o g 3 结 论 ( l) 利用 毛 网 在线 检测 的 结果 , 能及 时 找 出梳 毛机 各梳 理 区 可能 出现 的 故障 , 做 到及 时 排 除 . (2 ) 基于 图像 处 理 技 术在 线 定时 测 定 梳 毛机 末道 毛 网 的横 向和 纵 向 C V 值 时 , 能及 时监 测粗 纱 的均 匀性 , 获 得 高质 量 的产 品 , 同 时为 下 一 工 序 的并 线提 供 可 靠 的依 据 . 参 考 文 献 王1 王 锦成 . 数 字图象 处理法 测定 毛涤混 纺 比探 索与 展 望 . 毛 纺科 技 , 19 9 9 ( 3 ) 5 8 【2 1 A c h en . S o ft w ar e e o n t r o ll e d on , lin e s u r fa e e i n s P e e t i o n . S t e e l T恤es l 助 t , 19 8 ( 3) : 2 4 8 仁3] 李 艰 , 吴兆平 , 严颧 景 . 利用 图像 处 理技 术测定 丝 / 毛混 纺 比 的方法 初探 — 图像 预处理 技术 的运 用 . 中国纺织 大 学学报 , 19 9 7 (5 ) : 3 1 14] 余序 芬 , 昊兆 平 . 棉 麻混 纺 比 图像处 理 测试 系统 的开 发研 究 . 中国 纺织 大学 学报 , 19 9 8 ( 2) : 引 5[ ] 万 振 凯 . 面 阵 C C D 摄象机 视频 信 号数据采 集极 其图象处 理 的应用 . 电子与 自动化 , 19 98 ( 3 ) : 14 6[] 陆 首群 . 质 量工 程学概 论— 全 面质 量管理 基础 . 北京 : 机 械工 业 出 版 社 , 19 90 M o n it o ir n g a n d c o n tr o l o f e v e n e s s o f if n i s h w o o l e n w e b b a s e d o n e o m P u t e r im a g e rP o c e s s l n g L l uJ c a i, X U iJ 月 w u, J 丫U K七 M e c h an i e a l E叱毗 er i n g S e h o o l , U n i v e rs ity o f s e ien e e an d eT e hn o l o罗 B iej i n g , B e ij ing l 0 00 83 , C h in a A B S T R A C T hT e m e as ur e m e n t o f r o v i n g e v e n e s s b a s e d on a c ap ac iit v e e v e un e s s t e s t e r 1 5 us au ll y o -f l i n e . nA o n 一 li n e m e a s ure m e nt o f ht e ve e fm e s s o f if in s h ow o l e n w e b b as e d o n e o m P u t e r im ag e P or e e s s i n g w a s P r o P o s e d . C o m P are d w i ht t h e e ap ac it i v e e v e n e s s t e s te r, the e o m Put e r im a ge Por e e s s i n g e an s at i s afC ot ir ly e o ntr o l ht e e v emt e s s o f if n i s h w o o l e n w e b i n ht e w ho 1 e P r o du e t i on rP o e e s s . K E Y W O RD S e om P ut er im ag e P r o e e s s in g : if in s h w o o l e n w e b: e v e n e s s : C V v a l u e