基于工控机的氟塑料薄膜疵点在线检测控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于工控机的带状材料疵点在线检测控制系统，包括五个模块：适合 带状材料特点的生产线照明模块(本文以氟塑料薄膜为例)；对步进电机进行高精度控制 的运动控制模块；驱动多个高分辨率线阵CCD同步采集的采集控制模块；对带状材料疵 点进行图像识别的检测处理模块；以及用于工厂网络内对检测结果面板进行实时监测的网 络监测模块。提出了步进电机与及图像采集协同控制的关键技术以及多个高分辨率线阵 CCD同步采集的采集控制关键技术；本发明专利技术具有速度快、精度高等优点，可普遍适用于塑 料薄膜、纸张制品等类似的透明(半透明)、带状、宽幅产品的疵点实时自动检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属步进电机与及图像采集协同控制
，特别涉及一种用于实时高精度检 测带状产品质量的基于工控机的多线阵图像传感器的视觉检测系统。
技术介绍
由于质量检测自动化的需求日益迫切，近年来疵点的自动检测己成为国内外学者一直 关注和研究的热门课题，并已经取得了许多成果。例如佐治亚理工学院的研究人员公开 了一种织物巻绕时对疵点进行在线检测的图像识别系统，硬件由三个固定的CCD摄像机 和经过特殊安排的照明系统组成，而软件中应用了神经网络、模糊逻辑和小波变换等工具(Dorrity JL， Vachtsevanos, C, Jasper. Annual Report-National Textile Center, 1996,31(1): 621-626)，这种系统将会由美国西弗吉尼亚的Appalachian电子仪器公司进行商业化生产。 而J. A. Throopa等人则公开了一条嵌入了疵点在线视觉检测系统的苹果按质量分类的生产 线(D.J. Aneshansleya， W.C. Angerb and D.L. Peterson. Quality evaluation of apples based on surface defects: development of an automated inspection system. Postharvest Biology and Technology,2003,volume 36)。而在国内，有关疵点检测的专利只检索到了东华大学2006年公开的200510U0244"— 种自动验布等级客观评定系统"，其主要功能是利用DSP模块实现自动验布，不涉及基于 工控机的多线阵CCD阵列图像采集以及驱动电机控制系统等高速实时检测的关键技术。 此外，关于氟塑料产品的专利，其中与带状缠绕材料相关的共有6项，都是关于其再应用 的，而关于其质量检测的相关专利还未见报道。氟塑料薄膜制品有其独特的产品特性，如表面不具有规则的花纹；质地透明无色且 平滑，反光性能好；大多数薄膜疵点大都为细小孔洞、淡色污染；生产线幅面大都较宽等。 适用于该种产品的疵点自动检测系统现在还尚未有公开的技术专利。
技术实现思路
本专利技术的目的是弥补国内现有自动检测技术的不足，提供一种适用于宽幅透明塑料薄 膜疵点实时采集与处理的多线阵CCD视觉检测系统，同时结合LabVIEW软件作为各个模 块的控制平台，实现了在氟塑料薄膜生产线上对该产品的疵点实时检测、信息存储与监本专利技术的创新点是采用多个线阵CCD作为成像器件，并针对线阵CCD行扫描特点设4计了运动系统和采集系统的协调工作方案。设计了步进电机+双编码器的闭环控制方法， 并采用以VC为中介的、基于LabV正W的对运动控制卡动态链接库的双重调用方法来实 现控制；设计了基于张紧辊编码器脉冲外触发的多线阵CCD同步等比例采集方法和基于 多缓冲区Ring方式的图像釆集方法；同时实时地对所得图像数据进行处理、储存和网络发 布，从而有效地提高可检疵点的精度和检测速度，实现透明(半透明)带状材料的视觉在 线质量监控。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下(1) 照明模块采用CCS白色条形光源背投；照明模块充分考虑氟塑料薄膜材质特点，采用ccs白色条形光源背投方式具有很好的稳定性，可以较有效地克服由于自然光的变化所带来的检测误差。(2) 运动控制模块采用GT-400运动控制器，包括GT-400-SV-PCI-G运动控制卡、端子板和步进电机驱动器，并使用两个增量型旋转编码器，其一安装在步进电机同轴(称为电机编码器)，用于产生反馈脉冲与运动卡控制脉冲进行比对；其二安装在薄膜张紧辊上(称之张紧辊编码器)，用于将生产线的线速度转化为脉 冲信号，输出给采集控制模块。(3) 釆集控制模块多个SmartBlue SB4480线阵CCD摄像机在塑料薄膜生产线的 同一纵向位置排列，并依照分辨率和检测精度划分视场，连接至NI-1409图像 采集卡，采集卡接受运动控制模块传送来的触发信号后按照多缓冲区图像Ring 采集方式进行同步采集，并将图像数据存放在缓冲区内。(4) 检测处理模块对薄膜疵点进行图像识别，从缓冲区提取图像数据，采用"由粗 到细"的图像处理方法来提取出疵点各项信息进行存储，并使用户能进行对疵点 灰度阀值、电机运行方式、信息存储位置各参数的设定操作，并实时显示疵点 图像处理结果。(5) 网络监测模块针对工厂网络化环境，采用基于B/S构架和LabVIEW WEB SERVER 的远程面板监测方案，实现了一套测试硬件平台的多点共享和网络化监测。所述的运动控制模块采用以VC为中介的，基于LabVIEW的对运动控制卡函数的双 重调用方法来实现对步进电机的控制。所述的采集控制模块由NI Vision实现对采集卡的快速配置。 所述的检测处理模块的疵点检测与界面生成在LabVIEW中实现。 所述的网络监测模块采用LabVIEW WEB SERVER的远程面板功能实现客户端通过浏览器对系统前面板的访问与监测。由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果(1) 着眼于工业机器视觉系统发展趋势，对特定行业——塑料薄膜厂家的产品设计 符合需求的专用检测系统。所构建的视觉检测系统不仅仅完成传统视觉系统图像采集与处 理的功能，还涉及运动控制、工业通信等领域，协调和发挥了多种工厂自动化系统的功能， 体现了机器视觉与工业环境更智能化的融合。(2) 将图像采集过程与生产线运动过程紧密地结合一起。设计了一种"步进电机+双 编码器"的闭环控制方案，既提高了步进电机控制精度，又为采集模块提供了触发脉冲； 同时采用多个线阵CCD作为成像器件，并设计了以运动模块输出脉冲为外触发信号的薄膜 图像纵向等比例采集方案，提出了适用于数据传输量大的情况的多缓冲区Ring采集方法。(3) 系统软件基于LabV正W平台开发，提出了以VC为中介的、基于LabVIEW的 对运动控制卡动态链接库的双重调用方法，实现了基于PC和运动控制卡的运动控制；编 写了基于LabVIEW平台和NI Vision Module的塑料薄膜疵点检测程序，并生成了包括电机 控制、采集控制、检测结果显示在内的软件界面。充分利用了该平台图形化开发的优势， 实现用户对各硬、软件参数的设定、配置，并具有美观便捷、易于操作的界面。 附图说明图1是本专利技术的系统整体结构原理图2是本专利技术的系统构成图3是本专利技术的系统层次图4是本专利技术的步进电机双编码器闭环控制方案设计图5是本专利技术的电机编码器反馈脉冲补偿原理图6是本专利技术的运动控制模块的信号类型变换示意图7是本专利技术的步进电机S型升降速实测曲线图8是本专利技术的步进电机加入位置反馈和脉冲补偿前后对比图9是本专利技术的多线阵CCD同步等比例图像釆集方案设计图10是本专利技术的多缓冲区图像Ring连续采集方式的原理示意图11是本专利技术的多缓冲区图像Ring连续采集方式的流程图12是本专利技术的疵点检测及存储的LabVIEW程序框图13是本专利技术的疵点检测实时显示图及在Excel中存储结果的截图14是本专利技术的人机交互界面图；图15是本专利技术的客户端浏览器中显示的远程监控面板示意图； 图16是本专利技术的服务器端的远程前面板管理器功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于工控机的氟塑料薄膜疵点在线检测控制系统，其特征在于，包括以下五个模块：照明模块；运动控制模块；采集控制模块；检测处理模块；网络监测模块。　（１）照明模块：采用ＣＣＳ白色条形光源，直流供电，背投照明，适合氟塑料薄膜透明无纹理、表面光滑等特殊属性；　（２）运动控制模块：采用步进电机双编码器闭环控制方案，通过步进电机同轴的电机编码器反馈脉冲与运动卡控制脉冲进行比对，同时进行误差补偿，来保证控制精度；通过张紧辊编码器将生产线运动速度实时转变为ＴＴＬ脉冲信号，并作为采集控制模块的多个线阵ＣＣＤ外触发信号，连接到采集卡接口盒，从而保证采集到高精度的同步等比例图像；　（３）采集控制模块：以张紧辊编码器脉冲作为采集行信号，触发采集卡对薄膜图像进行行扫描采集，并将采集到的图像数据传输给工控机（ＰＣ），暂存在工控机系统的缓存区中；　（４）检测处理模块：从缓冲区提取图像数据，采用“由粗到细”的图像处理方法来提取出疵点各项信息，存储在Ｅｘｃｅｌ文件中以备技术员随时查看，同时由软件界面向用户显示处理结果；　（５）网络监测模块：采用Ｂ／Ｓ网络构架，以工控机为ＮＩ应用服务器，将检测数据利用远程面板发布到工厂网络中，客户端的技术人员由浏览器即可对实时检测结果进行监控。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝矿荣，詹司佳，丁永生，宋邵宁，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31