基于机器视觉的快速在线纸病检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于机器视觉的快速在线纸病检测系统，该系统能够准确地检出并识别高速运动中纸页的缺陷，包括直径0.5mm以上的孔洞、脏/污点、水滴/油滴印记、破损、褶皱、刮痕、暗斑、亮斑、边缘破损等常见缺陷。同时系统具有图像显示、实时报警、质量报告表打印、纸病剔除、设备故障诊断等功能。它包括至少一台图像采集装置，图像采集装置设置在纸辊上方，图像采集装置还设有相配合的可调节照明光源；图像采集装置与图像处理计算机连接，图像处理计算机与后台数据分析与管理服务器连接，同时，在纸辊的辊轴上还安装有至少一个高速旋转编码器，高速旋转编码器也与后台数据分析与管理服务器连接。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于机器视觉的快速在线纸病检测系统。
技术介绍
在对纸张高质量要求的前提下，纸病检测在现代造纸生产过程中显得尤为重要。 现代造纸机的特点是幅度宽、速度快，幅宽超过10米，速度达到36米/秒。这样靠人工肉眼检测成纸纸病已不可能。人工检测操作速度慢，因此需要大量人力，二来对这种简单和重复的工作，容易遗漏大量的纸病缺陷。而且纸机车速提高后，也面临着纸张出现更多缺陷的风险。最小的纸病尺寸通常小于1mm2，这就使得检测工作更加困难，为了适应这种生产要求， 借助于“机器视觉”技术的智能化在线检测技术可以在增加产量的同时，降低劳动强度和劳动费用。更重要的是，通过消除由于人的疲劳造成的失误而获得更高的准确度。常见的外观纸病有孔洞、斑点、褶皱、龟裂、透明点、浆斑、纸边裂口等等。从图像处理的角度来看，可以把外观纸病分为高对比度纸病和低对比度纸病，高对比度是指纸病处的灰度值大大超出了背景纹理的正常范围，包括脏斑、粘料、孔洞等等。低对比度纸病也称为微弱纸病，是指纸病处的灰度值与背景纹理差别不大，甚至其灰度值在背景纹理的正常起伏之内，但是由于纸病处的纤维结构发生了变化，致使外观上被认为是微弱纸病，包括半透明、气泡等。基于机器视觉技术的纸病检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号， 图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能。目前国内企业使用的纸病监测系统主要依靠进口设备，瑞士 ABB、美国Hnoeywell 等公司已经研制出纸病检测系统。其中，ABB是最早研制和开发纸病检测系统的厂家，其最新的纸病检测系统为2008年推出的Wfeb Imaging HDI800。根据查阅的资料显示，牡丹江恒丰纸业引进的Honeywell公司的纸病检测系统运行稳定，控制良好。国内的纸病检测技术研究处于成长阶段，浙江大学双元公司于2004年推出了 SYWIS3000纸病检测分选系统，是国内第一个自行开发的纸病检测系统，尚未见到有关系统及技术方案和使用情况的报道。
技术实现思路
本技术就是为解决上述问题，提供了一种基于机器视觉的快速在线纸病检测系统，该系统能够准确地检出并识别高速运动中纸页的缺陷，包括直径0. 5mm以上的孔洞、 脏/污点、水滴/油滴印记、破损、褶皱、刮痕、暗斑、亮斑、边缘破损等常见缺陷。同时系统具有图像显示、实时报警、质量报告表打印、纸病剔除、设备故障诊断等功能。为实现上述目的，本技术采用如下技术方案一种基于机器视觉的快速在线纸病检测系统，它包括至少一台图像采集装置，图像采集装置设置在纸辊上方，图像采集装置还设有相配合的可调节照明光源；图像采集装置与图像处理计算机连接，图像处理计算机与后台数据分析与管理服务器连接，同时，在纸辊的辊轴上还安装有至少一个高速旋转编码器，高速旋转编码器也与后台数据分析与管理服务器连接。所述图像采集装置为工业用高精度线阵扫描式CXD摄像机。所述可调节照明光源为可调节LED照明光源。本技术中高精度线阵扫描式C⑶摄像机安装在造纸机的上部，每台摄象机的读取速度20，000次/秒(或40，000)，纸机纵向纸病检测最小分辨率可达0. 3mm (取决于纸机速度和摄像头个数)。在纸幅下部适当高度安装超高亮LED照明光源。光线可透射纸张或是反射纸面，这取决于纸病的检测项目及成纸厚度。摄象机CCD线阵对纸幅进行逐行扫描，通过高性能图像处理计算机生成实时的动态检测图像。后台数据分析与管理服务器功能主要是对造纸生产线的在线检测的缺陷数据进行整理分析，形成高效的缺陷数据库，为以后对产品质量跟踪分析等作数据资料存档，并且实时监控造纸生产线运行情况，实时更新缺陷数据显示，当缺陷达到报警标准及时报警。本技术的有益效果是结构简单，检测精度高，速度快。附图说明图1检测系统结构示意图。其中，1.图像采集装置，2.纸辊，3.可调节照明光源，4.图像处理计算机，5.后台数据分析与管理服务器，6.高速旋转编码器。具体实施方式以下结合附图与实施例对本技术做进一步说明。图1中，它包括至少一台图像采集装置1，图像采集装置1设置在纸辊2上方，图像采集装置1还设有相配合的可调节照明光源3 ；图像采集装置1与图像处理计算机4连接， 图像处理计算机4与后台数据分析与管理服务器5连接，同时，在纸辊2的辊轴上还安装有至少一个高速旋转编码器6，高速旋转编码器6也与后台数据分析与管理服务器5连接。所述图像采集装置1为工业用高精度线阵扫描式CXD摄像机。所述可调节照明光源3为可调节LED照明光源。工业用高精度线阵扫描式CCD摄像机是一维线状排列的，即只有一行像元，每次只能采集一行的图像数据，只有当摄像机与被摄物体在纵向相对运动时才能得到我们平常看到的二维图像。所以在机器视觉系统中一般用于被测物连续运动的场合，尤其适合于运动速度较快、分辨率要求较高的情况。线阵相机较面阵相机在对纸病检测精度的提升上具有更大的优势。摄像机感光元件采用的是CCD传感器。CCD是一种新型光电转换器件，它是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上.CCD根据光的强弱积聚相应的电荷.产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都具有较高的性能。工业用高精度线阵扫描式C⑶摄像机的数据接口采用Gigabit Ethernet。千兆位以太网传输速度可达每秒1000兆位(即IGbps)，比快速以太网(FASTEthernet)快10倍。 具有网络可靠性高、管理和纠错工具的有效性强、可扩展性好、价格低等优点。千兆位以太网仍使用传统的CSMA/CD协议、帧格式的帧长，由于千兆位以太网频宽较高，因此它提供的服务更有保证。另外千兆位以太网还支持交换机之间、交换机与终端之间的全双工连接，支持共享网络的半双工连接方式，并使用中继器和CSMA/CD冲突检测机制。采用千兆以太网总线作为纸病检测系统的总线，具有传输速度快、传输距离远、可靠性高、产品成熟、易于扩展、价格低廉，并可以做到大范围、快速、多点配置的优点，具有很高的性价比。由几何光学知识、小孔成像公式以及CCD图像传感器靶面尺寸公式可计算出需要的图像传感器个数及传感器安装高度。L = npXsp式中L——图像传感器靶面长度；np——像传感器像元个数；sp——图像传感器像元尺寸。光源理想的光源应该是明亮，均勻，稳定的。本系统采用的是LED阵列模块作为照明光源。LED光源使用寿命约约3万小时(间断使用寿命更长)。可制成各种形状、尺寸及各种照射角度；可根据需要制成各种颜色，并可以随时调节亮度；通过散热装置，散热效果更好，光亮度更稳定；反应快捷，可在10微秒或更短的时间内达到最大亮度；电源带有外触发，可以通过计算机控制，启动速度快。采用由LED阵列和柱面透镜组成的平行光本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于机器视觉的快速在线纸病检测系统，其特征是，它包括至少一台图像采集装置，图像采集装置设置在纸辊上方，图像采集装置还设有相配合的可调节照明光源；图像采集装置与图像处理计算机连接，图像处理计算机与后台数据分析与管理服务器连接，同时，在纸辊的辊轴上还安装有至少一个高速旋转编码器，高速旋转编码器也与后台数据分析与管理服务器连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的快速在线纸病检测系统，其特征是，它包括至少一台图像采集装置，图像采集装置设置在纸辊上方，图像采集装置还设有相配合的可调节照明光源；图像采集装置与图像处理计算机连接，图像处理计算机与后台数据分析与管理服务器连接，同时，在纸辊的辊轴上还安装有至少一个高速旋转编码器...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦星光，李庆华，王磊，周露露，甄易，沈才生，
申请(专利权)人：山东轻工业学院，
类型：实用新型
国别省市：88