高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開的高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，包括有成像器，成像器的底部安裝于可移動式導軌上，成像器的后方依次設置有光照系統及直角反射鏡，光照系統與直角反射鏡之間水平設置有紗線引導器，紗線引導器位于直角反射鏡的角平分面上形成檢測面，光照系統與直角反射鏡相對設置。本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，用多點與多紗線檢測提高了紗線檢測的效率，用紗線的面圖像為紗線檢測提供了全面、詳盡的信息，使紗線質量的綜合、全面評價成為可能。
【專利說明】高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于紗線檢測【技術領域】，涉及一種高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置。
【背景技術】
[0002]目前，國內外對于紗線的在線檢測，普遍采用電容式檢測儀或光電式檢測儀。要提高檢測的精度和靈敏度，檢測頭的檢測范圍必須與紗線尺寸相適應，這使檢測頭愈變愈精密,而相應的檢測頭加工技術也愈變愈難,形成了一定的技術壁壘；并且隨著檢測靈敏度的提高，檢測頭對檢測環境也提出了更高要求，要求檢測頭具有更高的可靠性、穩定性及抗干擾能力，這無疑升高了進入這一【技術領域】的門檻。
[0003]隨著紡紗技術的發展，現有的電容式和光電式檢測儀所存在的問題也逐步顯露出來:(1)檢測頭屬單線檢測，即一次僅能檢測一根紗線，面對龐大的紗線生產量，提高檢測效率至關重要，現有技術是用提高紗線檢測速度的方法來提高檢測效率，但大幅提升紗線的檢測速度會受諸多因素的制約；(2)檢測頭屬單點檢測，即在一個檢測窗口內對紗線進行檢測，一般電容式檢測儀測量紗線的截面積，而光電式檢測儀則測量紗線的直徑，測量值僅反映檢測窗口內紗線參數的平均值，難以反映紗線表面細部幾何特征的變化，常需設定一系列的分類閥值，來識別紗線可能存在的瑕疵，但這要求紗線檢測信號必須有很高的精度；(3)檢測頭屬單功能檢測，無論是電容式紗線檢測還是光電式紗線檢測，都只能檢測紗線的尺寸與形狀瑕疵，要檢測紗線的異纖和毛羽瑕疵，必須組合多類傳感器，才能實現紗線的高水平綜合質量評價，這是紗線檢測的一個發展方向，但這會增大紗線檢測的結構與技術難度；(4)檢測頭易受環境影響，一般電容式檢測紗線經過時引發的電容變化，光電式檢測紗線遮擋時造成的光通量變化，但電容量或光通量極易隨環境因素的變化而發生改變，必須定期對檢測系統進行校正與測試；所以有必要探索一種簡單、高效的新型紗線在線檢測方法，來克服目前紗線檢測面臨的諸多問題。
[0004]圖像式紗線檢測常用于靜態分析單根紗線的直徑、形狀及毛羽分布或間歇式分析與檢測多根紗線的質量狀況及瑕疵，目前還難以適應紗線瑕疵的高速在線檢測，要對高速紗線進行圖像式在線檢測必須克服如下難題:(I)速度低:一般圖像傳感器的拍攝幀頻較低，用于檢測高速傳送的紗線，一次必須拍攝足夠長度的紗線，才能避免發生紗線漏檢，若要增大每次拍攝的紗線長度，則必須提高圖像傳感器鏡頭的縮放倍數，但這會降低紗線圖像沿徑向的分辨率，影響紗線的檢測質量，若要確保紗線的檢測質量，則必須使用高分辨率和高幀頻的圖像傳感器，但這又會導致檢測成本的大幅上升，使研發的產品喪失市場競爭力；(2)數據量大:圖像式紗線檢測同目前的電容式和光電式紗線檢測相比屬數字式多點檢測，數字式說明圖像信號必須進行A/D轉換，多點式說明一次紗線檢測要產生多個圖像信號，這要求檢測裝置有強大的信號處理和數據傳輸能力；(3)適應性差:若用面圖像傳感器檢測一根紗線，則僅能發揮面圖像傳感器的很少一部分檢測能力，這會導致大量無效數據的傳輸與處理，嚴重影響紗線的檢測效率，若用線圖像傳感器檢測一根紗線，則因紗線在傳送過程中存在空間位置的波動，很難與線形檢測窗口完全對準，并且該檢測方式相當于沿紗線方向設置了一行檢測窗口，同目前的電容式和光電式紗線檢測相比沒有明顯優勢。所以有必要探索一條新的有效途徑，以實現高速和高效的圖像式紗線在線檢測。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，能顯著提高紗線在線檢測的效率和檢測質量。
[0006]本實用新型所采用的技術方案是，高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，包括有成像器，成像器的底部安裝于可移動式導軌上，成像器的后方依次設置有光照系統及直角反射鏡；光照系統與直角反射鏡之間水平設置有紗線引導器，紗線引導器位于直角反射鏡的角平分面上形成檢測面，光照系統與直角反射鏡相對設置。
[0007]本實用新型的特點還在于，
[0008]成像器，包括有成像器殼體，成像器殼體內一側壁上連接有圖像處理電路板，所述圖像處理電路板的插座內設置有面圖像傳感器，圖像處理電路板后方的下部設置有透鏡調焦機構，透鏡調焦機構的下部固定于成像器殼體內的底部，透鏡調焦機構的上部分別設置有透鏡B、透鏡A，所述透鏡A和透鏡B能沿透鏡光軸相對于透鏡調焦機構移動；透鏡A、透鏡B和面圖像傳感器按成像光路依次設置，且透鏡A、透鏡B和面圖像傳感器的光軸重合；
[0009]透鏡A的縮放軸與面圖像傳感器的成像面I軸平行，透鏡B的縮放軸與面圖像傳感器的成像面X軸平行。
[0010]面圖像傳感器為單色面圖像傳感器或彩色面圖像傳感器。
[0011]直角反射鏡，包括有兩塊相同尺寸的矩形平面鏡，兩塊矩形平面鏡沿一條矩形長邊固定連接成V字形，且兩塊矩形平面鏡之間的夾角為90° ;
[0012]光照系統，包括有兩個相同的均勻照明光源，兩個均勻照明光源關于直角反射鏡的角平分面呈上下對稱設置，處于上部的均勻照明光源對著直角反射鏡中處于下部的矩形平面鏡，處于下部的均勻照明光源對著直角反射鏡中處于上部的矩形平面鏡。
[0013]紗線引導器，包括有紗線引導輪，兩個紗線引導輪在同一平面內呈相對設置，且兩個紗線引導輪的軸線平行；
[0014]兩個紗線引導輪之間形成檢測區；
[0015]每個紗線引導輪上均勻設置有多個導紗槽，每個導紗槽所在平面均垂直于所述紗線引導輪軸線。
[0016]紗線引導輪為水平設置的圓柱體。
[0017]導紗槽為圓弧狀凹槽。
[0018]本實用新型的有益效果在于:
[0019](I)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采取同時檢測多根紗線的方法，既能充分發揮面圖像傳感器的拍攝能力，又能提高紗線并行檢測的效率，還能減少紗線檢測裝置的使用量。
[0020](2)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采用拍攝紗線表面反射光形成的圖像，同電容式的紗線截面透過檢測和光電式的紗線直徑遮擋檢測相比，所拍圖像可用各像點的灰度變化來識別紗線表面的細微變化，由于相鄰像點能進行灰度值對比，所以具有很強的抗干擾和抗惡劣環境能力。
[0021](3)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采用直角反射鏡間接拍攝紗線圖像，同直接拍攝紗線圖像相比，用一根紗線沿兩個方向的圖像將紗線視角從180°擴展至270°，能有效識別可能存在的扁平紗。
[0022](4)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采用紗線引導方式，同電容式和光電式的紗線檢測槽相比，無須專門且穩定的檢測環境，對紗線的正常傳送影響小，所以紗線檢測裝置的結構簡單、易于安裝。
[0023](5)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采用兩個單向縮放透鏡構成組合鏡頭，一個控制紗線圖像沿徑向的縮放倍數，使紗線圖像沿徑向有足夠的分辨率，另一個控制紗線圖像沿長度方向的縮放倍數，使每次拍攝的紗線長度能適應紗線的高速傳送，即用組合鏡頭實現徑向分辨率和長度方向速度匹配的分別控制。
[0024](6)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采用多點式并行檢測，同電容式和光電式的單點檢測相比，一次能獲取更多的紗線表面信息，相當于一次檢測一組矩陣點，所生成的紗線圖像能為紗線的多功能檢測，提供更加全面和細致的紗線表面數據，分析紗線圖像直徑沿長度方向的變化可檢測紗線的尺寸和形狀瑕疵，分析紗線圖像上各處的顏色變化可判定紗線上是否存在異纖，分析紗線圖像上各點灰度值的變化可評價紗線毛羽是否分布異常，這也為紗線生產管理奠定了堅實的基礎。
[0025](7)本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，采取圖像獲取與數據處理結構相互獨立、并發運行的模式，相互獨立便于圖像獲取裝置的開發設計，并發運行便于提高系統的效率和可靠度；為紗線的高速、精密檢測拓展了廣闊空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置的結構示意圖；
[0027]圖2是本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置中直角反射鏡成像的示意圖；
[0028]圖3是本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置中光照系統均勻光照的示意圖；
[0029]圖4是本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置中紗線引導器的結構示意圖；
[0030]圖5是本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置中紗線引導輪的結構示意圖。
[0031]圖中，1.成像器，2.紗線引導器，3.直角反射鏡，4.均勻照明光源，5.透鏡A，6.透鏡B，7.面圖像傳感器，8.圖像處理電路板，9.紗線，10.紗線引導輪，11.紗線鏡像，12.導紗槽，13.透鏡調焦機構，14.可移動式導軌。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0033]本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其結構如圖1所示，包括有成像器1，成像器I的底部安裝于可移動式導軌14上，成像器I的后方依次設置有光照系統及直角反射鏡3，光照系統與直角反射鏡3之間水平設置有紗線引導器2，紗線引導器2位于直角反射鏡3的角平分面上形成檢測面，光照系統與直角反射鏡3相對設置。
[0034]成像器1，其結構如圖1所示，包括有成像器殼體，成像器殼體內一側壁上連接有圖像處理電路板8，圖像處理電路板8的插座內設置有面圖像傳感器7，圖像處理電路板8后方的下部設置有透鏡調焦機構13，透鏡調焦機構13的下部固定于成像器殼體內的底部，透鏡調焦機構13的上部分別設置有透鏡B6、透鏡A5，透鏡A5和透鏡B6能沿透鏡光軸相對于透鏡調焦機構13移動，以便紗線9能在面圖像傳感器7上清晰成像，透鏡A5、透鏡B6和面圖像傳感器7按成像光路依次設置，且透鏡A5、透鏡B6和面圖像傳感器7的光軸重合，透鏡A5的縮放軸與面圖像傳感器7的成像面y軸平行，透鏡B6的縮放軸與面圖像傳感器7的成像面X軸平行。
[0035]面圖像傳感器7在無紗線異纖檢測時選單色，但在要求紗線異纖檢測時選彩色。
[0036]直角反射鏡3，如圖1、圖2及圖3所示，包括有兩塊相同尺寸的矩形平面鏡，兩塊矩形平面鏡沿一條矩形長邊固定連接成V字形，且兩塊矩形平面鏡之間的夾角為90°，直角反射鏡3的角平分面與紗線引導器2所形成的紗線檢測面重合。
[0037]光照系統，如圖1及圖3所示，包括有兩個相同的均勻照明光源4，兩個均勻照明光源4關于直角反射鏡3的角平分面呈上下對稱設置，處于上部的均勻照明光源4正對著直角反射鏡3中處于下部的矩形平面鏡，處于下部的均勻照明光源4正對著直角反射鏡3中處于上部的矩形平面鏡。
[0038]紗線引導器2將多根高速傳送的紗線9引入直角反射鏡3的角平分面內形成檢測面(即直角反射鏡3的角平分面與檢測面重合)，成像器I的成像面關于檢測面對稱平分。
[0039]紗線引導器2，其結構如圖4所示，包括有紗線引導輪，兩個紗線引導輪在同一平面內呈平行且相對設置，其中平行是指兩個紗線引導輪的軸線平行；兩個紗線引導輪之間形成檢測區，每個紗線引導輪10上均勻設置有多個導紗槽12，每個導紗槽12所在平面均垂直于紗線引導輪10軸線，兩個紗線引導輪10上的導紗槽12呈一一相對設置。
[0040]紗線引導輪10為水平設置的圓柱體。
[0041]導紗槽12為圓弧狀凹槽。將每根紗線9的兩端分別張緊在兩個紗線引導輪10上，每根紗線9必須嵌入相應的導紗槽12中，兩個紗線引導輪10之間形成紗線9的檢測區，纏繞在兩個紗線引導輪2上的全部紗線9均勻分布在同一個檢測平面內。按目前面成像傳感器7的分辨率和紗線特征圖像的檢測要求，建議導紗槽12最多設置12個。
[0042]本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置中各部件的作用:
[0043]成像器I安裝于可移動式導軌14上，能夠沿可移動式導軌14滑動，以便于調整成像器I與直角反射鏡3間的距離。
[0044]根據光學成像原理，透鏡A5和透鏡B6均僅在一個方向上具備縮放功能；其中，透鏡A5負責紗線9的徑向尺寸放大，能夠提高紗線9的檢測精度；透鏡B6負責紗線9沿長度方向的縮小，以提供紗線9的成像速度。
[0045]面成像傳感器7負責產生紗線9清晰的圖像，是整個紗線9檢測的核心，會產生大量的圖像數據。
[0046]圖像處理電路板8負責對大量的圖像數據進行變換處理，以減少圖像數據的傳送量和增強其傳送實時性。
[0047]光照系統，如圖1及圖3所示，兩個均勻照明光源4能讓位于均勻照明光源4和直角反射鏡3之間的每根紗線9表面都光照均勻、明亮，以便成像器I能獲取清晰、準確的紗線9的圖像。
[0048]透鏡調焦機構13負責調整透鏡A5和透鏡B6的位置，以便紗線9能在面圖像傳感器7上清晰成像。
[0049]直角反射鏡3能將一根紗線9的兩個紗線鏡像11移至一個平面，如圖2所示，可在直角反射鏡3中觀測270°范圍內的紗線9的表面情況，既便于成像器I拍攝，又能全面反映紗線9的表面幾何狀況。
[0050]本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置的具體使用方法如下:
[0051]步驟1、取I?12根紗線9，如圖5所示，將每根紗線9的兩端分別嵌入兩個紗線引導輪10相對應的導紗槽12中，使得紗線9張緊在紗線引導器2上；
[0052]步驟2、在兩個紗線引導輪10的引導下，張緊在紗線引導器2上的紗線9高速、平穩的在直角反射鏡3的角平分面上形成檢測面；
[0053]步驟3、將兩個均勻照明光源4分別與直角反射鏡3中兩塊平面鏡相對設置好，調整均勻照明光源4的位置和亮度，以便檢測區內每根紗線9的幾何表面都被均勻照亮，并在直角反射鏡3中生成明亮的紗線鏡像11 ；
[0054]步驟4、選合適位置安裝可移動式導軌14，并將成像器I安裝在可移動式導軌14上，調整成像器I在可移動式導軌14上的位置和成像器I的透鏡調焦機構13，使直角反射鏡3中的紗線鏡像11能在面圖像傳感器7上產生清晰的紗線圖像；
[0055]步驟5、啟動紗線9的高速傳送和成像器I的連續成像，成像器I的圖像處理電路板8能將圖像傳感器7產生的圖像信號，變換成適合傳輸、存儲和處理的圖像數據，以便進行后續處理。
[0056]本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置具有以下優勢:
[0057](I)效率高:
[0058]紗線圖像一次能同時檢測多根紗線，同電容式或光電式的單根紗線檢測相比，既提高了紗線檢測效率，又減少了紗線檢測裝置的使用量；以寬1024個像素的圖像傳感器為例，若用20個像素表示一根紗線的直徑，相鄰兩紗線的間距取40個像素，則該實用新型最多能同時在線檢測12根紗線。
[0059](2)觀測范圍廣:
[0060]直角反射鏡3能用一根紗線9的兩個像來呈現一根紗線在270°范圍內的幾何表面，可更完整、準確表達這根紗線的幾何形態，有效避免扁平紗漏檢現象的發生。
[0061](3)能良好匹配紗線速度與拍攝速度:
[0062]以長1280個像素的圖像傳感器為例，若每個像素表示0.1mm的紗線長度，取30fps為拍攝幀頻，則允許的最大紗線速度是230m/min，完全能滿足多數紗線的在線檢測要求。
[0063](4)檢測環境要求低:
[0064]拍攝紗線9的外觀表面，一般僅要求光照均勻且無暗區，檢測區內光照的亮度和均勻度變化雖然會影響各像素的灰度值，但各像素間仍存在檢測所必需的灰度差，所以紗線圖像具有可靠性高和抗干擾能力強的優勢。
[0065](5)具有更高的分辨率:
[0066]若用多個像素表示一根紗線的直徑，則同電容式或光電式的單檢測窗口相比，紗線表面的分辨率更高，紗線表面圖像更精細，允許對紗線質量進行更全面、綜合和深入的分析。
[0067](6)適合紗線的異纖檢測:
[0068]增加紗線9的紫外光照射，當紗線9中含有異纖時，異纖會在紫外光的照射下變色，使用彩色圖像傳感器7能有效識別紗線9中異纖，避免因含異纖紗線9進入后續加工所造成的巨大經濟損失。
[0069]本實用新型高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，解決現有技術中存在的紗線在線檢測信息量少、易受檢測環境影響、檢測探頭靈敏度要求高和實現技術難度大的問題。
【權利要求】
1.高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，包括有成像器(I)，所述成像器(I)的底部安裝于可移動式導軌(14)上，所述成像器(I)的后方依次設置有光照系統及直角反射鏡⑶；所述光照系統與直角反射鏡(3)之間水平設置有紗線引導器(2)，所述紗線引導器(2)位于直角反射鏡(3)的角平分面上形成檢測面，所述光照系統與直角反射鏡(3)相對設置。
2.根據權利要求1所述的高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，所述成像器(I)，包括有成像器殼體，所述成像器殼體內一側壁上連接有圖像處理電路板(8)，所述圖像處理電路板(8)的插座內設置有面圖像傳感器(7)，所述圖像處理電路板(8)后方的下部設置有透鏡調焦機構(13)，所述透鏡調焦機構(13)的下部固定于成像器殼體內的底部，所述透鏡調焦機構(13)的上部分別設置有透鏡B ￠)、透鏡A (5)，所述透鏡A (5)和透鏡B (6)能沿透鏡光軸相對于透鏡調焦機構(13)移動； 所述透鏡A(5)、透鏡B(6)和面圖像傳感器(7)按成像光路依次設置，且所述透鏡A(5)、透鏡B(6)和面圖像傳感器(7)的光軸重合； 所述透鏡A(5)的縮放軸與面圖像傳感器(7)的成像面y軸平行，所述透鏡B(6)的縮放軸與面圖像傳感器(7)的成像面X軸平行。
3.根據權利要求2所述的高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，所述面圖像傳感器(7)為單色面圖像傳感器或彩色面圖像傳感器。
4.根據權利要求1所述高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，所述直角反射鏡(3)，包括有兩塊相同尺寸的矩形平面鏡，兩塊矩形平面鏡沿一條矩形長邊固定連接成V字形，且兩塊矩形平面鏡之間的夾角為90° ; 所述光照系統，包括有兩個相同的均勻照明光源(4)，所述兩個均勻照明光源(4)關于直角反射鏡(3)的角平分面呈上下對稱設置，處于上部的均勻照明光源(4)對著直角反射鏡(3)中處于下部的矩形平面鏡，處于下部的均勻照明光源(4)對著直角反射鏡(3)中處于上部的矩形平面鏡。
5.根據權利要求1所述的高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，所述紗線引導器(2)，包括有紗線引導輪(10)，兩個紗線引導輪(10)在同一平面內呈相對設置，且兩個紗線引導輪(10)的軸線平行； 所述兩個紗線引導輪(10)之間形成檢測區； 每個紗線引導輪(10)上均勻設置有多個導紗槽(12)，每個導紗槽(12)所在平面均垂直于所述紗線引導輪(10)軸線。
6.根據權利要求5所述的高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，所述紗線引導輪(10)為水平設置的圓柱體。
7.根據權利要求5所述的高速連續在線獲取多紗線圖像的裝置，其特征在于，所述導紗槽(12)為圓弧狀凹槽。
【文檔編號】G01N21/89GK204188140SQ201420512398
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月5日 優先權日:2014年9月5日
【發明者】汪成龍, 柴彩彩 申請人:西安工程大學