一种碳纤维检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及机器视觉技术，特别地，涉及一种碳纤维系统。


背景技术：

2.碳纤维是一种新型的复合材料，广泛应用于航空航天、碳芯电缆、体育休闲、压力容器、风电叶片等领域。碳纤维经过拉丝工艺形成碳纤维原丝，若干碳纤维原丝合并在一起并经过碳化工艺形成可供织布的碳纤维纱线。但在碳化过程、以及其他生产环节会发生个别碳纤维原丝局部破损、断裂现象，形成毛团，毛条附着在碳纤维纱线上。
3.目前对于这种毛团，毛条以及纱线接头的检测均是在碳化后，在碳纤维纱线缠绕过程中采用人工检验的方式，但是由于生产设备同时缠绕上百根碳纤维纱线，如果要全部检测，成本会大大增加。同时生产过程中，由于碳纤维处于运动过程中，缺陷不易检测，因此通过人工检验无法完成实时在线检测，只能是在生产完毕后进行抽检。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种碳纤维检测系统，以解决，如果要全部检测碳纤维，成本会大大增加。同时生产过程中，由于碳纤维处于运动过程中，缺陷不易检测，因此通过人工检验无法完成实时在线检测，只能是在生产完毕后进行抽检的问题。
5.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.一种碳纤维检测系统，包括：第一纱线绕辊和第二纱线绕辊，所述第一纱线绕辊位于所述第二纱线绕辊上方，碳纤维经过所述第一纱线绕辊之后竖直向下经过所述第二纱线绕辊；
7.位于所述第一纱线绕辊和所述第二纱线绕辊之间竖直向下的碳纤维正面设有第一照明装置和第一图像获取装置，背面设有第二照明装置和第二图像获取装置；
8.所述第一照明装置和所述第一图像获取装置安装角度相互配合，以使所述第一图像获取装置能够获取所述第一照明装置照亮处的碳纤维的图像；所述第二照明装置和所述第二图像获取装置安装角度相互配合，以使所述第二图像获取装置能够获取所述第二照明装置照亮处的碳纤维的图像；
9.还包括图像处理装置，所述图像处理装置与所述第一图像获取装置和第二图像获取装置连接，所述图像处理装置用于判断所述第一图像获取装置和第二图像获取装置获取的图像是否存在缺陷以及记录所述缺陷的位置。
10.进一步地，还包括：
11.启动控制装置，安装在所述第一纱线绕辊或所述第二纱线绕辊处，用于根据所述启动控制装置安装处的纱线绕辊的工作状态控制所述第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置的工作状态。
12.进一步地，所述启动控制装置为旋转编码器；当所述旋转编码器安装处的纱线绕辊转动时，所述编码器同步转动并向所述第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装
置以及第二图像获取装置发送触发信号。
13.进一步地，所述启动控制装置包括角速度传感器，用于检测所述第一纱线绕辊或所述第二纱线绕辊的转速；根据检测的纱线绕辊的转速控制所述第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置的工作状态。
14.进一步地，所述第一照明装置和第二照明装置为led光源，所述led光源照射方向与竖直向下的碳纤维呈45度。
15.进一步地，所述第一照明装置和第二照明装置距离竖直向下的碳纤维30mm。
16.进一步地，所述第一图像获取装置和第二图像获取装置为工业相机，所述工业相机与竖直向下的碳纤维呈90度，且与对应的照明装置高度对应，以使所述工业相机能够获取到对应的照明装置照亮处的碳纤维的图像。
17.进一步地，所述第一图像获取装置和第二图像获取装置距离对应照明装置照亮处的碳纤维70mm。
18.进一步地，还包括：报警装置，与所述图像处理装置连接，用于在所述图像处理装置判断获取的图像存在缺陷时发出警报。
19.进一步地，还包括：显示装置，用于与所述图像处理装置连接，用于在所述图像处理装置判断获取的图像存在缺陷后显示缺陷所在位置并与用户进行交互。
20.本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
21.本实用新型公开的一种碳纤维检测系统，第一纱线绕辊和第二纱线绕辊呈上下设置，使第一纱线绕辊和第二纱线绕辊间存在一段竖直向下的碳纤维，便于第一图像获取装置和第二图像获取装置获取碳纤维正面和背面的图像。照明装置和对应的图像获取装置安装角度相互配合，能够使第一图像获取装置和第二图像获取装置获取图像时第一照明装置和第二照明装置能够提供充足的亮度。最终图像处理装置提供判断获取的图像是否存在缺陷并记录缺陷的位置。全程自动监测，无需人员参与，降低了人力成本。即使碳纤维处于运动过程，也能够对碳纤维进行全部检测。
附图说明
22.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本实用新型实施例提供的一种碳纤维检测系统结构示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的一种实际碳纤维检测系统的结构示意图。
具体实施方式
25.为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。
26.参照图1，本实用新型提供的一种碳纤维检测系统，包括：第一纱线绕辊101和第二
纱线绕辊102，第一纱线绕辊位于第二纱线绕辊上方，碳纤维经过第一纱线绕辊之后竖直向下经过第二纱线绕辊；
27.位于第一纱线绕辊和第二纱线绕辊之间竖直向下的碳纤维正面设有第一照明装置103和第一图像获取装置104，背面设有第二照明装置105和第二图像获取装置106；
28.第一照明装置和第一图像获取装置安装角度相互配合，以使第一图像获取装置能够获取第一照明装置照亮处的碳纤维的图像；第二照明装置和第二图像获取装置安装角度相互配合，以使第二图像获取装置能够获取第二照明装置照亮处的碳纤维的图像；
29.还包括图像处理装置，图像处理装置与第一图像获取装置和第二图像获取装置连接，图像处理装置用于判断第一图像获取装置和第二图像获取装置获取的图像是否存在缺陷以及记录缺陷的位置。
30.本实用新型提供的一种碳纤维检测系统，第一纱线绕辊和第二纱线绕辊呈上下设置，使第一纱线绕辊和第二纱线绕辊间存在一段竖直向下的碳纤维，便于第一图像获取装置和第二图像获取装置获取碳纤维正面和背面的图像。照明装置和对应的图像获取装置安装角度相互配合，能够使第一图像获取装置和第二图像获取装置获取图像时第一照明装置和第二照明装置能够提供充足的亮度。最终图像处理装置提供判断获取的图像是否存在缺陷并记录缺陷的位置。全程自动监测，无需人员参与，降低了人力成本。即使碳纤维处于运动过程，也能够对碳纤维进行全部检测。
31.作为对上述实施例的补充说明，系统还包括：
32.启动控制装置，安装在第一纱线绕辊或第二纱线绕辊处，用于根据启动控制装置安装处的纱线绕辊的工作状态控制第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置的工作状态。需要说明的是，在正常生产情况下，第一纱线绕辊和第二纱线绕辊转速完全相同。
33.作为本实用新型实施例一种可选的实现方式，启动控制装置为旋转编码器107；当旋转编码器安装处的纱线绕辊转动时，编码器同步转动并向第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置发送触发信号。图1中旋转编码器设置在第一纱线绕辊处。需要说明的是，编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。具体的，编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。在实际使用过程中，旋转编码器的转动速度与第一纱线绕辊的转速相同，当第一纱线绕辊开始转动时，旋转编码器也开始转动，此时发出触发信号，让第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置开始工作；当第一纱线绕辊转速越快，单位时间碳纤维通过第一纱线绕辊上输送的长度越长，此时旋转编码器触发信号发送的频率变高，第一图像获取装置和第二图像获取装置获取图像的频率也相应高，使第一图像获取装置和第二图像获取装置获取图像的频率与碳纤维输送速度匹配。
34.作为本实用新型另一种可选的实现方式，启动控制装置包括角速度传感器，用于检测第一纱线绕辊或第二纱线绕辊的转速；根据检测的纱线绕辊的转速控制第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置的工作状态。该方式通过角速度传感器测量角速度，然后根据角速度直接向第一照明装置、第二照明装置和第一图像获取装置以及第二图像获取装置发送控制指令，控制第一照明装置和第二照明装置的开闭
以及第一图像获取装置和第二图像获取装置的开闭和获取图像的频率。
35.作为本发明实施例一种可选的实现方式，第一照明装置和第二照明装置为led光源，led光源照射方向与竖直向下的碳纤维呈45度。优选地，第一照明装置和第二照明装置距离竖直向下的碳纤维30mm。第一照明装置和第二照明装置采用led光源节能环保，同时又能为碳纤维正面和背面提供足够的亮度，便于第一图像获取装置和第二图像获取装置获取清晰的图像。
36.作为本发明实施例一种可选的实现方式，第一图像获取装置和第二图像获取装置为工业相机，工业相机与竖直向下的碳纤维呈90度，且与对应的照明装置高度对应，以使工业相机能够获取到对应的照明装置照亮处的碳纤维的图像。优选地，第一图像获取装置和第二图像获取装置距离对应照明装置照亮处的碳纤维70mm。
37.作为本发明实施例一种可选的实现方式，图像处理装置为包括图像处理软件的计算机(图1中未示出)。现在通过图像处理软件识别图像是非常成熟的技术手段，因此在此不在详细描述。
38.一些可选实施例中，还包括报警装置，与图像处理装置连接，用于在图像处理装置判断获取的图像存在缺陷时发出警报。一些优选实施例中，报警装置可选用蜂鸣器或者报警灯。
39.一些可选实施例中，一些可选实施例中，还包括：显示装置，用于与图像处理装置连接，用于在图像处理装置判断获取的图像存在缺陷后显示缺陷所在位置并与用户进行交互。具体地，显示装置为液晶显示器。
40.可以理解的是，由于图1展示角度问题，存在一些装置未在图中示出，未展示的装置是因为对其安装位置没有具体限定，可以根据实际情况安装。
41.为了更详细的了解本申请的方案，如图2所示，本实用新型提供一种实际碳纤维检测系统的结构。首先需要说明的是碳纤维表面的毛丝，毛团在外观上的典型特点造成碳纤维本身反射光的强度不同，也就是毛丝，毛团的缺陷使碳纤维表面不光滑，反射性会差，没缺陷的碳纤维表面光滑，反射性好。基于此特点，系统采用反射光原理进行碳纤维纱线图像采集。具体地，系统采用3台工业相机采集碳纤维纱线正面图像，3台工业相机采集碳纤维纱线背面图像，相机垂直于碳纤维纱线，距离碳纤维纱线70mm。2套led光源以45度夹角照射碳纤维表面，距离碳纤维表面30mm。旋转编码器用来触发相机和光源的同步数据采集；
42.其中，led光源负责将纱线表面照亮；6台相机负责拍摄碳纤维纱线表面图像；计算机用来运行检测软件，实现检测算法，并在发现缺陷时提供报警信号；led汉字屏即液晶显示器用于和用户进行交互。
43.图像采集过程：当生产线运行时，压在生产线纱线辊轴上的旋转编码器开始旋转，并以旋转速度为基础触发相机进行图像采集，旋转越快，相机采集频率越快，这样就可以保证在不同的速度下，采集到的图像不失真，以满足不同生产不同产品时速度的差异。
44.由于碳纤维碳化后，纱线呈现深黑色，要在深黑色的碳纤维表面检测黑色的毛团，毛条，就需要采用光线是平行发散的光源，且光源亮度需要足够亮，在采集过程中，平行光源和相机的夹角要配合，方能采集到清晰，易于识别的图像。
45.图像处理过程：当相机采集到纱线图像后，通过千兆网将图像数据传送至工业控制计算机，工业控制计算机运行设计好的图像处理算法对采集到的纱线图像进行处理，当
发现有缺陷时，系统报警提示，同时将缺陷图像存储在相应的落筒文件夹内以便后期查询；没有发现缺陷的图像则不需要保存。
46.算法设计：图像处理算法是机器视觉系统的核心，采集到纱线图像后，首先进行各种滤波处理，以消除图像采集过程中的噪声，然后进行图像增强，使图像更加有利于检测，接着进行阈值化处理，分离出缺陷部分，再下来采用blob等算法计算缺陷的尺寸信息。通过一系列处理，最后得到有缺陷的图像。
47.在得到有缺陷的图像后记录缺陷存在的位置，可采用人工去除缺陷处存在的毛团、毛条。或者采用执行机构，将存在缺陷的纱线筒自动去除。
48.本实用新型实施例提供的碳纤维检测系统，采用机器视觉技术，实现碳纤维无接触，无损伤检测，完全替代人工进行产品质量检测。将每根纱线上的缺陷信息和落筒位置对应起来，对每一筒碳纤维纱线进行客观的评级。系统考虑到碳纤维检测现场空气中存在漂浮的碳丝，容易对检测设备电气元件造成损伤，设备采用了密闭方式，所有电气元件均和现场实现密闭隔离，并在电气柜内采用正压方式以保证碳丝不会落进电气柜内部。
49.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
50.需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
51.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
52.应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
53.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
54.此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
55.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。