一种纱线接头检测装置及其使用方法与流程

技术领域:

本发明属于机械领域，具体是一种纱线接头检测装置及其使用方法

背景技术：
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纺织行业以劳动密集型模式为主，对劳动力资源的依赖程度较高。随着国内人力成本的不断提高，我国劳动力成本优势逐渐弱化，经营成本压力倒逼企业淘汰落后产能，引入自动化、智能化纺织机械设备已是大势所趋。

近年来，随着智能控制、视觉检测、图像识别、智能传感等新技术的研究与运用，纺织行业的自动化、智能化控制程度也越来越高。在针织过程中，机械手更换纱架上的纱筒后，利用自动接头机完成纱线接头，可实现纱线自动续纱，保证织机在无人干预的情况下连续不间断用纱，因此纱线的接头质量检测非常关键，目前用机器代替人工来解决接头可靠性检测的操作，尚未见有解决方案，导致无法实现无人工厂和智能化生产。

技术实现要素：
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为了解决上述问题本发明公开了一种纱线接头检测装置及其使用方法，本发明由工业相机、微动传感器、限位传感器、plc/单片机模块和工作站上位机组成，实现对纱线接头是否连接的检测装置，结构清晰，可靠性高、成本可控、易推广；利用视觉检测技术对完成接头的纱线和接头进行拍摄，利用图像处理、识别技术初步判断接头和纱线位置情况，再利用桁架机器人和直流电机控制微动传感器、限位传感器的智能传感技术来判定接头的可靠性，判断精准，快速。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的：

一种纱线接头检测装置，包括旋转装置，旋转装置连接有第一支架3，第一支架3连接有微动传感器2；配合第一支架3安装有限位传感器4；限位传感器4和微动传感器2通讯连接有智能控制装置。

进一步的改进，第一支架3通过第二支架8与微动传感器2相连；第二支架8还安装有工业相机1，微动传感器2与智能控制装置通讯连接，智能控制装置还通讯连接有报警器。

进一步的改进，所述旋转装置连接在通过电机连接件6连接在桁架机器人的z轴滑块7上，z轴滑块7连接有x轴滑块10，x轴滑块10连接有y轴滑块9；所述限位传感器4为安装有压力传感器的u形块。

进一步的改进，所述x轴滑块10、y轴滑块9和z轴滑块7均为气缸或油缸或丝杆机构。

进一步的改进，所述工业相机1用于拍摄照片，照片用于识别纱线的接线情况；

识别方法如下：

1预处理：工业相机摄像，摄像范围内放置有已知长度的标志物；对工业相机获取的图片进行均值滤波处理；

2识别：采用canny边缘检测，找出目标物体，进而识别出目标物体；

3定位：利用标志物的长度，求出的标志物的像素长度，得出像素的尺寸，再利用像素尺寸和标志物在自定义原点的x,y方向的像素距离，进而求出标志物相对水平放置的摄像头的x,y方向实际距离；所述自定义原点为工业相机的摄像头正前端中心所述的坐标；

4测量：测量得出目标物体的长度；若目标物体为两条处于自由状态较长的纱线，且长度＞阈值，则说明接头机未工作正常，重新接头或者报警请求处理；若目标物体为两条处于自由状态较长的纱线且长度≤阈值，说明接头机已经将纱线剪断但未形成接头，则报警请求处理；如果识别到图片中接头或者一条完整连接好的纱线则认为接头成功，通过智能控制装置控制桁架机器人和旋转装置动作，利用微动传感器和限位传感器检测接头可靠性。

进一步的改进，所述预处理和canny边缘检测算法的处理流程如下：

一、使用高斯滤波器，以平滑图像，滤除噪声：

使用高斯滤波器与图片进行卷积，以减少边缘检测器上明显的噪声影响，大小为(2k+1)x(2k+1)的高斯滤波器核的生成方程式由下式给出：

其中，为模板中各个元素值，i为整数，j为整数，为标准差，k为整数；

二)计算图像中每个像素点的梯度强度和方向；

canny算法使用四个算子来检测图像中的水平、垂直和对角边缘；边缘检测的算子返回水平方向gx和垂直方向gy的一阶导数值，确定像素点的梯度g和方向θ：

其中g为梯度强度，θ表示梯度方向，arctan为反正切函数；

三)应用非极大值抑制，以消除边缘检测带来的杂散响应；

a.将当前像素的梯度强度与沿正负梯度方向上的两个像素进行比较；

b.如果当前像素的梯度强度与另外两个像素相比最大，则该像素点保留为边缘点，否则该像素点被抑制；相邻像素之间使用线性插值来得到要比较的像素梯度；

四）应用双阈值检测确定真实的和潜在的边缘：

用弱梯度值过滤边缘像素，并保留具有高梯度值的边缘像素，通过选择高低阈值来实现；如果边缘像素的梯度值≥高阈值，则将其标记为强边缘像素；如果边缘像素的梯度值小于高阈值并且大于低阈值，则将其标记为弱边缘像素；如果边缘像素的梯度值≤低阈值，则被抑制；高阈值和低阈值的选择取决于给定输入图像的内容；

五)通过抑制孤立的弱边缘最终完成边缘检测：

查看弱边缘像素及其8个邻域像素，只要其中一个像素为强边缘像素，则对应的弱边缘点就保留为真实的边缘，否则删除。

进一步的改进，所述旋转装置为直流电机5，所述智能控制装置为电脑、智能手机、plc控制器或单片机。

一种纱线接头检测装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一、检测装置接收到纱线接头完成信号后，智能控制装置控制桁架机器人动作，使第一支架3运行至接头附近；

步骤二、旋转装置正转控制安装了工业相机、微动传感器和限位传感器的第一支架3从初始位置旋转，使得第一支架3与z轴方向成90°，再控制z轴滑块上下移动调整工业相机的位置，实现对纱线接头定位，定位后拍摄纱线接头处的图片；

步骤三、拍摄的图片识别接线情况，自图片中测量得出目标物体的长度；若目标物体为两条处于自由状态较长的纱线，且长度＞阈值，则说明接头机未工作正常，重新接头或者报警请求处理；若目标物体为两条处于自由状态较长的纱线且长度≤阈值，说明接头机已经将纱线剪断但未形成接头，则报警请求处理；如果识别到图片中接头或者一条完整连接好的纱线则认为接头成功，则进行步骤四处理；

步骤四、控制桁架机器人的y轴滑块使微动传感器的触须定位至纱线上方，接着旋转装置继续正转向纱线方向，使微动传感器接近并接触纱线，直到微动传感器动作或者到达限位，则电机反转恢复至初始状态；若微动传感器动作说明接线可靠，检测装置开始下一个接头检测工作；若限位传感器动作，则说明接线不可靠，需要重新接头并立即报警处理。

附图说明：

图1是纱架的结构示意图。

图2是纱线接头自动检测装置的总体结构示意图。

图3是前端检测机构的结构示意图。

图4检测装置具体工作流程图。

图5是图片处理流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对发明内容作进一步说明：

本发明主要应用于如图1所示的自动智能纱筒上下料系统的重要组成部分；自动智能纱筒上下料系统主要包含桁架机器人（xyz方向均可运动）、纱筒上下料机器人、纱线接头机器人、纱线接头检测装置、纱架等，其中自动智能纱筒上下料系统中使用的其中一种纱架结构示意图如图2所示，将左侧纱筒杆定义为a组，右侧纱筒杆定义为b组。

其中：

11为纱架本体，采用不锈钢或铝合金材料制造的落地三角形结构，用于支撑整个机构。

12为风管，设计为圆形光滑口，用于纱线穿线及保护纱线。

13为纱筒杆，采用不锈钢或铝合金材料制造，用于放置纱筒，纱筒杆的位置即为纱筒位置。a组编号从上到下依次为分别为：a1，a2…an；b组b1，b2…bn。

14为圆锥形纱筒，是纱筒的一种常见类型，纱线颜色多种多样。

15为圆柱形纱筒，是纱筒的另一种常见类型，纱线颜色多种多样。

16为头线，纱筒生产时头线附着于纱筒表面，方便人工查找接线或自动接头时吸嘴吸取接线。

17为尾线，纱筒生产时尾线被压在纱线底层，并从纱筒底部伸出一段长度，方便人工接线或自动接头时吸嘴吸取接线。

18为纱线接头，由同一高度的其中一个纱筒（a筒或b筒）的头线和另一个纱筒（b筒或a筒）的尾线连接而成，由自动接头机打结形成。因此纱线接头分为两类：一种是ai纱筒头线和bi纱筒尾线连接形成，另一种是bj纱筒头线和aj纱筒尾线连接形成，i,j=1,2,3…n。按照这两种接头方式打结后即可实现纱线的连续不间断使用。

纱线接头自动检测装置主要由控制单元、检测单元和执行单元等组成。控制单元可采用plc模块或单片机模块；检测单元主要包括工业相机、微动传感器、限位传感器等；执行单元包括滑动模组、直流电机等。加上工作站上位机，即组成了纱线接头自动检测系统，系统间设备通信支持以太网、串口、usb等有线和wifi、蓝牙、zigbee等无线连接。

纱线接头自动检测装置及系统结构如图2所示。系统由工业相头采集纱线接头状态图像，利用单片机智能图像处理模块或工作站上位机识别图像和定位接头位置，根据图像识别结果判断是否控制直流电机和滑动模组执行检测动作，根据定位接头位置，利用微动传感器和限位传感器检测接头是否可靠。

拍摄的图像数据全部存储于工作站上位机中，作为历史数据，工作站上位机中还安装有控制软件平台、数据库等，工作站上位机主要实现控制检测系统、显示实时数据、记录历史数据和报警数据等功能。

检测单元的前端检测机构结构示意图如图3所示。

1为工业相机，是用于检测接头工作是否完成以及接头位置的关键元件，由于纱线很细且颜色不同，为了便于采集准确图像，采用500万像素及以上的黑白工业相机，采集到的图像通过rs485、rs232、usb等通信接口传输至单片机或者上位机工作站实现图像处理，然后返回接头是否完成信号以及接头位置数据。

2为微动传感器，是用于检测接头是否可靠的关键元件，采用触须型、高精度、微小负载型微动开关，接点间隔小于0.25mm，保证在微小力的作用下即可产生信号，作为接头是否可靠的判断信号。微动传感器触须长度5-20cm，表面十分光滑，可有效防止压线时纱线附着，头部带弯钩，可防止滑出触须范围甚至导致纱线弹出飞起。

3为第一支架，用于固定工业相机、微动传感器和限位传感器等设备，为避免干涉其他设备的正常使用，支架初始状态平行于z轴方向。

4为限位传感器，用于控制直流电机正转的最大旋转角度，在最大旋转角度范围内，如果微动传感器动作则认为接头连接成功且性能可靠，否则限位传感器动作则认为接头连接不可靠。限位传感器采用非接触式，微型金属感应接近开关，性能良好，安装十分方便。

5为直流电机，用于控制微动传感器的转动，使其前段触须接触打好结的纱线并触发开关动作，完成纱线接头可靠性检测过程，检测完成后自动反转恢复初始状态。

6为电机连接杆，用于安装直流电机并将前端执行机构固定至桁架机器人的z轴滑块上，实现z轴方向的上下移动和定位，x，y方向的控制依靠电机控制桁架机器人的x轴，y轴滑块移动实现。

7为桁架机器人z轴滑块，依靠电机控制可上下移动，实现z轴方向的定位，整个前端检测机构固定于z轴滑块上。

以上主要叙述了纱线接头检测装置的基本组成结构，其工作原理即实现方法如下：

检测装置接收到纱线接头完成信号后，系统通过plc模块或单片机模块控制桁架机器人的xyz轴滑块动作，使检测装置运行至接头附近，此时直流电机正转控制安装了工业相机、微动传感器和限位传感器等设备的支架从初始位置旋转，使之与z轴方向成90°，再控制z轴滑块上下移动微调工业相机的位置，实现对纱线接头定位，定位后拍摄已经接头的纱线图片。拍摄的图片可以直接通过单片机模块处理或上位机工作站处理，图像处理过程主要包括信息的获取、预处理、特征提取、选择分类器设计和分类决策等，然后利用神经网络与非线性降维技术等进行纱线识别与位置识别。如果识别了纱线是一整条线或者识别了有接头，则控制桁架机器人的y轴滑块使微动传感器的触须定位至纱线上方，接着直流电机继续正转向纱线方向，使微动传感器接近并接触纱线，直到微动传感器动作或者到达限位，则电机反转恢复至初始状态。如果微动传感器动作说明接线可靠，检测装置开始下一个接头检测工作，如果限位传感器动作，则说明接线不可靠，需要重新接头并立即报警请求处理。如果未识别纱线是一整条线并且未识别有接头，则根据情况分别处理。

根据上述分析总结接线检测识别情况有以下几种方式：

1、如果识别到接头或者一条完整连接好的纱线初步认为接头成功，通过单片机或plc控制z轴滑块和直流电机动作，利用高灵敏度微动传感器和限位传感器检测接头可靠性，此处分为两种情况。

1）、如果高灵敏度微动传感器动作，说明接头可靠。

2）、如果限位传感器动作，说明接头被高灵敏度微动传感器压散，说明接头不可靠，报警请求处理。

2、如果识别到两条处于自由状态较长的纱线，说明接头机未工作正常，重新接头或者报警请求处理。

3、如果识别到两条处于自由状态较短的纱线，说明接头机已经将纱线剪断但未形成接头，则报警请求处理。

检测装置具体工作流程图如图4所示。图片处理流程如图5所示。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出叙述。