专利名称：Pvc建材表面质量在线检测系统的制作方法
PVC建材表面质量在线检测系统技术领域
本发明属于图像处理技术和计算机控制技术领域，特别涉及PVC建材表面质量在线检测系统。
背景技术：
公知，PVC (Polyvinylchloride)建材产品具有抗紫外线、抗酸碱腐蚀、防霉防蛀、 阻燃防火、防静电等特质，产品主要包括管材、门窗、异型材等。近年来，PVC建材的需求量不断增加，并要求具有较高的表面质量。影响PVC建材表面质量的因素多种多样，主要是物料受潮、定型设备、生产工艺等原因。生产工艺包括加工规程、温度、速度、操作方法等。当配方设计、设备模具及仪器合理正常后，加工工艺参数成为解决质量问题的主导因素。在挤出成型的工艺控制中，要控制好每个过程及环节的温度和速度，以保证建材表面质量的稳定。 因此需要设计能够控制工艺参数的在线检测系统。
目前国内生产线外观检测主要采用成型产品人工抽检的方法，而人工检测费时费力，不但检测的准确度不高、缺乏实时性，而且使其人力成本相应增加。国内、外已有很多自动视觉检测系统(AVI)进行产品表面检测，但是这些设备主要面向全自动化生产线，并作为生产线的一部分，需要特殊硬件的支持，造价昂贵而且维护困难，缺乏灵活性。在中国专利文献中公开了基于机器视觉系统的PVC圆形管材表面瑕疵在线检测方法(公开号 CN101832951A)，主要是针对采集的PVC圆形管材表面图像进行图像的修正和预处理，然后在通过判断异类像素的个数辨别管材表面的缺陷大小。这种方法主要是对采集图像进行算法研究，没有对检测结果进行反馈控制。发明内容
针对上述的问题，本发明的目的在于提供一种能够实现自动化检测的PVC建材表面质量在线检测系统，该系统不仅能够快速检测PVC表面质量，而且能够实时检测系统的加工工艺参数。
为了达到上述目的，本发明的构思是利用专业光源照明待测PVC建材表面，利用工业摄像机采集PVC建材表面的图像信息，将采集的图像信息传送到图像处理系统，图像处理系统快速判别采集的图像信息后输出控制信号，控制系统的工艺参数，工艺参数的数值显示在计算机的显示器中，方便后续的系统检查和设备调整工作。
根据上述的发明构思，本发明采用以下技术方案第一，提供一种能够实现自动化检测的PVC建材表面质量在线检测系统，该系统包括包括用于采集PVC建材表面图像的图像采集装置，用于快速判别PVC建材表面质量的图像处理装置，以及用于控制系统加工工艺参数的系统控制装置；其中所述图像采集装置包括线阵工业摄像机、图像采集卡、光电开关和LED光源，线阵工业摄像机和LED光源安装在牵引机传送带的正上方，LED光源与传送带呈45度夹角放置，光电开关安装在牵引机的一侧，光电开关为线阵工业摄像机和LED光源提供触发信号；所述图像处理装置与线阵工业相机通过图像采集卡连接；所述系统控制装置包括可编程逻辑控制器、速度传感器和温度传感器；其中第一速度传感器安装在挤出机的螺杆上、第一速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第二速度传感器安装在牵引机的传送带的一侧、第二速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第一温度传感器安装在挤出机的机筒上、第一温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第二温度传感器安装在模具末端的上游和下游、第二温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第三温度传感器安装在定形台的水箱中、第三温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，可编程逻辑控制器的数字信号通过数据线输出到图像处理装置中。
第二、提供一种能够快速判断PVC建材表面质量的图像检测方法，所述图像检测方法步骤为步骤Si 根据表面检测的质量标准，设定检测灰度变化阈值； 步骤S2 对采集图像进行平滑；步骤S3 将预处理的图像分成若干个300X300像素块；步骤S4 计算每个图像块的灰度变化范围，其基本原理是通过计算出相邻像素灰度的差值，由差值计算出像素的梯度值，由梯度值表征灰度的变化范围；步骤S5:当灰度变化范围大于阈值时，视为不合格产品，扬声器发出报警声，启动系统控制装置；当灰度变化范围小于阈值时，视为合格产品，产品复膜、切割。
与现有技术相比，本发明的优点在于该方法能够对PVC建材表面质量进行快速检测，检测效率较高；并能根据检测结果启动控制系统，实时监控系统的加工工艺参数，实现系统的闭环控制；该系统可以附加安装在现有的生产线上，实现边生产边检测的在线检测。本发明适用于PVC建材产品的自动化生产线上PVC建材产品表面质量的高速检测。
图1为本发明PVC建材表面缺陷质量检测系统的总体框图； 图2为本发明检测系统中图像处理的流程图；具体实施方式
下面通过具体的实施实例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
图1为本发明PVC建材表面缺陷质量检测系统的总体框图，包括图像采集装置、图像处理装置和系统控制装置。所述图像处理装置是用于处理图像的计算机201 ；所述图像采集装置包括线阵工业摄像机101、图像采集卡、LED光源102和光电开关103，其中线阵工业摄像机101通过图像采集卡与计算机201进行连接，LED光源102和光电开关103通过数据线与计算机201进行连接，线阵工业摄像机101和LED光源102安装在传送带404的正上方，LED光源102与传送带404呈45度夹角放置，光电开关103安装在传送带404的一侧，光电开关103提供触发信号通过计算机201启动线阵工业摄像机101和LED光源102 ； 所述系统控制装置包括可编程逻辑控制器306、速度传感器(304、305)和温度传感器(301、 302、303);其中第一速度传感器304安装在挤出机401的螺杆上、第一速度传感器304的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O 口，第二速度传感器305安装在传送带404的一侧、第二速度传感器305的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O 口，第一温度传感器301安装在挤出机401的机筒上、第一温度传感器301的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O 口，第二温度传感器302安装在模具402末端的上游和下游、第二温度传感器302的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第三温度传感器303安装在定形台403的水箱中、第三温度传感器303的模拟信号输入到可编程逻辑控制器306的I/O 口， 可编程逻辑控制器306的数字信号通过数据线输出到计算机201中。
在本实施实例中工业摄像机采用黑白线阵CXD摄像机，其分辨率为4096像素、行频为9KHz、像素物理尺寸是IOX 10 μ m,其视场范围能够满足传送带上PVC产品的宽度范围。LED光源与传送带呈45度夹角放置，有效减小PVC建材产品光滑表面的镜面反射。光电开光在传送带启动时触发，触发信号送入计算机，计算机通过软件给图像采集装置触发脉冲信号，LED光源打开、线阵摄像机对PVC建材表面进行图像数据采集。采集到的模拟信号通过图像采集卡转换为数字信号送图像处理装置，通过图像处理装置的处理和分析，有缺陷图像时发出报警提示，并启动系统控制装置。
在本实施实例中系统控制装置中可编程逻辑控制器采用西门子S7-200CPU222、它有8个输入点6个输出点，温度传感器采用飞利浦KTY84-130芯片、温度测量范围一 40°C 至+ 300°C内，速度传感器采用HSBG-V3950芯片，其技术参数能满足本系统的设计要求。
图2为本发明检测系统中图像处理的流程图，其步骤为 步骤Si 根据表面检测的质量标准，设定检测灰度变化阈值； 步骤S2 对采集图像进行预处理，；步骤S3 将预处理的图像分成若干个300X300像素块；步骤S4:计算每个图像块的灰度变化，其基本原理是通过计算出相邻像素灰度的差值，由差值计算出像素的梯度值，由梯度值表征灰度的变化率。
步骤S5 当灰度变化范围大于阈值时，视为不合格产品，扬声器发出报警声，启动系统控制装置；当灰度变化范围小于阈值时，视为合格产品，产品复膜、切割。
所述步骤S4包括以下步骤步骤S41 读取图像各个像素的坐标值和灰度值数据，存储到函数 J(^y)中，其中各个像素的横纵坐标为,各个像素的灰度值为/(υ)。
步骤S42 遍历整幅图像，用公式(1)、(2)、(3)计算出每个像素的梯度值，并存储。
首先，用公式(1)、(2)计算出水平差分值和垂直差分值:
权利要求
1.PVC建材表面质量在线检测系统，其特征在于，包括用于采集PVC建材表面图像的图像采集装置，用于快速判别PVC建材表面质量的图像处理装置，以及用于控制系统加工工艺参数的系统控制装置；其中所述图像采集装置包括线阵工业摄像机、图像采集卡、LED 光源和光电开关，线阵工业摄像机和LED光源安装在传送带的正上方，LED光源与传送带呈 45度夹角放置，光电开关安装在传送带的一侧，光电开关为线阵工业摄像机和LED光源提供触发信号，所述图像处理装置是用于处理图像的计算机，计算机与线阵工业相机通过图像采集卡连接。
2.根据权利要求1所述的PVC建材表面质量在线检测系统，其特征在于，所述系统控制装置包括可编程逻辑控制器、速度传感器和温度传感器；其中第一速度传感器安装在挤出机的螺杆上、第一速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第二速度传感器安装在传送带的一侧、第二速度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第一温度传感器安装在挤出机的机筒上、第一温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第二温度传感器安装在模具末端的上游和下游、第二温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，第三温度传感器安装在定形台的水箱中、第三温度传感器的模拟信号输入到可编程逻辑控制器的I/O 口，可编程逻辑控制器的数字信号通过数据线输出到计算机中。
3.根据权利要求1所述的PVC建材表面质量在线检测系统，其特征在于，所述图像处理装置的检测步骤为步骤Sl 根据表面检测的质量标准，设定检测灰度变化阈值；步骤S2 对采集图像进行预处理；步骤S3 将预处理的图像分成若干个300X300像素块；步骤S4 计算每个图像块的灰度变化范围，其基本原理是通过计算出相邻像素灰度的差值，由差值计算出像素的梯度值，由梯度值表征灰度的变化范围；步骤S5 当灰度变化范围大于阈值时，视为不合格产品，扬声器发出报警声，启动系统控制装置；当灰度变化范围小于阈值时，视为合格产品，产品复膜、切割。
全文摘要
本发明涉及PVC建材表面质量在线检测系统，用于检测PVC建材表面质量并实时检测系统的加工工艺参数。所述检测系统包括图像采集装置、图像处理装置和系统控制装置。图像采集装置由线阵工业摄像机、图像采集卡、光电开关和LED光源组成。图像处理装置利用计算机快速检测PVC建材表面质量是否存在缺陷。系统控制装置由可编程逻辑控制器、速度传感器和温度传感器组成。本发明通过设计闭环控制电路，实现PVC建材表面质量在线检测系统的自动化。
文档编号G01N21/89GK102519981SQ20111042176
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者林亚, 王兵, 肖习雨, 蔡叶菁, 龙晓薇, 龙永红 申请人:湖南工业大学