高速连续在线获取多纱线图像的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开的高速连续在线获取多纱线图像的装置，包括有成像器，成像器的底部安装于可移动式导轨上，成像器的后方依次设置有光照系统及直角反射镜，光照系统与直角反射镜之间水平设置有纱线引导器，纱线引导器位于直角反射镜的角平分面上形成检测面，光照系统与直角反射镜相对设置。本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，用多点与多纱线检测提高了纱线检测的效率，用纱线的面图像为纱线检测提供了全面、详尽的信息，使纱线质量的综合、全面评价成为可能。
【专利说明】高速连续在线获取多纱线图像的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于纱线检测【技术领域】，涉及一种高速连续在线获取多纱线图像的装置。
【背景技术】
[0002]目前，国内外对于纱线的在线检测，普遍采用电容式检测仪或光电式检测仪。要提高检测的精度和灵敏度，检测头的检测范围必须与纱线尺寸相适应，这使检测头愈变愈精密,而相应的检测头加工技术也愈变愈难,形成了一定的技术壁垒；并且随着检测灵敏度的提高，检测头对检测环境也提出了更高要求，要求检测头具有更高的可靠性、稳定性及抗干扰能力，这无疑升高了进入这一【技术领域】的门槛。
[0003]随着纺纱技术的发展，现有的电容式和光电式检测仪所存在的问题也逐步显露出来:(1)检测头属单线检测，即一次仅能检测一根纱线，面对庞大的纱线生产量，提高检测效率至关重要，现有技术是用提高纱线检测速度的方法来提高检测效率，但大幅提升纱线的检测速度会受诸多因素的制约；(2)检测头属单点检测，即在一个检测窗口内对纱线进行检测，一般电容式检测仪测量纱线的截面积，而光电式检测仪则测量纱线的直径，测量值仅反映检测窗口内纱线参数的平均值，难以反映纱线表面细部几何特征的变化，常需设定一系列的分类阀值，来识别纱线可能存在的瑕疵，但这要求纱线检测信号必须有很高的精度；(3)检测头属单功能检测，无论是电容式纱线检测还是光电式纱线检测，都只能检测纱线的尺寸与形状瑕疵，要检测纱线的异纤和毛羽瑕疵，必须组合多类传感器，才能实现纱线的高水平综合质量评价，这是纱线检测的一个发展方向，但这会增大纱线检测的结构与技术难度；(4)检测头易受环境影响，一般电容式检测纱线经过时引发的电容变化，光电式检测纱线遮挡时造成的光通量变化，但电容量或光通量极易随环境因素的变化而发生改变，必须定期对检测系统进行校正与测试；所以有必要探索一种简单、高效的新型纱线在线检测方法，来克服目前纱线检测面临的诸多问题。
[0004]图像式纱线检测常用于静态分析单根纱线的直径、形状及毛羽分布或间歇式分析与检测多根纱线的质量状况及瑕疵，目前还难以适应纱线瑕疵的高速在线检测，要对高速纱线进行图像式在线检测必须克服如下难题:(I)速度低:一般图像传感器的拍摄帧频较低，用于检测高速传送的纱线，一次必须拍摄足够长度的纱线，才能避免发生纱线漏检，若要增大每次拍摄的纱线长度，则必须提高图像传感器镜头的缩放倍数，但这会降低纱线图像沿径向的分辨率，影响纱线的检测质量，若要确保纱线的检测质量，则必须使用高分辨率和高帧频的图像传感器，但这又会导致检测成本的大幅上升，使研发的产品丧失市场竞争力；(2)数据量大:图像式纱线检测同目前的电容式和光电式纱线检测相比属数字式多点检测，数字式说明图像信号必须进行A/D转换，多点式说明一次纱线检测要产生多个图像信号，这要求检测装置有强大的信号处理和数据传输能力；(3)适应性差:若用面图像传感器检测一根纱线，则仅能发挥面图像传感器的很少一部分检测能力，这会导致大量无效数据的传输与处理，严重影响纱线的检测效率，若用线图像传感器检测一根纱线，则因纱线在传送过程中存在空间位置的波动，很难与线形检测窗口完全对准，并且该检测方式相当于沿纱线方向设置了一行检测窗口，同目前的电容式和光电式纱线检测相比没有明显优势。所以有必要探索一条新的有效途径，以实现高速和高效的图像式纱线在线检测。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种高速连续在线获取多纱线图像的装置，能显著提高纱线在线检测的效率和检测质量。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是，高速连续在线获取多纱线图像的装置，包括有成像器，成像器的底部安装于可移动式导轨上，成像器的后方依次设置有光照系统及直角反射镜；光照系统与直角反射镜之间水平设置有纱线引导器，纱线引导器位于直角反射镜的角平分面上形成检测面，光照系统与直角反射镜相对设置。
[0007]本实用新型的特点还在于，
[0008]成像器，包括有成像器壳体，成像器壳体内一侧壁上连接有图像处理电路板，所述图像处理电路板的插座内设置有面图像传感器，图像处理电路板后方的下部设置有透镜调焦机构，透镜调焦机构的下部固定于成像器壳体内的底部，透镜调焦机构的上部分别设置有透镜B、透镜A，所述透镜A和透镜B能沿透镜光轴相对于透镜调焦机构移动；透镜A、透镜B和面图像传感器按成像光路依次设置，且透镜A、透镜B和面图像传感器的光轴重合；
[0009]透镜A的缩放轴与面图像传感器的成像面I轴平行，透镜B的缩放轴与面图像传感器的成像面X轴平行。
[0010]面图像传感器为单色面图像传感器或彩色面图像传感器。
[0011]直角反射镜，包括有两块相同尺寸的矩形平面镜，两块矩形平面镜沿一条矩形长边固定连接成V字形，且两块矩形平面镜之间的夹角为90° ;
[0012]光照系统，包括有两个相同的均匀照明光源，两个均匀照明光源关于直角反射镜的角平分面呈上下对称设置，处于上部的均匀照明光源对着直角反射镜中处于下部的矩形平面镜，处于下部的均匀照明光源对着直角反射镜中处于上部的矩形平面镜。
[0013]纱线引导器，包括有纱线引导轮，两个纱线引导轮在同一平面内呈相对设置，且两个纱线引导轮的轴线平行；
[0014]两个纱线引导轮之间形成检测区；
[0015]每个纱线引导轮上均匀设置有多个导纱槽，每个导纱槽所在平面均垂直于所述纱线引导轮轴线。
[0016]纱线引导轮为水平设置的圆柱体。
[0017]导纱槽为圆弧状凹槽。
[0018]本实用新型的有益效果在于:
[0019](I)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采取同时检测多根纱线的方法，既能充分发挥面图像传感器的拍摄能力，又能提高纱线并行检测的效率，还能减少纱线检测装置的使用量。
[0020](2)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采用拍摄纱线表面反射光形成的图像，同电容式的纱线截面透过检测和光电式的纱线直径遮挡检测相比，所拍图像可用各像点的灰度变化来识别纱线表面的细微变化，由于相邻像点能进行灰度值对比，所以具有很强的抗干扰和抗恶劣环境能力。
[0021](3)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采用直角反射镜间接拍摄纱线图像，同直接拍摄纱线图像相比，用一根纱线沿两个方向的图像将纱线视角从180°扩展至270°，能有效识别可能存在的扁平纱。
[0022](4)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采用纱线引导方式，同电容式和光电式的纱线检测槽相比，无须专门且稳定的检测环境，对纱线的正常传送影响小，所以纱线检测装置的结构简单、易于安装。
[0023](5)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采用两个单向缩放透镜构成组合镜头，一个控制纱线图像沿径向的缩放倍数，使纱线图像沿径向有足够的分辨率，另一个控制纱线图像沿长度方向的缩放倍数，使每次拍摄的纱线长度能适应纱线的高速传送，即用组合镜头实现径向分辨率和长度方向速度匹配的分别控制。
[0024](6)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采用多点式并行检测，同电容式和光电式的单点检测相比，一次能获取更多的纱线表面信息，相当于一次检测一组矩阵点，所生成的纱线图像能为纱线的多功能检测，提供更加全面和细致的纱线表面数据，分析纱线图像直径沿长度方向的变化可检测纱线的尺寸和形状瑕疵，分析纱线图像上各处的颜色变化可判定纱线上是否存在异纤，分析纱线图像上各点灰度值的变化可评价纱线毛羽是否分布异常，这也为纱线生产管理奠定了坚实的基础。
[0025](7)本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，采取图像获取与数据处理结构相互独立、并发运行的模式，相互独立便于图像获取装置的开发设计，并发运行便于提高系统的效率和可靠度；为纱线的高速、精密检测拓展了广阔空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置的结构示意图；
[0027]图2是本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置中直角反射镜成像的示意图；
[0028]图3是本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置中光照系统均匀光照的示意图；
[0029]图4是本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置中纱线引导器的结构示意图；
[0030]图5是本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置中纱线引导轮的结构示意图。
[0031]图中，1.成像器，2.纱线引导器，3.直角反射镜，4.均匀照明光源，5.透镜A，6.透镜B，7.面图像传感器，8.图像处理电路板，9.纱线，10.纱线引导轮，11.纱线镜像，12.导纱槽，13.透镜调焦机构，14.可移动式导轨。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细说明。
[0033]本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，其结构如图1所示，包括有成像器1，成像器I的底部安装于可移动式导轨14上，成像器I的后方依次设置有光照系统及直角反射镜3，光照系统与直角反射镜3之间水平设置有纱线引导器2，纱线引导器2位于直角反射镜3的角平分面上形成检测面，光照系统与直角反射镜3相对设置。
[0034]成像器1，其结构如图1所示，包括有成像器壳体，成像器壳体内一侧壁上连接有图像处理电路板8，图像处理电路板8的插座内设置有面图像传感器7，图像处理电路板8后方的下部设置有透镜调焦机构13，透镜调焦机构13的下部固定于成像器壳体内的底部，透镜调焦机构13的上部分别设置有透镜B6、透镜A5，透镜A5和透镜B6能沿透镜光轴相对于透镜调焦机构13移动，以便纱线9能在面图像传感器7上清晰成像，透镜A5、透镜B6和面图像传感器7按成像光路依次设置，且透镜A5、透镜B6和面图像传感器7的光轴重合，透镜A5的缩放轴与面图像传感器7的成像面y轴平行，透镜B6的缩放轴与面图像传感器7的成像面X轴平行。
[0035]面图像传感器7在无纱线异纤检测时选单色，但在要求纱线异纤检测时选彩色。
[0036]直角反射镜3，如图1、图2及图3所示，包括有两块相同尺寸的矩形平面镜，两块矩形平面镜沿一条矩形长边固定连接成V字形，且两块矩形平面镜之间的夹角为90°，直角反射镜3的角平分面与纱线引导器2所形成的纱线检测面重合。
[0037]光照系统，如图1及图3所示，包括有两个相同的均匀照明光源4，两个均匀照明光源4关于直角反射镜3的角平分面呈上下对称设置，处于上部的均匀照明光源4正对着直角反射镜3中处于下部的矩形平面镜，处于下部的均匀照明光源4正对着直角反射镜3中处于上部的矩形平面镜。
[0038]纱线引导器2将多根高速传送的纱线9引入直角反射镜3的角平分面内形成检测面(即直角反射镜3的角平分面与检测面重合)，成像器I的成像面关于检测面对称平分。
[0039]纱线引导器2，其结构如图4所示，包括有纱线引导轮，两个纱线引导轮在同一平面内呈平行且相对设置，其中平行是指两个纱线引导轮的轴线平行；两个纱线引导轮之间形成检测区，每个纱线引导轮10上均匀设置有多个导纱槽12，每个导纱槽12所在平面均垂直于纱线引导轮10轴线，两个纱线引导轮10上的导纱槽12呈一一相对设置。
[0040]纱线引导轮10为水平设置的圆柱体。
[0041]导纱槽12为圆弧状凹槽。将每根纱线9的两端分别张紧在两个纱线引导轮10上，每根纱线9必须嵌入相应的导纱槽12中，两个纱线引导轮10之间形成纱线9的检测区，缠绕在两个纱线引导轮2上的全部纱线9均匀分布在同一个检测平面内。按目前面成像传感器7的分辨率和纱线特征图像的检测要求，建议导纱槽12最多设置12个。
[0042]本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置中各部件的作用:
[0043]成像器I安装于可移动式导轨14上，能够沿可移动式导轨14滑动，以便于调整成像器I与直角反射镜3间的距离。
[0044]根据光学成像原理，透镜A5和透镜B6均仅在一个方向上具备缩放功能；其中，透镜A5负责纱线9的径向尺寸放大，能够提高纱线9的检测精度；透镜B6负责纱线9沿长度方向的缩小，以提供纱线9的成像速度。
[0045]面成像传感器7负责产生纱线9清晰的图像，是整个纱线9检测的核心，会产生大量的图像数据。
[0046]图像处理电路板8负责对大量的图像数据进行变换处理，以减少图像数据的传送量和增强其传送实时性。
[0047]光照系统，如图1及图3所示，两个均匀照明光源4能让位于均匀照明光源4和直角反射镜3之间的每根纱线9表面都光照均匀、明亮，以便成像器I能获取清晰、准确的纱线9的图像。
[0048]透镜调焦机构13负责调整透镜A5和透镜B6的位置，以便纱线9能在面图像传感器7上清晰成像。
[0049]直角反射镜3能将一根纱线9的两个纱线镜像11移至一个平面，如图2所示，可在直角反射镜3中观测270°范围内的纱线9的表面情况，既便于成像器I拍摄，又能全面反映纱线9的表面几何状况。
[0050]本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置的具体使用方法如下:
[0051]步骤1、取I?12根纱线9，如图5所示，将每根纱线9的两端分别嵌入两个纱线引导轮10相对应的导纱槽12中，使得纱线9张紧在纱线引导器2上；
[0052]步骤2、在两个纱线引导轮10的引导下，张紧在纱线引导器2上的纱线9高速、平稳的在直角反射镜3的角平分面上形成检测面；
[0053]步骤3、将两个均匀照明光源4分别与直角反射镜3中两块平面镜相对设置好，调整均匀照明光源4的位置和亮度，以便检测区内每根纱线9的几何表面都被均匀照亮，并在直角反射镜3中生成明亮的纱线镜像11 ；
[0054]步骤4、选合适位置安装可移动式导轨14，并将成像器I安装在可移动式导轨14上，调整成像器I在可移动式导轨14上的位置和成像器I的透镜调焦机构13，使直角反射镜3中的纱线镜像11能在面图像传感器7上产生清晰的纱线图像；
[0055]步骤5、启动纱线9的高速传送和成像器I的连续成像，成像器I的图像处理电路板8能将图像传感器7产生的图像信号，变换成适合传输、存储和处理的图像数据，以便进行后续处理。
[0056]本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置具有以下优势:
[0057](I)效率高:
[0058]纱线图像一次能同时检测多根纱线，同电容式或光电式的单根纱线检测相比，既提高了纱线检测效率，又减少了纱线检测装置的使用量；以宽1024个像素的图像传感器为例，若用20个像素表示一根纱线的直径，相邻两纱线的间距取40个像素，则该实用新型最多能同时在线检测12根纱线。
[0059](2)观测范围广:
[0060]直角反射镜3能用一根纱线9的两个像来呈现一根纱线在270°范围内的几何表面，可更完整、准确表达这根纱线的几何形态，有效避免扁平纱漏检现象的发生。
[0061](3)能良好匹配纱线速度与拍摄速度:
[0062]以长1280个像素的图像传感器为例，若每个像素表示0.1mm的纱线长度，取30fps为拍摄帧频，则允许的最大纱线速度是230m/min，完全能满足多数纱线的在线检测要求。
[0063](4)检测环境要求低:
[0064]拍摄纱线9的外观表面，一般仅要求光照均匀且无暗区，检测区内光照的亮度和均匀度变化虽然会影响各像素的灰度值，但各像素间仍存在检测所必需的灰度差，所以纱线图像具有可靠性高和抗干扰能力强的优势。
[0065](5)具有更高的分辨率:
[0066]若用多个像素表示一根纱线的直径，则同电容式或光电式的单检测窗口相比，纱线表面的分辨率更高，纱线表面图像更精细，允许对纱线质量进行更全面、综合和深入的分析。
[0067](6)适合纱线的异纤检测:
[0068]增加纱线9的紫外光照射，当纱线9中含有异纤时，异纤会在紫外光的照射下变色，使用彩色图像传感器7能有效识别纱线9中异纤，避免因含异纤纱线9进入后续加工所造成的巨大经济损失。
[0069]本实用新型高速连续在线获取多纱线图像的装置，解决现有技术中存在的纱线在线检测信息量少、易受检测环境影响、检测探头灵敏度要求高和实现技术难度大的问题。
【权利要求】
1.高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，包括有成像器(I)，所述成像器(I)的底部安装于可移动式导轨(14)上，所述成像器(I)的后方依次设置有光照系统及直角反射镜⑶；所述光照系统与直角反射镜(3)之间水平设置有纱线引导器(2)，所述纱线引导器(2)位于直角反射镜(3)的角平分面上形成检测面，所述光照系统与直角反射镜(3)相对设置。
2.根据权利要求1所述的高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，所述成像器(I)，包括有成像器壳体，所述成像器壳体内一侧壁上连接有图像处理电路板(8)，所述图像处理电路板(8)的插座内设置有面图像传感器(7)，所述图像处理电路板(8)后方的下部设置有透镜调焦机构(13)，所述透镜调焦机构(13)的下部固定于成像器壳体内的底部，所述透镜调焦机构(13)的上部分别设置有透镜B ￠)、透镜A (5)，所述透镜A (5)和透镜B (6)能沿透镜光轴相对于透镜调焦机构(13)移动； 所述透镜A(5)、透镜B(6)和面图像传感器(7)按成像光路依次设置，且所述透镜A(5)、透镜B(6)和面图像传感器(7)的光轴重合； 所述透镜A(5)的缩放轴与面图像传感器(7)的成像面y轴平行，所述透镜B(6)的缩放轴与面图像传感器(7)的成像面X轴平行。
3.根据权利要求2所述的高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，所述面图像传感器(7)为单色面图像传感器或彩色面图像传感器。
4.根据权利要求1所述高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，所述直角反射镜(3)，包括有两块相同尺寸的矩形平面镜，两块矩形平面镜沿一条矩形长边固定连接成V字形，且两块矩形平面镜之间的夹角为90° ; 所述光照系统，包括有两个相同的均匀照明光源(4)，所述两个均匀照明光源(4)关于直角反射镜(3)的角平分面呈上下对称设置，处于上部的均匀照明光源(4)对着直角反射镜(3)中处于下部的矩形平面镜，处于下部的均匀照明光源(4)对着直角反射镜(3)中处于上部的矩形平面镜。
5.根据权利要求1所述的高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，所述纱线引导器(2)，包括有纱线引导轮(10)，两个纱线引导轮(10)在同一平面内呈相对设置，且两个纱线引导轮(10)的轴线平行； 所述两个纱线引导轮(10)之间形成检测区； 每个纱线引导轮(10)上均匀设置有多个导纱槽(12)，每个导纱槽(12)所在平面均垂直于所述纱线引导轮(10)轴线。
6.根据权利要求5所述的高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，所述纱线引导轮(10)为水平设置的圆柱体。
7.根据权利要求5所述的高速连续在线获取多纱线图像的装置，其特征在于，所述导纱槽(12)为圆弧状凹槽。
【文档编号】G01N21/89GK204188140SQ201420512398
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】汪成龙, 柴彩彩 申请人:西安工程大学