一种基于机器视觉的纱线张力检测方法及检测装置

本发明涉及纱线张力检测，尤其涉及一种基于机器视觉的纱线张力检测方法及检测装置。

背景技术：

1、在预制体成形过程中纤维束的形态控制技术决定着成形的效率和质量。目前对于纤维束形态的控制主要通过纤维张力调节，张力过大易与机械结构产生过量磨损，降低纤维束质量，张力过小会导致织物内部纤维束屈曲，影响性能的有效发挥。纱线张力控制对三维预制体织造成型过程及其性能有重要影响，具体影响包括编织过程中纱线打结、断裂、起毛及成型后预制体构件力学性能等。因此对纱线张力的检测尤为重要，而目前传统的被动式送纱装置不能及时获取纱线中张力大小进而进行调控，无法实现对纱线张力无接触的检测。

技术实现思路

1、发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种可对纱线张力进行无接触检测的基于机器视觉的纱线张力检测方法及检测装置。

2、技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种基于机器视觉的纱线张力检测方法，包括以下步骤：

3、步骤1、在纱线侧面安装相机，使纱线收卷端及放卷端均置于相机视场内；

4、步骤2、拍摄纱线图像，获取纱线几何图像构型；

5、步骤3、提取纱线几何参数，通过数学模型求解纱线张力。

6、进一步的，所述步骤1具体包括：

7、步骤1.1、在底座上安装相机和支架，在支架上安装两个电机，将带有纱线的两个纱筒安装于两个电机上，所述纱线的收卷端和放卷端由两个纱筒分别携带；分别实现纱线的收卷与放卷；

8、步骤1.2、调节相机高度，使纱线两端均位于相机视场内。

9、进一步的，所述纱线处于悬垂状态且纱线所在平面与相机主光轴垂直。

10、进一步的，所述相机的水平位置位于两纱线收卷端和放卷端水平距离的中点上。

11、进一步的，所述步骤2具体包括：

12、步骤2.1、使用软件工具对相机进行标定，获取标定所得的相机各项参数；

13、步骤2.2、使用相机拍摄纱线图像；

14、步骤2.3、对拍摄的图像进行校正、图像边缘提取及曲线拟合，得到纱线的几何图像构型。

15、进一步的，所述相机各项参数包括相机的内、外参数及畸变参数。

16、进一步的，所述步骤2.3具体为：采用图像校正算法对拍摄的图像进行校正，采用图像边缘提取算法进行图像边缘提取，对得到的图像边缘进行曲线拟合，得到纱线的几何图像构型。

17、进一步的，所述步骤3具体包括：

18、步骤3.1、根据纱线几何图像构型提取纱线几何参数，所述纱线几何参数包括悬链线长度l，悬链线左右端点水平距离s，悬链线左右端点竖直距离h；

19、步骤3.2、根据获取的纱线几何参数求取悬链系数a；悬链系数a、悬链线长度l及左右端点水平距离s具有如下关系：

20、

21、其中，sinh为双曲正弦函数，l为悬链线长度l的二分之一，s为悬链线左右端点水平距离s的二分之一，h为悬链线左右端点竖直距离h的二分之一；

22、步骤3.3、求取纱线的水平张力th；水平张力th与悬链系数a具有如下关系：

23、

24、其中，q为悬链线密度，g为重力加速度；

25、步骤3.4、求取悬链线左右端点坐标；悬链线方程如下：

26、

27、其中，cosh为双曲余弦函数，a为悬链系数；

28、根据悬链线方程，左端点(xa,ya)、右端点(xb,yb)具有如下关系：

29、

30、求解上述方程组，得到xa,ya,xb,yb坐标值；

31、步骤3.5、求取悬链线待测点处切线与水平面夹角的正切值tanα；tanα与待测点坐标具有如下关系：

32、

33、其中，x为待测点横坐标；将步骤3.4求得的坐标带入上述公式，求得待测点处切线与水平面夹角的正切值tanα；

34、步骤3.6、求取纱线待测点的张力t；张力t与水平张力th具有如下关系：

35、

36、将前述步骤求得的水平张力th及正切值tanα带入公式求得张力t。

37、本发明还提供一种上述基于机器视觉的纱线张力检测方法的检测装置，包括底座，所述底座上安装有相机和支架，所述支架上安装有两个电机，所述两电机上均安装有纱筒，其中一个纱筒携带纱线收卷端，另一纱筒携带纱线放卷端。

38、进一步的，所述底座上设有相机安装杆，所述相机在相机安装杆上滑动以调节相机高度。

39、有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是通过相机获取纱线图像及几何图像构型，进一步提取出纱线的几何参数，通过建立的数学模型求解纱线中的张力，实现纱线张力的无接触测量。

技术特征：

1.一种基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：

3.如权利要求2所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述纱线处于悬垂状态且纱线所在平面与相机主光轴垂直。

4.如权利要求3所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述相机的水平位置位于两纱线收卷端和放卷端水平距离的中点上。

5.如权利要求1所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

6.如权利要求5所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述相机各项参数包括相机的内、外参数及畸变参数。

7.如权利要求5所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述步骤2.3具体为：采用图像校正算法对拍摄的图像进行校正，采用图像边缘提取算法进行图像边缘提取，对得到的图像边缘进行曲线拟合，得到纱线的几何图像构型。

8.如权利要求1所述的基于机器视觉的纱线张力检测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

9.一种权利要求1-8任一项所述基于机器视觉的纱线张力检测方法的检测装置，其特征在于，包括底座，所述底座上安装有相机和支架，所述支架上安装有两个电机，所述两电机上均安装有纱筒，其中一个纱筒携带纱线收卷端，另一纱筒携带纱线放卷端。

10.如权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述底座上设有相机安装杆，所述相机在相机安装杆上滑动以调节相机高度。

技术总结
本发明公开了一种基于机器视觉的纱线张力检测方法及检测装置，所述方法包括以下步骤：步骤1、在纱线侧面安装相机，使纱线收卷端及放卷端均置于相机视场内；步骤2、拍摄纱线图像，获取纱线几何图像构型；步骤3、提取纱线几何参数，通过数学模型求解纱线张力。本发明还提供基于上述方法的检测装置，包括底座，所述底座上安装有相机和支架，所述支架上安装有两个电机，所述两电机上均安装有纱筒，其中一个纱筒携带纱线收卷端，另一纱筒携带纱线放卷端。通过本发明的检测装置及检测方法可实现纱线张力的无接触测量。

技术研发人员：郭子桐,边金帅,单忠德,王尧尧,孙正,孙启利,惠大可
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27