基于机器视觉的圆网印花在线检测与控制系统On-line Detection and Control System of Rotary Screen Printing Based on Machine Vision
朱剑东 Zhu Jiandong；肖凯 Xiao Kai；冯军 Feng Jun
（常州市宏大电气电气有限公司，常州 213022）
辜鸿鸣（Changzhou Hongda Electric Co.,Ltd）
摘要：针对纺织工业中印染设备出现的印花图案位套不准确的缺陷问题，本文以vc++6.0和halcon为开发平台，结合工业生产现场实际，采用模板匹配方法中的几何匹配算法，设计了一套圆网印花在线检测和控制系统。该系统能够检测出印花时因各圆网之间的运行速度不同步而产生的印花图案位套不准确的缺陷，通过图像处理算法计算出印花偏差，并通过控制单元进行在线实时控制。 Abstract：Focursing on color inaccuracy of printed pattern with printing equipment in textile industry, this paper uses VC++6.0 and halcon as development platform, adopts geometric matching algorithm of template matching algorithm combining with industrial production sites,and designs a set of On-line detection and control system of Rotary Screen Printing. The system can inspect color inaccurac
y of printed pattern results from different velocity among Rotary Screen, computer Printing deviation by means of image processing algorithm and proceeding with real time control by cotrol unit.
关键词：圆网印花；几何匹配；印花偏差
Keywords: Rotary Screen Printing; geometric matching; printing deviation
1.引言
纺织工业中的织物印染技术是一项专业性极强的应用性工程技术，圆网印花
机具有效率高、质量好的优点，使其成为我国印染行业中使用最广泛的印花设备。
但在实际生产过程中会出现传动机构零部件磨损、对花齿轮松动，以及织物变形
等系列因素的影响，因此圆网印花机在对花精度上还不是很高，需要在出现“错
花”时进行人工干预。当前，圆网印花机对花调整方法主要是依靠人工目测方法
来判断调节的。现有布匹套的电气控制为开环系统，人工目视检测到套缺陷
后，手动调整以控制印版之间的相位发生变化，从而达到布匹套调整的目的。
由于仅依靠人力很难在如此高速的生产中进行调整，而且人工调节易受到经验和
精神状况等的主观因素的影响，具有一定的随意性，因而判别误差大，对花精度
合成氨反应基金项目：国家科技支撑计划资助(2007BAF24B07)
作者简介：朱剑东，男，江苏常州人，电气工程师，研究方向为电气自动化；肖凯，男，研究生，研究方向为测试计量技术及仪器；冯军，男，研究生，研究方向为计算机应用技术。
低。在市场的推动下，纺织印花质量要求越来越高[1]，而且随着以图像处理技术为基础的机器视觉技术的日趋成熟[2-4]，加之制约机器视觉技术发展的硬件瓶颈已经被打破，在此背景下，本文设计了一套基于机器视觉方法的圆网印花在线检测系统，它能够代替人眼对套偏差进行检测，并将检测结果发送到电气控制系统，进行自动调整印版之间的位置，从而达到自动监控、测量和调整布匹印刷中的套偏差，提升整个印花设备的效率和精度。
2.圆网印花在线检测系统
基于机器视觉的圆网印花质量在线检测系统，是通过摄像机获取印染布匹表面图像，并利用计算机所采集到的图像进行分析和处理，自动判断印染布匹是否“跑花”、“错花”并判断需要进行相应调整的网头，最后将检测结果发送到电气控制系统，系统结构如图1所示。由于它能够实时检测出人眼不易发
现的缺陷，并可对全部产品进行全方位自动质量监控，完全克服了人工目视抽检方式所带来的不足，因此这种系统为圆网印花质量在线检测与控制提供了理想的解决方案。
图1基于视觉的印花网筒控制流程
2.1 系统硬件组成
本文所说的圆网印花视觉检测系统由照明光源、CCD 相机、镜头、机箱、图像采集、图像处理、监视单元以及控制单元组成[5]。如图2所示。
其中，相机采用2K的线阵CCD相机[6,7]，采集图像时采用由编码器信号和霍尔传感器信号输入的帧触
发+行触发方式进行。光源采用由目前寿命最长和最先进的 LED 灯组成的线阵光源，其寿命超过20000 小时。从光照方式来看，由于产
品具有漫反射特性，因此可以采用对称照明方式，一方面增强光照亮度，进一步延长系统照明寿命，另外一方面可以提升成像对外部产品波动的抗干扰性。
图2系统硬件结构
在第一网头上安装一个霍尔传感器，网头每转一圈便向外发送一个帧触发信号，在导带主动传送辊上安装一个编码器，使之随传送辊转动而同步发出行触发信号。将光源对准花布，相机设置为帧触发+行触发方式采集，当圆网印花机开始印布时PC 机通过相机开始采集图像，通过图像处理单元得到在线检测的结果并将结果传送给控制单元进行相应的调整。
2.2 系统软件算法设计反中国政府
系统软件主要基于德国著名的视觉软件库Halcon来完成。本系统中用到的图像处理技术主要是模板匹配技术[8,9]，可分为离线的模板设定及在线实时检测两大部分。其对花原理图如图3所示：
当圆网印花机正常运行，且对花效果比较理想时，拍摄相应的图像并保存。在离线状态进行模板设定。根据圆网滚筒的顺序依次设定相应的特征并保存模板。如第一个圆网印染的为黄，则在标准图像黄图案特征鲜明处画一个框作为特征模板。依次按顺序对每一个圆网对应的颜图案进行模板设定，并保存相应的模板中心位置横坐标12,1,2X X X L 与纵坐标Y Y 。
12,12,Y L 在线实时检测时，圆网每滚动一圈，视觉系统便拍摄一幅图像。由于霍尔传感器的触发，使得每幅图像的起始位置都是相同的，因此不需要通过模板定位来校正搜索区域。根据在离线模板设定时保存的模板中心位置横纵坐标可以得到各套的模板搜索区域，在相应的模板搜索区域中搜索相应的模板并提取模板中心位置所在的纵坐标。此时各模板纵坐标之间的相对距离与离线设定时
12,12,y y y L
各模板纵坐标的相对距离相比较便可以球的对花偏差结果，如公式(1)
所示，将此结果输入到控制单元便可以实现实时检测并调整。
12,11,d d d L
()()()(()(121212313111121121d y y Y Y d y y Y Y d y y Y Y ⎧=−−−⎪=−−−⎪⎨⎪⎪=−−−⎩
M ))图3 离线时模板设定和在线检测控制流程
2.3算法结果与分析
法实现的过程，以其中一个套的模板设定与查为例进行算法说明。
xp仿windows7主题包(1)
离线 在线
本算法在模板匹配时采用几何匹配方法。系统能够成功实现的关键在于各套所在的位置能够定位准确，即几何模板能够准确匹配。为了简单清楚地说明算对于图4中(a)所示的标准图像，首先在较深套图像的特征鲜明处选一个大小适中的矩形框(图中红实线所示)用来设定模板，图4(b)为标准图像中虚
线框部分的局部放大图像，根据几何匹配的算法特点，会提取出模板的几何特征，如图4 (c) 所示，保存几何模板并记下模板中心的坐标位置（152，211）。图4(d)为在线检测时的目标图像，以红虚线框作为搜索区域，图4(e)为模板匹配的几何特征，图(f)为模板匹配结果并提取模板中心的坐标位置为（153.1，214.7），之后便可以通过与其他套模板纵坐标比较检测对花偏差。
(a)标准图像 (b)局部放大 (c)几何特征
(图4 算法实验结果与分析(a)标准图像(b)局部放大(c)几何特征(d)目标图像(e)模
板匹配(f)匹配结果
唐建华简历
82RCC.3.结语
进一步的控制，可以实现系统的闭环控制，大大提高圆网印花机的对花精在圆网印花机自动对花系统中的应用[J]，纺 d)目标图像 (e)模板匹配 (f)匹配结果
通过在线检测各套的特征模板所在位置，可以准确的得到对花偏差情况，再通过度。
参考文献
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