基于多传感器的纱疵检测新技术.pdf
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1、纺织学报第2 4 卷第4 期 基于多传感器的纱疵检测新技术 杨敏姬红兵高新波 ( 陕西长岭纺织机电科技有限公司,宝鸡,7 2 1 0 0 6 )( 西安电子科技大学电子工程学院) ( 西安电子科技大学电子工程学院) 摘要:分析各种基于单传感器的纱疵检测技术及其不足,阐述了引 多传感器技术的必要性和可行性,井给出瑞士孙l l w e 辨r u s 时公司和L 础B T 0 t h e n 公司的应用实例。提出一种电容传感器和图像传感器联合检测纱疵的新方案,可实现对“异性纱疵”的 可靠检测。 关羹词:多传感器纱疵纱疵检测 中田涪分类号:倦1 1 7文献标识码:A 在纺织工业生产中,质量控制与检测非
2、常重 要。纱线作为“纺”的产品和“织”的原料,其检测是 纺织工业检测的核心环节之一。在影响纱线质量的 诸多因素中,在质量基本可控条件下,纱疵的影响尤 为突出。因此,如何准确地检测纱疵是纺织生产质 量控制中必须认真对待的课题。 随着纺织工业的发展和电子科技水平的提高, 各种新型传感器技术被广泛应用于纺织工业中, 纱疵检测技术也因此有了令人瞩目的发展。本文在 分析现有各种纱疵检测技术的基础上,提出基于多 传感器的纱疵检测这一新概念,为实现高性能的纱 疵检测奠定了基础。 l基于单一传感器的纱疵检测技术 传统的纱疵检测都是利用某一种传感器将纱线 某方面的物理属性转化为电信号,再根据电信号的 变化规律来
3、检测纱疵。将此类技术统称为“基于单 一传感器的纱疵检测技术”。以下为其中主要几种。 1 1 光电检测 光电检测是指利用光电传感器来获取纱线信息 的检测方法。2 1 。传统的光电检测原理如图1 所示。 光源发出的光通过测量区,被其中的纱线遮挡和吸 收一部分,剩余部分到达光接收器( 通常是光电管) 。 光接收器将接收到的光通量转化为电信号,经后级 电路整理输出。当有粗细变化明显的疵点通过时 输出信号发生相应的幅度变化,据此可判断疵点的 存在和大小。 在理想条件下,这种方法感知的是纱线沿光束 方向的投影直径。其优点在于它是纱线外观的直观 表达,接近视觉效果。但由于检测易受环境光线和 检测区清洁度的影
4、响,以及早期光电器件价格高、长 周期稳定性羞的因素,该方法在早期应用中效果并 田l 光电检测原理图 不理想。后来的设计者花费了大量心思在光源的选 择上,如选用调制光或红外光等,旨在提高该方法的 抗环境干扰能力。而原理性的不足仍无法改变:它 无法感知纱线的材料,也无法检测到仅在光束法向 投影上有直径变化的疵点( 扁平疵) 。 1 2 电容检测 电容检测是指利用平板电容传感器来获取纱线 信息的检测方法。3J 。其基本原理如图2 所示。当满 足一定的填充条件且忽略极板边缘效应时,电容器 的容量与极板间的纱线质量近似成正比。疵点从极 板间经过会引起电容量的改变,后接电桥电路将电 容量的变化转换为电压信
5、号的起伏,从而实现对疵 点的检测。 圈2 电容检测原理图 这种方法出现后,成功结合了A ,D 转换和数字 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第2 4 卷第4 期 电路技术,加之低档电容传感器造价较低,相对稳定 性好,从而得以推广和不断完善。目前电容检测仍 是纱疵检测领域的主流技术。它克服了光电检测的 诸项缺点,使检测精度大大提高,而且还可在一定程 度上实现对纱线材料的检测。 需要指出的是该方法感知的不仅仅是极板间纱 线片断的平均线密度,还会对
6、极板间介质( 空气和纱 线) 的介电系数的变化起反应。因此,环境温湿度变 化成为影响检测准确性的最大问题。设计人员采取 了各种措施如温湿度补偿、自适应调节等,但小的误 差仍不町避免。此外,在与视觉效果的符合度方面, 电容检测略逊于光电检测。 1 3 图像检测 图像检测是一种新兴的检测方式,它采用图像 传感器来获取纱线信息”“。虽然图像传感器也属 于光电器件范畴,但其信号处理方法与传统光电检 测原理不同,因此本文将它另归为一类。 图像传感器由多个感光敏元按阵列形式构成。 每个感光敏元独立感知一个局部点的光线强度,处 理电路将其量化为一个象素点的亮度值。多个感光 敏元便可得到一组明暗不同的象素点阵
7、,从而构成 一帧数字点阵图像。 图像可以更细致地表现纱线的细节,如毛羽、异 色纤维等。而且数字图像处理技术如边缘获取、自 适应均衡等可使判断纱线直径在一定程度上不再受 入射光强度的影响,比传统的光电检测前进了一大 步。图像检测具有光电检测的各项优点,且提供了 纱线的多维信息,可以实现纱疵的高精度检测。不 过它也存在一些不足,如不能检测材料、价格较昂贵 等。另外,数字图像处理的算法比较复杂,需要耗费 较多的处理时问,使检测速度受限。 2 基于多传感器的纱疵检测技术 2 1 多传感器技术 多传感器技术是一种多源信息的综合技术”1 。 它通过把来自不同传感器( 信息源) 的,在空间或时 间上相互冗余
8、、互补、关联的信息,依据某种准则进 行分析综台,以获得对被测对象及其性质的最佳一 致估计,使系统由此而获得比各组成部分的子集所 构成的系统更优越的性能。 多传感器技术具有以下优点:提高了信息的可 信度;增加了目标特征矢量的维数;降低了获得信息 的费用、时问;提高了系统的容错能力和整体性能。 将多传感器技术引人纱疵检测当中,将使检测 方式、范围、精度和信号处理方法都发生巨大的变 化,从而使纱疵检测技术产生本质的飞跃。 2 2 引入的必要性 2 2 1 日益增长的质量要求基于单一传感器的 检测技术虽已相当成熟,但仍无法满足人们对纱线 和织物外观质量的与日俱增的要求。一方面,市场 对于常规疵点的清除
9、率要求越来越高:另一方面,还 提出了一些新的要求,例如混入原棉中的异色异质 纤维形成的疵点( 称异性疵点) 如今受到了前所未有 的重视。传统的单一传感器无法同时感知纱线在色 泽、材质、几何尺寸等多方面的属性。只有借助于多 传感器技术,才可能真正实现对异性疵点的检测。 正如眼睛只能看,耳朵只能昕,而五官一起工作才能 准确地感知事物。 22 2 纱疵种类多样化的需要随着纺织工艺和材 料的发展,纱线品种大大丰富。出现了许多前所未有 的纱线种类,如:氨纶包芯纱、导电纱、花式纱等等。 由此也产生了许多特种纱疵,如:包芯纱特有的空芯、 露芯、空鞘;花式纱的花式异常等等。这类疵点从数 量到种类大大增加,未来
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