本发明涉及一种聚合物单丝线径检测装置及检测方法。
背景技术：
1、机器视觉测量就是利用计算机、相机和镜头等机器采集目标物的图像进行处理。从而代替人眼来做测量和判断，实现对客观世界的感知、识别和理解的技术。通过图像摄取装置将摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的几何尺寸信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，从而得到计算机能够识别、理解的图像数据，从而得到我们所需测量的聚合物单丝几何尺寸。在大批量重复性工业生产过程中，用机器视觉检测方法可以大大提高测量检测的效率和自动化程度。聚合物单丝是一种性能优异的有机非金属材料，广泛应具体为国民经济各个领域，通过对聚合物单丝生产过程中的测量检测，可以确保产品质量稳定，以及对产品质量进行差异化分类。
2、现有的聚合物单丝生产质量检测方法通常为人工随机抽取部分生产产品进行精度检验、外观检查等，这样的方式缺乏智能性及实时性，缺乏对数据的深入分析，检测效率低下，不能覆盖所有的产品。现有的检测手段单一，多为传统的物理检测，缺乏基于机器视觉的大规模线径检测方法，只能单根单丝巡回检测，缺乏基于分析多组线径监测数据，全面评估聚合物单丝的质量的标准，从而降低人为因素对检测结果的影响，及时获得评估预警结果。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种可以实时连续检测几十到数百根聚合物单丝生产时的实时线径的基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置及检测方法。
2、本发明的技术解决方案是：
3、一种基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置，其特征是：安装支架左侧靠前端装有控制器，右侧安装有相机遮光罩，相机遮光罩内装有二台ccd线阵相机及与该二台ccd线阵相机搭配使用的远心镜头，二台ccd线阵相机正下方布置矩形柔光背光灯，柔光背光灯将聚合物单丝外形轮廓投影到线阵相机中，相机遮光罩两侧下方安装有二台高均匀性条形光源，用于改善相机成像空间环境光线，矩形柔光背光灯右侧的机架平台上安装有光栅尺，用于二台线阵相机标定，矩形柔光背光灯左侧通过二只分丝杆安装座安装分丝杆；二台ccd线阵相机沿聚合物单丝排列宽度方向，分别拍摄沿分丝杆均匀排列的聚合物单丝左边部分和右边部分；线阵相机实时拍摄匀速运动的聚合物单丝图像，将图像数据传输给控制器，控制器内部的图像处理软件可基于图像进行聚合物单丝线径的在线检测；控制器利用线阵相机拍摄到的聚合物单丝图像提取其线径尺寸，基于此线径尺寸，来控制聚合物单丝生产线中二台牵伸机速度差及热风烘箱温度，从而来保证聚合物单丝成品线径在公差允许范围内，从而实现聚合物单丝生产工况的调节。
4、一种采用基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置的聚合物单丝线径检测方法，其特征是：包括下列步骤：
5、（1）首先标定摄像机，采用高精度标定靶标光栅尺标定目标，定义相机内部参数及外部参数的初始值，初始化用于存储标定标志的图像坐标和标定目标初始姿态的矩阵；在标定过程中对初始值进行修正，确定具有亚像素精度的标定标志的位置及标定目标相对于相机的位姿；
6、采用高均匀度条形光源可以根据被测单丝颜色调整照射光的颜色，与被测物单丝颜色形成互补颜色，提高图像在成型时的对比度；
7、（2）在相机标定完成后，相机开始拍摄照片并进行图像预处理；图像在采集、传输、显示等过程中会受到不同类型噪声的影响，由相机拍摄得到的图像受离散的脉冲、椒盐噪声和零均值的高斯噪声的影响严重，给后续图像图像分割、图像特征提取、图像识别带来很多困难，因此，需要对实时采集的图像需进行平滑化、滤波处理，消除图像中的噪声成分；尽可能不损坏图像轮廓及边缘等重要信息，使图像清晰，方便后续的图像处理。本技术方案采用频域低通滤波方法，将变换函数打包做成一个低通滤波器，在相机拍照传输到控制器中，通过频域对一定范围内的高频分量进行衰减来达到去除噪声平滑图像的目的；由于采集聚合物单丝图像对比度不高，所以对图像采用直方图均衡化处理，列出原始图像灰度级，统计原始直方图各灰度级像素，计算原始直方图及累计分布函数，确定映射对应关系，再统计新直方图各灰度级像素，计算新直方图，得到全局均衡化的直方图，使图像灰度级跨越更大的范围，自动增强图像为得到图像中聚合物单丝的尺寸信息，进行图像分割提取图像中与聚合物单丝相对应的区域，以一幅图像作为输入分割操作，采用双线性插值法进行自适应阈值分割，canny边缘检测算子和连接算子提取亚像素轮廓作为输出，提高图像中聚合物单丝轮廓边缘的精度和提取效率，从分割结果中选取出所有聚合物单丝两侧边缘轮廓，用ramer算法对边缘轮廓进行递归细分，直到得到的全部线段到各自对应的轮廓段的最大距离小于指定的阈值为止，将相机采集到的轴向轮廓拟合成一段连续的轮廓；
8、（3）然后再进行特征提取，提取聚合物单丝在图像中两侧的轮廓，通过计算灰度值轮廓一阶导数的局部极值得到一维边界，系统仅对聚合物单丝轴向两侧边缘感兴趣，使用度量对工具将图像上的所有单丝轮廓自动配对为保证返回值是正确的一对边缘，要求第一对边缘有正的变换；为消除畸变的影响并得到以公制为单位的结果，将图像上的边缘点变换到ccd线性相机坐标系统，构建图像上通过边缘点的视线来完成；对于两个边缘点，由于使用远心镜头，视线以线上两点的地球单位返回，所有视线是平行的，确定线的两点的坐标是相同的，聚合物单丝线径也就是通过这边缘点的平行线间的距离，这个距离值用像素点来计量转换成公制单位；并确定这个尺寸是否在设定公差范围内，若聚合物单丝尺寸线径误差超过设定值，且超差的单丝根数超过总根数的60%时基于机器视觉的生产线控制系统，调整生产线工艺策略来保证聚合物单丝产品的线径；另外，系统将记录所有单丝的尺寸数据，用于后道工序将聚合物单丝产品按品质分类，以及方便后期产品在使用时可以溯源，查到相关产品的数据。
9、标定摄像机的具体方法：建立平面网格状的标定模板，网格状靶标上的网格交叉点作为标定控制点，这个控制点在网格标定靶标上的坐标值是已知的，这个坐标值作为世界坐标系的坐标值；建立这个标定靶标后， 接下来从不同角度位置拍摄靶标，得到多幅标定模板图像，检测标定靶标上的控制点图像坐标，再根据控制点的靶标坐标和图像坐标估计摄像机参数的解析解；然后，通过最小方差求出偏转系数，根据非线性规划求出最终的迭代结果。
10、所述相机内部参数包括镜头焦距、镜头畸变系数、传感器像元宽度、高度、运动速度等；所述外部参数包括相机坐标到世界坐标xyz三轴的旋转角度及平移量。
11、本发明：（1）单丝生产能够大批量实现在线实时检测，提高检测效率，减少人员使用。 对于在线实时检测， 将视觉测量系统嵌入到生产线中， 使测量速度与生产线生产节拍一致， 是提高检测效率关键。 视觉测量执行时间在很大程度上取决于底层图像处理（图像平滑、 滤波、 分割等） 速度。 因此，使用专用硬件实现独立于环境的处理算法，能够大大提高图像处理速度。
12、（2）实现智能化检测，机器视觉测量技术使单丝线径检测由传统检测过渡到在线、动态、 主动、大批量的实时检测，基于检测数据实时在线调整工艺（工况）参数。
13、（3）实现高精度检测，测量精度达到0.02mm，满足单丝产品各种规格线径测量。
14、（4）测量数据网络化，检测数据可以传输溯源。测量数据实时传输到网络云端，供多个终端用户查询数据，便于生产工艺人员调整生产工艺参数。以及便于产品的质量管控，不同批次的产品的规格尺寸均可在云端查询到，便于产品质量问题溯源。
15、（5）实现柔性测量技术。不同规格尺寸的产品可以通过同一套视觉测量系统测量数据。
16、（6）高灵敏性断线检测并报警，大批量聚合物单丝中只要出现一根聚合物单丝断裂，系统失去这根丝线径检测数据，就会判断出这根丝发生断裂并发出报警，提醒生产人员及时处理，减少损失。
17、本发明的优点还在于：
18、（1）、实现大批量聚合物单丝在线智能化高精度检测。
19、（2）、测量数据网络化，检测数据可以传输溯源。
20、（3）、实现聚合物单丝柔性测量技术，工艺（工况）参数根据实时生产状况在线实时调整。
21、（4）、高灵敏性断线检测并报警。
1.一种基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置，其特征是：安装支架左侧靠前端装有控制器，右侧安装有相机遮光罩，相机遮光罩内装有二台ccd线阵相机及与该二台ccd线阵相机搭配使用的远心镜头，二台ccd线阵相机正下方布置矩形柔光背光灯，柔光背光灯将聚合物单丝外形轮廓投影到线阵相机中，相机遮光罩两侧下方安装有二台高均匀性条形光源，用于改善相机成像空间环境光线，矩形柔光背光灯右侧的机架平台上安装有光栅尺，用于二台线阵相机标定，矩形柔光背光灯左侧通过二只分丝杆安装座安装分丝杆；二台ccd线阵相机沿聚合物单丝排列宽度方向，分别拍摄沿分丝杆均匀排列的聚合物单丝左边部分和右边部分；线阵相机实时拍摄匀速运动的聚合物单丝图像，将图像数据传输给控制器，控制器内部的图像处理软件可基于图像进行聚合物单丝线径的在线检测；控制器利用线阵相机拍摄到的聚合物单丝图像提取其线径尺寸，基于此线径尺寸，来控制聚合物单丝生产线中二台牵伸机速度差及热风烘箱温度，从而来保证聚合物单丝成品线径在公差允许范围内，从而实现聚合物单丝生产工况的调节。
2.一种采用基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置的聚合物单丝线径检测方法，其特征是：包括下列步骤：
3. 根据权利要求2所述的采用基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置的聚合物单丝线径检测方法，其特征是：标定摄像机的具体方法：建立平面网格状的标定模板，网格状靶标上的网格交叉点作为标定控制点，这个控制点在网格标定靶标上的坐标值是已知的，这个坐标值作为世界坐标系的坐标值；建立这个标定靶标后， 接下来从不同角度位置拍摄靶标，得到多幅标定模板图像，检测标定靶标上的控制点图像坐标，再根据控制点的靶标坐标和图像坐标估计摄像机参数的解析解；然后，通过最小方差求出偏转系数，根据非线性规划求出最终的迭代结果。
4.根据权利要求2所述的采用基于机器视觉的聚合物单丝线径检测装置的聚合物单丝线径检测方法，其特征是：所述相机内部参数包括镜头焦距、镜头畸变系数、传感器像元宽度、高度、运动速度等；所述外部参数包括相机坐标到世界坐标xyz三轴的旋转角度及平移量。
