呂志華 李 彪 周 磊 王科利

（陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西寶雞，721013）

在紡織企業(yè)織造過(guò)程的整理工序，首要的工作就是驗(yàn)布。驗(yàn)布就是尋找織物上的有害疵點(diǎn)，按疵點(diǎn)種類統(tǒng)計(jì)數(shù)量對(duì)布匹評(píng)級(jí)，并標(biāo)記位置為后續(xù)修布做準(zhǔn)備。由于整理工序是紡織品出廠前的最后一道工序，在產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用，而驗(yàn)布又是這一工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以紡織企業(yè)在驗(yàn)布環(huán)節(jié)投入了大量的人力和物力。目前國(guó)內(nèi)多采用人工驗(yàn)布方式，由檢驗(yàn)人員在一定的燈光下觀察緩慢運(yùn)動(dòng)的布面狀況，遇到疵點(diǎn)時(shí)停止運(yùn)動(dòng)并在相應(yīng)位置或布邊標(biāo)記，驗(yàn)完一卷布后，再由修布人員根據(jù)標(biāo)記修理布面上的相應(yīng)疵點(diǎn)。傳統(tǒng)的人工驗(yàn)布存在檢測(cè)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、漏檢率高等諸多問(wèn)題。

隨著電子技術(shù)和圖像視覺(jué)技術(shù)的快速發(fā)展，用“電眼”代替“人眼”成為可能。近幾年，逐漸發(fā)展起來(lái)一種采用若干高分辨率線陣CCD相機(jī)檢驗(yàn)高速流動(dòng)織物上疵點(diǎn)的機(jī)器，這種機(jī)器檢驗(yàn)布面疵點(diǎn)種類全、誤判率低、檢驗(yàn)速度快、效率高，可以降低人力成本，也符合紡織產(chǎn)業(yè)升級(jí)和智能制造的趨勢(shì)［1］。

1 已經(jīng)突破的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 圖像識(shí)別系統(tǒng)

圖像識(shí)別系統(tǒng)的核心內(nèi)容是織物疵點(diǎn)的檢測(cè)和識(shí)別，主要思想是通過(guò)圖像空間域的變化，突出疵點(diǎn)特征。圖像變換經(jīng)歷了圖像分割、高斯濾波、直方圖初步識(shí)別、二值化、輪廓變換、疵點(diǎn)識(shí)別等主要過(guò)程［2］，見(jiàn)圖1。

圖1 圖像處理工作流程

布面疵點(diǎn)種類較多，按照布面疵點(diǎn)的分類，每一類均設(shè)計(jì)了專門的識(shí)別算法，可以分為棉雜（棉球）、竹節(jié)（多緯）、跳紗、異纖、緯縮、斷經(jīng)、斷緯（百腳）、稀弄（密路）、緯縮（經(jīng)縮）和滿天星等算法。疵點(diǎn)的分類算法與疵點(diǎn)的空間變換相結(jié)合，共同完成布面疵點(diǎn)的識(shí)別。目前，除了不太明顯的橫檔外，絕大多數(shù)的疵點(diǎn)均可有效識(shí)別。

1.2 符合自動(dòng)檢測(cè)要求的布匹牽引系統(tǒng)

布匹牽引系統(tǒng)用于牽引布面平穩(wěn)通過(guò)檢測(cè)區(qū)，同時(shí)對(duì)布面進(jìn)行平整、清潔等工作。布面牽引系統(tǒng)主要包括清潔裝置、對(duì)中擴(kuò)幅裝置及牽引裝置。清潔裝置負(fù)責(zé)對(duì)織物的兩個(gè)表面進(jìn)行清潔工作，避免因附著在織物上的線頭、飛花等異物影響處理單元的識(shí)別。清潔裝置上裝有漫反射式自動(dòng)開關(guān)，用于檢測(cè)本卷布匹是否已經(jīng)測(cè)試完畢。對(duì)中擴(kuò)幅裝置通過(guò)光電傳感器對(duì)織物位置進(jìn)行偵測(cè)，實(shí)時(shí)控制擺動(dòng)羅拉把織物移動(dòng)到合適的位置，并且通過(guò)擴(kuò)幅羅拉對(duì)織物展平，消除褶皺。牽引裝置通過(guò)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)布輥，壓輥通過(guò)氣缸將布匹壓在導(dǎo)布輥上，勻速牽引織物，同時(shí)通過(guò)鏈輪和曲柄機(jī)構(gòu)帶動(dòng)擺布裝置運(yùn)動(dòng)，將布匹擺折整齊，或者直接成卷。

有些情況下，還要求布匹牽引系統(tǒng)具有手動(dòng)停止、倒轉(zhuǎn)等功能，從結(jié)構(gòu)形式上具備能站立修布工進(jìn)行在線修布的平臺(tái)。

1.3 自跟隨布面疵點(diǎn)標(biāo)記系統(tǒng)

標(biāo)記系統(tǒng)負(fù)責(zé)在發(fā)現(xiàn)布面疵點(diǎn)后進(jìn)行標(biāo)記。標(biāo)記采用可消除墨水或者粘貼標(biāo)簽，可消除墨水經(jīng)過(guò)若干天后會(huì)自動(dòng)消失，不會(huì)對(duì)布面產(chǎn)生任何不良影響。當(dāng)識(shí)別到布面疵點(diǎn)時(shí)，在相應(yīng)布面疵點(diǎn)位置作一標(biāo)記，同時(shí)自動(dòng)尋找布邊并在布邊作一標(biāo)記，以方便后續(xù)修布時(shí)快速查找。為了區(qū)分布面疵點(diǎn)種類并對(duì)布匹進(jìn)行評(píng)級(jí)，將布面疵點(diǎn)分為一般和嚴(yán)重（分值1～4），在標(biāo)記方式上，分別采用藍(lán)色與紅色墨水或標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)記。在修布時(shí)，修布工根據(jù)標(biāo)記打開折疊的布匹，就可以快速、方便地查找到布面疵點(diǎn)，進(jìn)行修理。

2 影響自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)效能的因素及解決方法

2.1 光源對(duì)布面疵點(diǎn)識(shí)別的影響

GB/T 406—2008《棉本色布》標(biāo)準(zhǔn)中，被定義過(guò)的布面疵點(diǎn)類型就多達(dá)68種［3］。此外，各企業(yè)根據(jù)自身工藝以及布面品種特點(diǎn)，會(huì)對(duì)一些非國(guó)標(biāo)內(nèi)的疵點(diǎn)進(jìn)行定義、識(shí)別和關(guān)注，進(jìn)一步增多了布面疵點(diǎn)種類。

光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通常采用高亮LED光源。光源方式根據(jù)相機(jī)、布面和光源的相對(duì)位置，將打光方式可分為上光、下光、混合光。根據(jù)布匹品種特點(diǎn)，可調(diào)整光源照射角度，以凸顯布面疵點(diǎn)特征。為兼顧不同布匹品種，可將光源角度選在 45°、60°、70°等［4］。

下光源設(shè)計(jì)可以很好地凸顯出大多數(shù)常規(guī)布面疵點(diǎn)的形態(tài)特征，這也符合紡織廠人工驗(yàn)布平臺(tái)的光源設(shè)計(jì)。然而，在紡織廠實(shí)際的試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于某些品種的布面疵點(diǎn)無(wú)法用下光源顯示，而采用上光源則可以凸顯出疵點(diǎn)的特征。采用不同光源識(shí)別部分布面疵點(diǎn)的結(jié)果見(jiàn)圖2～圖5。

根據(jù)疵點(diǎn)本身特征，選擇最合適的光源（上光源或下光源）來(lái)凸顯疵點(diǎn)特征。比如斷經(jīng)、松經(jīng)疵、橫檔等疵點(diǎn)可以采用上光源凸顯特征，雜物、棉球、雙緯等疵點(diǎn)采用下光源凸顯特征。在獲取特征明顯的布面疵點(diǎn)圖像數(shù)據(jù)后，就大大降低了圖像算法的難度［5］。

由于布面疵點(diǎn)種類繁多，采用光源的方式、亮度、角度、距離等因素都會(huì)影響布面疵點(diǎn)特征，這都需要從成像特性、算法設(shè)計(jì)等多方面考量，最終實(shí)現(xiàn)布面疵點(diǎn)識(shí)別的正檢率。

圖2 斷疵圖像

圖3 橫檔圖像

圖4 斷經(jīng)圖像

圖5 粗節(jié)圖像

2.2 非疵點(diǎn)性干擾物會(huì)造成誤判

非疵點(diǎn)性干擾物主要包括飛花、線頭、褶皺。飛花、線頭干擾主要是由于在織造過(guò)程中，部分未清潔的飛花、線頭附著到坯布表面，隨布匹經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)時(shí)形成的干擾。褶皺干擾主要是在織機(jī)落布中，布未卷好，或者卷布輥上有凸起物，對(duì)布面造成的死皺，經(jīng)過(guò)檢測(cè)區(qū)時(shí)形成的干擾。

人工驗(yàn)布過(guò)程中通過(guò)人眼觀察或人為干預(yù)可以將非疵點(diǎn)性干擾物與布面疵點(diǎn)辨別出。然而，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)中采用CCD相機(jī)采集織物樣本，其清潔裝置無(wú)法完全清除非疵點(diǎn)性干擾物，采集到織物樣本的干擾物和疵點(diǎn)形態(tài)若類似將會(huì)引起誤判。目前這三類非疵點(diǎn)性干擾占誤判的90%。飛花圖像與雜物、棉球圖像類似，線頭與拖紗、斷疵圖像類似，褶皺形態(tài)較為隨機(jī)，水平或垂直形態(tài)易引起誤判。飛花、線頭和褶皺圖像見(jiàn)圖6和圖7。

圖6 飛花線頭圖像

圖7 褶皺圖像

為此，可以從結(jié)構(gòu)或者軟件方面考慮，減少布面非疵點(diǎn)性干擾物的誤判。結(jié)構(gòu)方面，加強(qiáng)對(duì)布匹的清潔效果，并將清潔下來(lái)的飛花、線頭等進(jìn)行有效分離；褶皺上加強(qiáng)落布環(huán)節(jié)的管理，改進(jìn)落布輥設(shè)計(jì)等。軟件方面，根據(jù)非疵點(diǎn)性干擾物與布面疵點(diǎn)的特征，限定其方向、粗度、長(zhǎng)度等特征進(jìn)行區(qū)分［6］。

上述工作依舊難以達(dá)到誤判率小于10%的目標(biāo)。因此，如何提高疵點(diǎn)的正檢率、降低誤判率，并做好兩者之間的平衡是自動(dòng)驗(yàn)布需要解決的關(guān)鍵性問(wèn)題之一。

2.3 前后道工序的銜接

在織造企業(yè)的整理車間，驗(yàn)布的前道工序是織布，后道工序?yàn)樾薏?。從織機(jī)上下來(lái)的布為卷裝，一般一個(gè)布卷的布長(zhǎng)110 m、220 m或者330 m，大卷裝的布長(zhǎng)為600 m到1 500 m不等。

自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的出布方式分卷裝和碼布兩種。碼布機(jī)型適用于卷布→碼布→修布的工藝流程，智能識(shí)別布面疵點(diǎn)，實(shí)時(shí)標(biāo)記，待一卷驗(yàn)完后，離線修布；卷布機(jī)型適用于卷布→修布→卷布的工藝流程，智能識(shí)別布面疵點(diǎn)，布面疵點(diǎn)自動(dòng)停于修布平臺(tái)，在線進(jìn)行修布，修理完成后繼續(xù)檢測(cè)。

以一卷布220 m為例，按平均驗(yàn)布速度50 m/min來(lái)計(jì)算，驗(yàn)一卷布不到5 min，上布、接縫、下布的操作頻率較人工驗(yàn)布大大增加。這就需要一套自動(dòng)上、下布和快速接縫的智能化流程來(lái)加快進(jìn)程，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)驗(yàn)布前后道工序銜接的自動(dòng)化也是決定其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 按照用戶個(gè)性化要求的定制式

雖然人工驗(yàn)布機(jī)在織造企業(yè)是一款通用型的設(shè)備，但作為自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)，各企業(yè)會(huì)有不同的要求。決定不同設(shè)計(jì)的因素有：一是結(jié)構(gòu)形式，包括布匹幅寬，卷布還是碼布，是否需要清潔裝置，褶皺情況等；二是布匹的特性，包括織物薄厚，白色還是深色、純色還是花布等；三是疵點(diǎn)的種類，對(duì)疵點(diǎn)要求嚴(yán)還是松，重點(diǎn)關(guān)注哪些疵點(diǎn)，只驗(yàn)不修還是邊驗(yàn)邊修，或者驗(yàn)完再修等；四是標(biāo)記形式，只是疵點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)還是要標(biāo)記，標(biāo)記用墨水還是粘貼標(biāo)簽；五是評(píng)分，是按國(guó)標(biāo)還是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；六是上下游的銜接方式，包括上布、接縫，與碼布機(jī)的連接等。

3.2 可控制雙光源

根據(jù)織物品種有時(shí)需要上光源，有時(shí)需要下光源，可以快速控制轉(zhuǎn)換。

3.3 超高的正檢率

因?yàn)轵?yàn)布工序是紡織廠最終產(chǎn)品（織物）質(zhì)量把關(guān)的最后一道環(huán)節(jié)，不允許有遺漏，特別是用戶關(guān)注的疵點(diǎn)，所以驗(yàn)布機(jī)必須要有超高的正檢率，90%以上未必能滿足要求，可能會(huì)要求達(dá)到95%甚至更高。

3.4 較高的自動(dòng)化程度

自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)正常工作起來(lái)速度很快，布匹運(yùn)動(dòng)速度甚至可以達(dá)到120 m/min，但如果上布、接縫、下布自動(dòng)化程度不高，將會(huì)在這些環(huán)節(jié)浪費(fèi)大量的時(shí)間，并給驗(yàn)布工帶來(lái)較高的勞動(dòng)強(qiáng)度。所以，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的發(fā)展必然朝著擁有較高的自動(dòng)化程度方向邁進(jìn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

任何產(chǎn)品的研發(fā)都要迎合市場(chǎng)的需要，滿足用戶的要求，光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)也不例外。光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的研發(fā)經(jīng)歷了較為曲折的過(guò)程。開始階段只是在人工驗(yàn)布機(jī)上改造，加裝圖像視覺(jué)系統(tǒng)，由于傳統(tǒng)的人工驗(yàn)布機(jī)難以滿足光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)所需要的基礎(chǔ)條件，所以研發(fā)并不順暢。后來(lái)，設(shè)計(jì)專門的布匹牽引系統(tǒng)，不斷解決“電眼”所遇到的各種問(wèn)題，逐漸顯示出光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)階段還在探討并嘗試光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)從“離線”走向“在線”，但成本高。如果光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)能較好地處理目前存在的問(wèn)題，光電自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的“離線”優(yōu)勢(shì)反而更加明顯。