一种碳纤维原丝检测系统[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 213239967 U(45)授权公告日 2021.05.18

(21)申请号 202022180420.6(22)申请日 2020.09.28

(73)专利权人 西安获德图像技术有限公司

地址 710000 陕西省西安市碑林区火炬路7

号东新世纪广场1706室(72)发明人 赵瑾　景军锋　高原　

(74)专利代理机构 北京细软智谷知识产权代理

有限责任公司 11471

代理人 岳凤羽(51)Int.Cl.

G01N 21/952(2006.01)

权利要求书1页 说明书5页 附图1页

()实用新型名称

一种碳纤维原丝检测系统

(57)摘要

本实用新型公开了一种碳纤维原丝检测系统，属于机器视觉领域，包括纱线绕辊，首先照明装置照亮纱线绕辊处的碳纤维原丝，然后图像获取装置获取照明装置照亮处碳纤维原丝的图像，最后图像处理装置判断获取的图像是否存在缺陷并记录缺陷的位置。在碳纤维原丝高速运动过程中，无需与碳纤维原丝接触，无损伤检测碳纤维原丝质量，通过照明装置和图像获取装置获取稳定可靠的碳纤维原丝图像，高效快速的检测到碳纤维原丝的质量，有利于碳纤维原丝的自动化生产。

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权　利　要　求　书

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1.一种碳纤维原丝检测系统，包括纱线绕辊，其特征在于，还包括：照明装置，用于照亮位于所述纱线绕辊处的碳纤维原丝；图像获取装置，用于获取所述照明装置照亮处碳纤维原丝的图像；图像处理装置，用于判断获取的图像是否存在缺陷以及记录所述缺陷的位置。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：启动控制装置，用于根据所述纱线绕辊的工作状态控制所述照明装置和所述图像获取装置的工作状态。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述启动控制装置为旋转编码器，安装在所述纱线绕辊上；当所述纱线绕辊转动时，所述编码器同步转动并向所述照明装置和所述图像获取装置发送触发信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述启动控制装置包括角速度传感器，用于检测所述纱线绕辊的转速；根据所述纱线绕辊的转速控制所述照明装置和所述图像获取装置的工作状态。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述照明装置为LED光源，所述LED光源设置在所述纱线绕辊上方，以使所述LED光源垂直照射所述纱线绕辊上的碳纤维原丝。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述LED光源距离照射的碳纤维原丝20mm。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述图像获取装置为工业相机，所述工业相机设置在所述纱线绕辊切线方向，以使所述工业相机能够获取到所述照明装置照亮处的碳纤维原丝的图像。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述工业相机距离所述照明装置照亮处的碳纤维原丝200mm。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：报警装置，与所述图像处理装置连接，用于在所述图像处理装置判断获取的图像存在缺陷时发出警报。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：显示装置，用于与所述图像处理装置连接，用于在所述图像处理装置判断获取的图像存在缺陷后显示缺陷所在位置并与用户进行交互。

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说　明　书

一种碳纤维原丝检测系统

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技术领域

[0001]本实用新型涉及机器视觉领域，特别地，涉及一种碳纤维原丝检测系统。背景技术

[0002]碳纤维是一种新型的复合材料，广泛应用于航空航天、碳芯电缆、体育休闲、压力容器、风电叶片等领域。碳纤维经过拉丝工艺形成碳纤维原丝，多根原丝组合在一起形成碳纤维原丝纱线。碳纤维原丝纱线生产过程中速度可达到400米每分钟，而由于设备，工艺等原因，碳纤维原丝纱线表面会产生破丝，毛团等缺陷，但这种高速运动状态下的碳纤维原丝纱线缺陷，人眼是无法观察到的，这样无法知道碳纤维原丝纱线的质量情况，不利于生产。实用新型内容

[0003]为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种碳纤维原丝检测系统，以解决高速运动状态下的碳纤维原丝纱线缺陷，人眼是无法观察到的，无法知道碳纤维原丝纱线的质量情况，不利于生产的问题。

[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：[0005]一种碳纤维原丝检测系统，包括纱线绕辊，还包括：[0006]照明装置，用于照亮位于所述纱线绕辊处的碳纤维原丝；[0007]图像获取装置，用于获取所述照明装置照亮处碳纤维原丝的图像；[0008]图像处理装置，用于判断获取的图像是否存在缺陷以及记录所述缺陷的位置。[0009]进一步地，还包括：[0010]启动控制装置，用于根据所述纱线绕辊的工作状态控制所述照明装置和所述图像获取装置的工作状态。[0011]进一步地，所述启动控制装置为旋转编码器，安装在所述纱线绕辊上；当所述纱线绕辊转动时，所述编码器同步转动并向所述照明装置和所述图像获取装置发送触发信号。[0012]进一步地，所述启动控制装置包括角速度传感器，用于检测所述纱线绕辊的转速；根据所述纱线绕辊的转速控制所述照明装置和所述图像获取装置的工作状态。[0013]进一步地，所述照明装置为LED光源，所述LED光源设置在所述纱线绕辊上方，以使所述LED光源垂直照射所述纱线绕辊上的碳纤维原丝。[0014]进一步地，所述LED光源距离照射的碳纤维原丝20mm。[0015]进一步地，所述图像获取装置为工业相机，所述工业相机设置在所述纱线绕辊切线方向，以使所述工业相机能够获取到所述照明装置照亮处的碳纤维原丝的图像。[0016]进一步地，所述工业相机距离所述照明装置照亮处的碳纤维原丝200mm。[0017]进一步地，还包括：报警装置，与所述图像处理装置连接，用于在所述图像处理装置判断获取的图像存在缺陷时发出警报。[0018]进一步地，还包括：显示装置，用于与所述图像处理装置连接，用于在所述图像处理装置判断获取的图像存在缺陷后显示缺陷所在位置并与用户进行交互。

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说　明　书

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本申请采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：

[0020]本实用新型提供一种碳纤维原丝检测系统，包括纱线绕辊，首先照明装置照亮纱线绕辊处的碳纤维原丝，然后图像获取装置获取照明装置照亮处碳纤维原丝的图像，最后图像处理装置判断获取的图像是否存在缺陷并记录缺陷的位置。在碳纤维原丝高速运动过程中，无需与碳纤维原丝接触，无损伤检测碳纤维原丝质量，通过照明装置和图像获取装置获取稳定可靠的碳纤维原丝图像，高效快速的检测到碳纤维原丝的质量，有利于碳纤维原丝的自动化生产。

附图说明

[0021]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022]图1是本实用新型实施例提供的一种碳纤维原丝检测系统结构示意图；

[0023]图2是本实用新型实施例提供的一种启动控制器为旋转编码器的碳纤维原丝检测系统结构示意图；

[0024]图3是本实用新型实施例提供的一种实际碳纤维原丝检测系统的结构示意图。具体实施方式

[0025]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。[0026]参照图1，本实用新型实施例提供一种碳纤维原丝检测系统，包括纱线绕辊101，还包括：

[0027]照明装置102，用于照亮位于纱线绕辊处的碳纤维原丝；[0028]图像获取装置103，用于获取照明装置照亮处碳纤维原丝的图像；[0029]图像处理装置104，用于判断获取的图像是否存在缺陷以及记录缺陷的位置。[0030]本实用新型实施例提供的一种碳纤维原丝检测系统，包括纱线绕辊，首先照明装置照亮纱线绕辊处的碳纤维原丝，然后图像获取装置获取照明装置照亮处碳纤维原丝的图像，最后图像处理装置判断获取的图像是否存在缺陷并记录缺陷的位置。在碳纤维原丝高速运动过程中，无需与碳纤维原丝接触，无损伤检测碳纤维原丝质量，通过照明装置和图像获取装置获取稳定可靠的碳纤维原丝图像，高效快速的检测到碳纤维原丝的质量，有利于碳纤维原丝的自动化生产。

[0031]作为对上述实施例的补充说明，本实用新型实施例还提供了一种碳纤维原丝检测系统，如图2所示，包括纱线绕辊201，还包括：[0032]照明装置，用于照亮位于纱线绕辊处的碳纤维原丝；作为本实用新型实施例一种可选的实现方式，照明装置为LED光源202，LED光源设置在纱线绕辊上方，以使LED光源垂直照射纱线绕辊上的碳纤维原丝。优选地，LED光源距离照射的碳纤维原丝20mm。照明装置采

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用LED光源节能环保，同时又能为碳纤维原丝提供足够的亮度，便于图像获取装置获取清晰的图像。

[0033]图像获取装置，用于获取照明装置照亮处碳纤维原丝的图像；作为本实用新型实施例一种可选的实现方式，图像获取装置为工业相机203，工业相机设置在纱线绕辊切线方向，以使工业相机能够获取到照明装置照亮处的碳纤维原丝的图像。优选地，工业相机距离照明装置照亮处的碳纤维原丝200mm。[0034]需要说明的是，由于缺陷大部分是纱线与其他设备接触后才产生的，因此，优选地，LED光源设置在纱线绕辊斜上方。[0035]图像处理装置，用于判断获取的图像是否存在缺陷以及记录缺陷的位置。图像处理装置为包括图像处理软件的计算机(图中未示出)。现在通过图像处理软件识别图像是非常成熟的技术手段，因此在此不在详细描述。[0036]启动控制装置，用于根据纱线绕辊的工作状态控制照明装置和图像获取装置的工作状态。图2中，启动控制装置为旋转编码器204，安装在纱线绕辊上；当纱线绕辊转动时，编码器同步转动并向照明装置和图像获取装置发送触发信号。需要说明的是，编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。具体的，编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。在实际使用过程中，旋转编码器的转动速度与纱线绕辊的转速相同，当纱线绕辊开始转动时，旋转编码器也开始转动，此时发出触发信号，让照明装置和图像获取装置开始工作；当纱线绕辊转速越快，单位时间碳纤维原丝在纱线绕辊上输送的长度越长，此时旋转编码器触发信号发送的频率变高，图像获取装置获取图像的频率也相应高，使图像获取装置获取图像的频率与碳纤维原丝输送速度匹配。

[0037]作为本实用新型实施例另一种可选的实现方式，启动控制装置包括角速度传感器，用于检测纱线绕辊的转速；根据纱线绕辊的转速控制照明装置和图像获取装置的工作状态。该方式通过角速度传感器测量角速度，然后根据角速度直接向照明装置和图像获取装置发送控制指令，控制照明装置的开闭以及图像获取装置的开闭和获取图像的频率。[0038]还包括，报警装置，与图像处理装置连接，用于在图像处理装置判断获取的图像存在缺陷时发出警报。一些优选实施例中，报警装置可选用蜂鸣器或者报警灯。[0039]一些可选实施例中，还包括：显示装置，用于与图像处理装置连接，用于在图像处理装置判断获取的图像存在缺陷后显示缺陷所在位置并与用户进行交互。具体地，显示装置为液晶显示器。

[0040]可以理解的是，由于图2展示角度问题，存在一些装置未在图中示出，未展示的装置是因为对其安装位置没有具体限定，可以根据实际情况安装。[0041]为了更详细的了解本申请的方案，如图3所示，本实用新型提供一种实际碳纤维原丝检测系统的结构，系统共采用6台工业相机，每台工业相机拍摄2根碳纤维原丝。工业相机沿着碳纤维绕辊的切线拍摄，相机距离碳纤维原丝200mm。LED光源垂直照射绕辊上的碳纤维原丝，并距离碳纤维原丝20mm。[0042]其中，旋转编码器用来触发相机和光源的同步数据采集；LED光源负责将纱线表面照亮；6台相机负责拍摄碳纤维纱线表面图像；计算机用来运行检测软件，实现检测算法，并在发现缺陷时提供报警信号；LED汉字屏即液晶显示器用于和用户进行交互。

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图像采集过程：首先采用高亮LED线性光源将碳纤维原丝纱线照亮，当生产线开始

生产时，安装在纱线绕辊上的编码器开始转动，编码器给工业相和LED光源提供触发信号，编码器转动越快，触发频率越快，当LED光源收到触发信号时，光源点亮，同时相机进行图像采集。采用编码器硬件触发方式使得系统能够自动适应产线速度的变化。[0044]图像处理过程：当相机采集到纱线图像后，通过千兆网将图像数据传送至工业控制计算机，工业控制计算机运行设计好的图像处理算法对采集到的纱线图像进行处理。当纱线出现毛丝，毛团，毛条时，这些缺陷会突出纱线表面，形成的图像不同于正常纱线图像，当图像处理算法识别到这些异常图像时，系统报警提示，同时将缺陷存储到相应的落筒文件夹内以便后期查询；没有发现缺陷的图像则不需要保存。[0045]算法设计：图像处理算法是机器视觉系统的核心，采集到纱线图像后，首先进行各种滤波处理，以消除图像采集过程中的噪声，然后进行图像增强，使图像更加有利于检测，接着进行阈值化处理，分离出缺陷部分，再下来采用blob等算法计算缺陷的尺寸信息，通过一系列处理，最后得到有缺陷的图像。同时由于碳纤维原丝生产速度高，图像采集频率高，每秒钟需要处理多台*300幅图像，图像数据量大，在工控机中必须内置高速的图像处理GPU才能保证每一幅采集到的图像都来得及处理。[0046]可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。[0047]本实用新型实施例提供的碳纤维原丝检测系统，采用机器视觉技术，实现碳纤维原丝无接触，无损伤检测。将每根纱线上的缺陷信息和落筒位置对应起来，对每一筒碳纤维原丝进行客观的评级。采用硬件触发方式，解决了高速运动的纱线表面图像采集，即采用硬件触发方式实现LED光源和相机高频同步触发，以保证采集到的图像质量稳定可靠。[0048]需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

[0049]流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。[0050]应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

[0051]本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。[0052]此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以

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是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

[0053]上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。[00]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0055]尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

图3

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