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摘要：纬编织物密度是其重要的结构参数之一，是影响产品重量的关键因素，它的测量对于产品的生产和使用都非常重要。根据测量需要，试制出纬编织物密度高精度快速视觉测量仪的实验样机。该样机利用嵌入式机器视觉技术，对纬编织物进行无拉力状态下测量和伺服拉伸后测量，再通过计算处理得出密度信息。该样机的成功研制为纬编织物密度的机器测量提供了平台。
关键词：纬编织物密度测量仪
1007-9416（2012）09-0137-03
纬编织物密度是指纬编织物在单位面积（一般为每平方厘米）内的横列和纵行数。它是纬编织物重要的结构参数之一，是影响产品重量的关键因素，它的测量对于产品的生产和使用都非常重要。目前，对于纬编织物密度自动化测量的研究也很多，其中最为典型的方法有两种：一是在自然状态下先对织物进行拍照处理，然后利用傅立叶变换进行计算后得出结果。该方式因布料的弯曲程度不同而通用性不强，测量结果差异较大；二是基于图像处理技术[3]，利用单片机采集信号再传输至PC机分析，处理得出结果。该方法需要传输大量的信息，而且选择PC机作为上位机，系统整体实时性不强。传统的纬编织物密度的测量方法是测试人员利用照布镜或织物密度分析镜来逐个数个数[4]。使用该方法时，人眼容易疲劳，效率低，出错概率大，存在着人工误差[5]，测量结果也不具备可重复性。针对上述问题，本文提出了一种基于高精度视觉快速测量技术，并使纬编织物在无拉力状态和拉伸状态下进行测量的方案。
该系统的工作原理是先对纬编织物进行无拉力测量，后再通过特定机构将纬编织物拉伸至一定程度后利用视觉图像传感器进行信号采集，最后通过计算处理后将结果显示存储并打印输出。
伺服拉伸机构：采用力和长度双伺服设计。对拉力大小和拉伸长度实时检测，并且利用伺服电机恒扭矩执行拉伸动作，从而精确确定视觉图像传感器采集信号的状态，使检测结果具有可重复性。拉力大小利用拉力传感器检测，长度检测利用电阻式电子滑尺实现。
视觉图像传感器：采用欧姆尼技术公司开发的CMOS图像传感器OV9650。直接使用S3C2440A内部集成的相机接口采集该传感器信号，使用方便，性价比高。
可调式光源：由于外界光源的不稳定性和LED背光源阻抗随时间的变化而变化，光源存在严重的不稳定性。为了解决这一问题，对光源采取恒流源驱动和亮度可调式设计，使视觉图像传感器能够采集到清晰的信号，从而大大减少了信号处理时间。
系统控制器采用嵌入式设计。整个系统均由一个芯片完成控制，使系统结构简单，增加系统的实时性和可靠性。人机交互界面采用夏普公司生产的LQ104V1DG52型显示屏和4线电阻式触摸屏，使整体结构紧凑，外观大方。外部存储和输出设备采用SD卡和GP5860-II型热敏式打印机，对所测纬编织物数据进行存储，建立数据库，方便结果的查询和输出。
该系统的构成如图1所示。
根据拉伸测量的要求设计如图2所示的机械结构。图2中，拉力传感器一端与机架固定，另一端与电磁铁二刚性联接，电磁铁二平放在机架上，不做其他任何固定处理。电磁铁一刚性固定在线性导轨的滑块上，滑块与滚珠丝杠螺母刚性相连，电子滑尺的滑块和线性导轨的滑块用铰链进行连接，箱体部分和机架固定，丝杠和伺服电机通过固定座相连。盖板一和盖板二通过铰链和机架连接，可以翻转，机械手一通过铰链和盖板一连接，并且可以水平移动，机械手二通过铰链和盖板二连接。纬编织物放在电磁铁上，通过盖板上的机械手在通电后夹紧。（如图2）
工作流程：启动系统织物放置压紧右端压紧左端无拉力测量加拉力测量系统复位开启左端开启右端储存显示打印结果结束。
系统复位是指拉伸测量结束后，将拉伸装置返回到测量之前的状态，方便织物的取出。
利用S3C2440A的模拟信号输入端口对拉力传感器和电子滑尺信息进行采集，拉力传感器信号利用AD620放大，AD620所需要的负电源由ICL7660提供；利用外部中断口对伺服电机编码器进行采集；利用GPIO口对伺服电机进行控制；利用相机接口连接视觉图像传感器；可调式光源模块采用HV9910芯片恒流输出，通过PWM输出控制；4线电阻式触摸屏的控制分别采用触摸屏接口控制；LQ104V1DG52型显示屏采用S3C2440A内部集成的LCD接口；SD卡采用内部集成的SD口接口完成控制；GP5860-II型热敏打印机输出通过串口0控制。
图3给出了拉力传感器的信号输出和处理电路。图4给出了恒流光源处理电路。（如图3图4）
利用实验样机对不同类别的纬编织物进行无拉力和加拉力测量，测得的结果见表1；
该样机测得数据与手动测量所得数据相比较，在一定的误差允许范围内，系统所得结果满足实际生产检测需求。
6、结语
经验证，该仪器通过拉力和拉伸长度的双伺服机构能够为视觉图像传感器提供的稳定信息采集状态；可调式光源保证了测量过程不受外界环境的干扰；外部存储设备建立了测量数据库，方便信息查询，输出设备则方便结果的汇报，便于产品质量管理。因此该仪器使纬编织物密度的测量更加快速，测量结果更加准确且具有可重复性。
参考文献
王玉秀，刘皓，李晓久.基于图像处理的针织物密度测量仪的研制[J].针织工业，2006（12）：58-60.
陈莉，宋广礼.二维傅里叶变换在针织物的密度测量中的应用[J].东华大学学报（自然科学版），2004，30（5）：69-72.
[3]丁雪荣，宋广礼.应用MATLAB图像处理技术测量纬编针织物密度的研究[J].针织工业，2006（1）：60-62
[4]官伟波.利用数字图像分析方法测定纬编针织物的密度[J].东华大学学报（自然科学版），2004，12：40-41.
[5]辛斌杰，余序芬，吾兆平.机织物经纬密度测量的图像处理技术[J].中国纺织大学学报，1999，25（3）：34-36.
关键词：纬编织物密度测量仪
1007-9416（2012）09-0137-03
纬编织物密度是指纬编织物在单位面积（一般为每平方厘米）内的横列和纵行数。它是纬编织物重要的结构参数之一，是影响产品重量的关键因素，它的测量对于产品的生产和使用都非常重要。目前，对于纬编织物密度自动化测量的研究也很多，其中最为典型的方法有两种：一是在自然状态下先对织物进行拍照处理，然后利用傅立叶变换进行计算后得出结果。该方式因布料的弯曲程度不同而通用性不强，测量结果差异较大；二是基于图像处理技术[3]，利用单片机采集信号再传输至PC机分析，处理得出结果。该方法需要传输大量的信息，而且选择PC机作为上位机，系统整体实时性不强。传统的纬编织物密度的测量方法是测试人员利用照布镜或织物密度分析镜来逐个数个数[4]。使用该方法时，人眼容易疲劳，效率低，出错概率大，存在着人工误差[5]，测量结果也不具备可重复性。针对上述问题，本文提出了一种基于高精度视觉快速测量技术，并使纬编织物在无拉力状态和拉伸状态下进行测量的方案。
1、系统的组成
系统主要包括：纬编织物的伺服拉伸机构、视觉图像传感器、可调式光源、系统控制器、人机交互界面、外部存储和输出设备。该系统的工作原理是先对纬编织物进行无拉力测量，后再通过特定机构将纬编织物拉伸至一定程度后利用视觉图像传感器进行信号采集，最后通过计算处理后将结果显示存储并打印输出。
伺服拉伸机构：采用力和长度双伺服设计。对拉力大小和拉伸长度实时检测，并且利用伺服电机恒扭矩执行拉伸动作，从而精确确定视觉图像传感器采集信号的状态，使检测结果具有可重复性。拉力大小利用拉力传感器检测，长度检测利用电阻式电子滑尺实现。
视觉图像传感器：采用欧姆尼技术公司开发的CMOS图像传感器OV9650。直接使用S3C2440A内部集成的相机接口采集该传感器信号，使用方便，性价比高。
可调式光源：由于外界光源的不稳定性和LED背光源阻抗随时间的变化而变化，光源存在严重的不稳定性。为了解决这一问题，对光源采取恒流源驱动和亮度可调式设计，使视觉图像传感器能够采集到清晰的信号，从而大大减少了信号处理时间。
系统控制器采用嵌入式设计。整个系统均由一个芯片完成控制，使系统结构简单，增加系统的实时性和可靠性。人机交互界面采用夏普公司生产的LQ104V1DG52型显示屏和4线电阻式触摸屏，使整体结构紧凑，外观大方。外部存储和输出设备采用SD卡和GP5860-II型热敏式打印机，对所测纬编织物数据进行存储，建立数据库，方便结果的查询和输出。
该系统的构成如图1所示。
2、系统的伺服拉伸机构设计
该机构主要用于为纬编织物提供准确的拉伸状态，并安装相关设备。该机械结构采取滚珠丝杠加线性导源于：论文 范文www.udooo.com
轨的传动方式。纬编织物的抓取采用电磁铁加机械手的压紧方式。同时为了方便织物放置，设计两机械手可以上下单独运动。根据拉伸测量的要求设计如图2所示的机械结构。图2中，拉力传感器一端与机架固定，另一端与电磁铁二刚性联接，电磁铁二平放在机架上，不做其他任何固定处理。电磁铁一刚性固定在线性导轨的滑块上，滑块与滚珠丝杠螺母刚性相连，电子滑尺的滑块和线性导轨的滑块用铰链进行连接，箱体部分和机架固定，丝杠和伺服电机通过固定座相连。盖板一和盖板二通过铰链和机架连接，可以翻转，机械手一通过铰链和盖板一连接，并且可以水平移动，机械手二通过铰链和盖板二连接。纬编织物放在电磁铁上，通过盖板上的机械手在通电后夹紧。（如图2）
工作流程：启动系统织物放置压紧右端压紧左端无拉力测量加拉力测量系统复位开启左端开启右端储存显示打印结果结束。
系统复位是指拉伸测量结束后，将拉伸装置返回到测量之前的状态，方便织物的取出。
3、系统的硬件设计
系统采用了三星公司的S3C2440A作为CPU。它有丰富的片内外设资源。通过购写S3C2440A核心板加自制底板的方式对整个系统进行控制。利用S3C2440A的模拟信号输入端口对拉力传感器和电子滑尺信息进行采集，拉力传感器信号利用AD620放大，AD620所需要的负电源由ICL7660提供；利用外部中断口对伺服电机编码器进行采集；利用GPIO口对伺服电机进行控制；利用相机接口连接视觉图像传感器；可调式光源模块采用HV9910芯片恒流输出，通过PWM输出控制；4线电阻式触摸屏的控制分别采用触摸屏接口控制；LQ104V1DG52型显示屏采用S3C2440A内部集成的LCD接口；SD卡采用内部集成的SD口接口完成控制；GP5860-II型热敏打印机输出通过串口0控制。
图3给出了拉力传感器的信号输出和处理电路。图4给出了恒流光源处理电路。（如图3图4）
4、系统的软件设计
系统控制软件采用C语言编写。伺服拉伸装置的控制包含拉力传感器和电子滑尺的信号的采集，伺服电机的PID控制，机械手电磁铁的PWM力量控制。拉伸状态的确定则是根据根据电子滑尺反馈的拉伸长度和拉力传感器反馈的拉力值共同确定的。系统通过控制伺服电机，达到施加固定拉力和维持拉伸长度的目的。可调式光源的调节是在放好纬编织物后根据视觉图像传感器反馈的RGB图像信息调节光源强度，达到清晰时停止调节。光源调节好后系统开始拉伸，当织物状态稳定后视觉图像传感器将采集的灰度图像数据传送S3C2440A进行运算处理，得出测量结果并存储打印输出数据。程序流程图如图5所示。5、测试结果
图6是加拉力情况下对红色纬编织物视觉传感器采集到的图像信息，拉伸长度为45mm，拉力为4kg，图6是横密度的测试结果。（如图6图7）利用实验样机对不同类别的纬编织物进行无拉力和加拉力测量，测得的结果见表1；
该样机测得数据与手动测量所得数据相比较，在一定的误差允许范围内，系统所得结果满足实际生产检测需求。
6、结语
经验证，该仪器通过拉力和拉伸长度的双伺服机构能够为视觉图像传感器提供的稳定信息采集状态；可调式光源保证了测量过程不受外界环境的干扰；外部存储设备建立了测量数据库，方便信息查询，输出设备则方便结果的汇报，便于产品质量管理。因此该仪器使纬编织物密度的测量更加快速，测量结果更加准确且具有可重复性。
参考文献
王玉秀，刘皓，李晓久.基于图像处理的针织物密度测量仪的研制[J].针织工业，2006（12）：58-60.
陈莉，宋广礼.二维傅里叶变换在针织物的密度测量中的应用[J].东华大学学报（自然科学版），2004，30（5）：69-72.
[3]丁雪荣，宋广礼.应用MATLAB图像处理技术测量纬编针织物密度的研究[J].针织工业，2006（1）：60-62
[4]官伟波.利用数字图像分析方法测定纬编针织物的密度[J].东华大学学报（自然科学版），2004，12：40-41.
[5]辛斌杰，余序芬，吾兆平.机织物经纬密度测量的图像处理技术[J].中国纺织大学学报，1999，25（3）：34-36.