强力丝缺陷检测装置及方法与流程

本发明涉及缺陷检测，尤其涉及强力丝缺陷检测装置及方法。

背景技术：

1、强力丝是指通过特定的生产工艺，使纤维在成型后的大分子定向排列更为整齐，从而增加其强度的一种纤维。强力丝的主要特点是其强度比普通丝高出30～40％，但伸长率相对降低。这种增强主要来自于纤维成型后的牵伸工艺，通过施加适当的张力，使纤维的大分子定向排列更为整齐，在纺织、服装等领域有着广泛的应用。它可以用于制造各种需要高强度和耐用的纺织品，如工业用布、绳索、轮胎帘子线等；

2、强力丝缺陷检测是针对强力丝进行的质量控制和评估过程，主要目的是确保强力丝符合预定的质量标准，并及时发现和剔除存在缺陷的产品，目前常见的检测方法包括目视检查法和自动化检测法。

3、例如公告号cn112330598b的中国授权专利《一种化纤表面僵丝缺陷检测的方法、装置及存储介质》，包括：分别从第一红外图像和第二红外图像中获取包括目标丝锭的区域图像，获得第一区域和第二区域；用训练好的语义分割模型对第一区域进行僵丝缺陷的轮廓提取，获得第一轮廓信息；对第二区域进行图像处理，获得第二轮廓信息；由第一轮廓信息和第二轮廓信息确定目标丝锭的僵丝缺陷信息；其中，第一红外图像是在第一视角拍摄的目标丝锭的部分图像，第二红外图像是在第二视角拍摄的目标丝锭的完整图像，目标丝锭被红外环光源照射，训练好的语义分割模型是用已标注僵丝缺陷的样本红外图像训练得到的。

4、上述现有技术虽然能够应用于强力丝的缺陷检测，但是在实际检测中，强力丝往往以输送的方式经过图像采集机构，受收放卷机构的影响，强力丝经过相机时可能存在晃动，那么此时采集的图像易因强力丝的自身状态对采集样本造成影响，一方面易将存在缺陷的部位漏出，另一方面还存在误报的情况，因此不满足现有的需求，对此我们提出了强力丝缺陷检测装置及方法。

技术实现思路

1、基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了强力丝缺陷检测装置及方法，解决了强力丝经过ccd相机时易因自身的晃动对采集样本造成影响的问题。

2、本发明提出的强力丝缺陷检测装置，包括固定架，所述固定架的前端设置有缠卷待检测强力丝的放卷机构，所述固定架的后端设置有缠卷检测后强力丝的收卷机构；

3、所述放卷机构和收卷机构上端面的两侧设置有固定座，所述固定座分别与放卷机构和收卷机构插接固定，两个相邻固定座之间转动安装有旋转轴，所述旋转轴的外部安装有与其同步旋转的强力丝收卷辊，位于所述收卷机构上固定座的一侧转动安装有传动齿轮，且传动齿轮与对应的旋转轴相固定，所述传动齿轮的下方安装有与固定座转动连接的第一扇形齿轮，且第一扇形齿轮的外齿环与传动齿轮啮合连接，所述第一扇形齿轮的一侧固定设置有第一收卷传动皮带轮；

4、所述收卷机构内部设置有双轴电机，所述双轴电机一侧输出轴的外部安装有第二收卷传动皮带轮，且第二收卷传动皮带轮与第一收卷传动皮带轮之间通过收卷传动皮带连接；

5、所述固定架上端面设置有图像采集机构，所述图像采集机构的内侧安装有ccd相机，且ccd相机一端的滑动与图像采集机构上的第一导向槽滑动配合，所述图像采集机构通过往复传动组件令ccd相机与收卷机构传输的强力丝同步移动；

6、所述收卷机构与图像采集机构之间还设置有传动机构，双轴电机输出的动力通过传动机构传递至往复传动组件。

7、优选地，所述图像采集机构通过信号转换发送至图像处理单元，所述图像处理单元包括图像预处理和特征提取，所述图像处理单元的输出端连接至卷积神经网络模型，所述卷积神经网络模型包括算法设计和模型优化，所述卷积神经网络模型的输出端连接至控制器，控制器包括数据传输网络和执行机构，且数据传输网络连接至数据存储设备。

8、优选地，所述往复传动组件包括传动齿条板，传动齿条板安装在所述图像采集机构内腔的底部，且传动齿条板通过限位滑槽与图像采集机构滑动限位，所述传动齿条板上方的前端安装有驱动齿轮，驱动齿轮与图像采集机构转动连接，且驱动齿轮与传动齿条板啮合连接，所述传动齿条板上方的后端安装有第二扇形齿轮，第二扇形齿轮与图像采集机构转动连接，且第二扇形齿轮两侧的外齿环与传动齿条板相适配。

9、优选地，所述传动机构包括第一相机传动皮带轮和第二相机传动皮带轮，第一相机传动皮带轮设置在传动机构内腔的前端，且第一相机传动皮带轮的轴与双轴电机的输出轴相固定，所述第二相机传动皮带轮设置在传动机构内腔的后端，且第二相机传动皮带轮的轴与第二扇形齿轮的轴相固定，所述第一相机传动皮带轮和第二相机传动皮带轮之间通过相机传动皮带连接。

10、优选地，所述固定架的外部设置有光源调节环，且光源调节环包裹在两个所述图像采集机构的外部，所述光源调节环的内圈至少设有八个呈环形等距分布的无影灯，所述无影灯的外部安装有无影灯调节机构，所述无影灯调节机构包括卡盘，卡盘位于光源调节环的内部，且卡盘与光源调节环通过轴承转动连接，所述卡盘的前端至少安装有八个呈环形等距分布的卡爪，且卡爪一端面的限位螺纹与卡盘接触端面的平面螺纹相啮合，所述卡爪的前端固定安装有固定支架，固定支架通过光源调节环前端表面的第二导向槽滑动限位，且固定支架另一端的卡环与无影灯紧固连接。

11、优选地，所述光源调节环的一侧固定安装有伺服电机，且伺服电机的输出轴延伸至光源调节环的内部，所述伺服电机位于光源调节环内部的一端安装有锥形驱动齿轮，所述卡盘底部的外圈设置有锥齿传动齿环，且锥齿传动齿环与锥形驱动齿轮相啮合。

12、优选地，所述固定架上还设置有两限位组件，两所述限位组件位于所述ccd相机的两侧；所述限位组件包括可相互转动的基准块和旋转块，所述基准块通过安装杆设置在固定架上，所述基准块上设置有一端开口的第二限位辊组，所述基准块一侧设置有转向柱，所述旋转块一侧设置有与所述转向柱相配的转向槽，所述旋转块还设置有一端开口的第一限位辊组，通过旋转块相对基准块的转动以实现第一限位辊组和第二限位辊组平行或垂直分布。

13、优选地，所述ccd相机的前端安装有纤维激光器，且纤维激光器的输入端与控制器的输出端电性连接。

14、优选地，所述放卷机构、图像采集机构、收卷机构之间均设置有牵引机构，且牵引机构与固定架相固定，所述牵引机构的内部设置有三根连接轴，且连接轴与牵引机构转动连接，所述连接轴的中间位置处安装有牵引轮。

15、本发明提出的上述强力丝缺陷检测装置的检测方法，方法步骤如下：

16、s1：令放卷机构和收卷机构配合，对强力丝在图像采集机构之间传输，开启双轴电机，其一端的输出轴带动第二收卷传动皮带轮旋转，配合收卷传动皮带带动第一收卷传动皮带轮旋转，令第一扇形齿轮的旋转，第一扇形齿轮的外齿环与传动齿轮啮合时，通过传动齿轮带动收卷机构上的旋转轴旋转，令强力丝收卷辊对强力丝进行收卷，实现强力丝的输送；

17、s2：双轴电机启动的同时，其两端的输出轴会带动第一相机传动皮带轮旋转，配合相机传动皮带带动第二相机传动皮带轮旋转，从而带动第二扇形齿轮旋转，此时第二扇形齿轮的外齿环与传动齿条板啮合，且不接触驱动齿轮，带动传动齿条板朝后端进行位移，带动侧面固定的ccd相机进行移动，过程中ccd相机与收卷机构牵引的强力丝同步反向移动；

18、s3：随着双轴电机传动第一扇形齿轮的旋转，第一扇形齿轮失去与传动齿轮的啮合后，强力丝收卷辊保持静止，与此同时第二扇形齿轮的外齿环失去与传动齿条板的啮合，与驱动齿轮发生啮合，带动驱动齿轮呈方向旋转，在驱动齿轮与传动齿条板的啮合下，带动ccd相机朝前端逐渐复位，直至移动至下一段强力丝的初始检测位置，以此循环；

19、s4：若强力丝存在不合格缺陷，ccd相机复位的过程中利用纤维激光器进行标记，通过控制激光照射在强力丝表面，使表层材料发生颜色变化。

20、优选地，s2中ccd相机检测强力丝缺陷的方法步骤如下：

21、s21：使用ccd相机对强力丝进行图像采集；

22、s22：使用平均滤波、中值滤波的方法来减少噪声，进行图像平滑；通过直方图均衡化、自适应增强等方法来提升图像的对比度和清晰度，进行图像增强；使用高通滤波、低通滤波等方法来移除图像中的不必要的频率信息，进行图像滤波；

23、s23：首先使用glcm灰度共生矩阵计算邻居像素之间的灰度对比度、能量统计量来描述强力丝图像的纹理特征；随后使用hog方向梯度直方图通过统计强力丝图像中不同方向的梯度强度来描述强力丝的形状特征；最后：通过canny边缘检测算法提取强力丝的边缘信息，进一步分析边缘的连续性、平滑度等特征；

24、s24：根据缩放后的图像尺寸，设置cnn模型的输入层大小，设计多层卷积层，每层包含多个卷积核，用于提取图像中的特征，根据实际情况调整卷积核的大小、数量以及步长和填充方式，在卷积层之间添加激活层，采用rectified linear unit函数，以增加模型的非线性表达能力，在卷积层后添加池化层，用于减少特征图的维度，同时保留重要的特征信息，在多个卷积和池化层之后，添加全连接层，将特征图展平为一维向量，并连接到输出层进行分类，根据缺陷类型的数量，设置输出层的神经元数量，并使用softmax函数计算每个缺陷类型的概率分布；

25、s25：选择交叉熵损失函数，衡量模型预测结果与真实标签之间的差异，选择adam优化器，更新模型的权重参数，以最小化损失函数，使用标注好的数据集对cnn模型进行训练，通过反向传播算法不断调整网络参数，直至模型在验证集上的性能达到最优，使用测试集对训练好的模型进行评估，计算准确率、召回率、f1分数指标，以评估模型对强力丝缺陷的检测性能。

26、本发明的有益技术效果：

27、1、本发明采用的缺陷检测系统，可以准确识别强力丝中的各种缺陷，包括形状、纹理和边缘的异常。这种高精度检测有助于减少误报和漏报，提高产品质量和可靠性，同时能够处理不同类型的强力丝图像，包括不同颜色、纹理和尺寸的强力丝，这使得系统具有很强的适应性，能够满足不同生产线的需求，相比传统的人工检测方法，能够更快地处理大量图像数据，这不仅减少了人力成本，还提高了生产线的效率，通过集成到生产线中的图像识别系统，可以实时对强力丝进行缺陷检测；此外，通过机器学习技术，模型可以不断学习新的缺陷特征，提高检测能力。

28、2、本发明通过设有收卷机构间歇旋转以及ccd相机往复位移联动结构，来解决强力丝经过ccd相机时易因自身的晃动对采集样本造成影响的问题，对强力丝进行图像采集的过程中，通过开启双轴电机，其一端的输出轴带动第二收卷传动皮带轮旋转，配合收卷传动皮带带动第一收卷传动皮带轮旋转，从而实现第一扇形齿轮的旋转，当第一扇形齿轮的外齿环与传动齿轮啮合时，通过传动齿轮带动收卷机构上的旋转轴旋转，令强力丝收卷辊对强力丝进行收卷，实现强力丝的输送，双轴电机启动的同时，其两端的输出轴会带动第一相机传动皮带轮旋转，配合相机传动皮带带动第二相机传动皮带轮旋转，从而带动第二扇形齿轮旋转，此时第二扇形齿轮的外齿环与传动齿条板啮合，且不接触驱动齿轮，带动传动齿条板朝后端进行位移，从而带动侧面固定的ccd相机进行移动，该过程中ccd相机与收卷机构牵引的强力丝同步反向移动，从而在固定时间上，ccd相机能够采集强力丝从初始检测位置移动至末端检测位置的状态以及输送过程的变化；为缺陷检测系统提供更多的样本，从而进一步提高整体的缺陷检测质量，最大程度降低误差的产生，随着双轴电机传动第一扇形齿轮的旋转，当第一扇形齿轮失去与传动齿轮的啮合后，强力丝收卷辊保持静止，与此同时第二扇形齿轮的外齿环失去与传动齿条板的啮合，与驱动齿轮发生啮合，带动驱动齿轮旋转，在驱动齿轮与传动齿条板的啮合下，带动ccd相机朝前端逐渐复位，在此过程ccd相机对静止的强力丝进行二次检测，从而提高强力丝缺陷检测的精确度，直至移动至下一段强力丝的初始检测位置，以此循环，该联动结构采用单个的驱动源即可实现强力丝的间歇输送，以及ccd相机在初始检测位置以及末端检测位置的来回切换，并同步伴随强力丝的位移，不仅为强力丝的缺陷检测提供了多样化方案，而且解决了强力丝经过ccd相机时易因自身的晃动对采集样本造成影响的问题。

29、3、本发明通过设有光源调节环，光源调节环包裹在两个图像采集机构的外部，其内环设有多个环形分布的无影灯，并且配合强力丝缺陷检测系统可进行光源距离的切换，图像的清晰度和对比度若因光线存在影响时，通过开启伺服电机，其输出轴带动锥形驱动齿轮进行旋转，在与锥齿传动齿环的啮合下带动卡盘转动，由于卡爪一端面的限位螺纹与卡盘接触端面的平面螺纹相啮合，平面螺纹旋转下带动卡爪沿第二导向槽的方向进行移动，从而通过固定支架，实现多个无影灯的同步距离调节，当光源靠近强力丝时，光线强度会增强，有助于为强力丝提供足够的光照，对于确保图像的清晰度和对比度非常重要，特别是在低光照环境下，足够的光照可以减少图像中的噪点，使图像更加纯净和清晰，减少或避免在强力丝上产生不必要的阴影，从而保持图像的清晰度和准确性，提高图像的对比度，使强力丝的纹理和细节更加清晰可见，通过调节光源的远近，可以找到最佳的照明角度和光线分布，从而优化图像的整体质量，这包括改善图像的亮度、对比度、色彩饱和度和清晰度等方面，在低光照条件下，图像中可能会出现噪点。通过增加光源的亮度或将其靠近强力丝，可以减少噪点对图像质量的影响，使图像更加清晰和易于分析。