在线检测系统在特种纸机上的应用

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0. 31 mm 的 孔 洞、 亮 斑，黑 点、 污 点 及 异 物 等 表 面 缺陷。 纸病在线检测系统硬件结构分为 3 部分： 传感部 分、检测部分、控制部分，其结构如图 2 所示。 （ 1 ） 传感部分 传感部分包括光源、光学元件、传感器，分别安 装在相机横梁和光源横梁上。相机横梁安装两套分辨 率为 4 K、像素时钟频率 60 MHz、 双曝光 CCD 传感 器线性相机和 2 套尼康相机镜头。如果要提高横向分 辨率，相机横梁上可以安装多达十几个线性 CCD 传 感器，覆盖整个横幅的宽度。 光源采用的是 LED 灯 的光带，其好处是光源稳定、 不受纸张横幅的限制、 不用冷却、寿命长、易维护。 （ 2 ） 检测部分 检测部分主要由高速图像识别嵌入式处理单元和 DSP 处理器组成。高速图像识别嵌入式处理单元利用 FPGA 高速并行处理能力，在该处理器中实现了 CCD 信号的解码存储、图像滤波、亮度和畸形较正的图像 采集及前期处理功能。DSP 处理器主要负责高速处理 缺陷的识别分类任务。 经 DSP 处理器后的缺陷，包 含各种缺陷特征信息和分类结果及其图像数据，将通 过该单元的以太网接口和上位机进行通信 。 （ 3 ） 控制部分 控制部分就是上位机电脑。上位机对系统各部件 进行控制，如高 速 嵌 入 式 图 像 识 别 处 理 单 元 、 CCD 相机组及系统光源等，同时将检测到的不同缺陷信息 显示出来，包括缺陷的图像、大小、横位、纵位、类 型，是否为周期性缺陷等。并将上述信息形成被测产 品批次报表储存，便于在后续工段读取处理 。
纵向精度计算公式： Ｒ MD （ mm） 车速 （ mm / s） = 相机行扫描频率 = 相机时钟频率 （ Hz） 相机分辨率
其中相机行扫描频率 （ 1 / s） 3 系统上位机软件
纸病在线检测系统上位机软件结构如图 5 所示， 分为应用层、逻辑层、物理层 3 个层面。应用层是指 计算机显示软件用户界面，显示实时纸病缺陷和相关 信息。逻辑层包括软件参数设置、系统维护、系统控 制、实时处理、 历史数据库保存。 物理层是通信接 口，包括相机数据处理板和历史纸病系统与其通信 接口。
图5
纸病在线检测系统上位机软件结构
纸病在线检测系统上位机软件主要功能是缺陷显 示、参数设置、历史信息保存、系统控制。 （ 1 ） 缺陷显示： 通过高效实用的缺陷嵌入式识 别算法，将高速嵌入式图像识别处理单元传输到上位 机的缺陷信息以多种方式实时在线地反馈给用户，包 括缺陷信息、缺陷区域的 256 级灰度照片以及缺陷分 布图。 （ 2 ） 参数设置： 本系统软件采用参数驱动的方 式指导工作，一旦参数设定完毕，软件全自动处理， 《中国造纸》 2013 年第 32 卷第 4 期
图 12 相机垂直倾角位置
4. 5. 2
要调整曝光量，先要确保系统在非自动曝光
Abstract： The application experience of an online detection system in PM16 ，a specialty paper machine of Hengfeng mill，and the working principle and technological characteristics of the system were introduced，the equipment maintenance and commissioning process were also presented． Key words： web inspection system （ WIS） ； CCD sensor camera； paper disease defects； horizontal accuracy； vertical accuracy
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在线检测系统在特种纸机上的应用
陆 平
（ 牡丹江恒丰纸业股份有限公司，黑龙江牡丹江，157013 ）
摘 要： 介绍了在线检测系统在牡丹江恒丰纸业股份有限公司 16 # 特种纸机的应用情况，包括在线检
测系统工作原理和技术特点，并结合实际应用介绍相关设备的维护经验和调试方法 。 关键词： 在线检测系统； CCD 传感器相机； 纸病缺陷； 横向精度； 纵向精度 中图分类号： TP15 文献标识码： A 文章编号： 0254-508X（ 2013 ） 04-0053-05
2 2. 1
在线检测 在线检测原理 纸病在线检测原理如图 3 所示，根据相机接收
光强度的强弱来判断纸病缺陷 。 图 3 中的左侧 3 条 曲线分 别 是 无 纸 病 缺 陷 、 暗 斑 、 亮 斑 光 强 度 曲 线， 右侧 3 幅 画 面 分 别 代 表 无 纸 病 、 暗 斑 、 亮 斑 缺 陷 。 也就是说若被测纸幅表面上有缺陷，则相机检测到 的亮度就不再均匀，暗点污点等异物将造成亮度偏 低； 孔洞亮斑等缺陷则将造成亮度偏高，高速处理 模块将提取亮度异常的区域进行分析处理，并将缺 陷分类并存储 。
图6
相机调焦距前的光源图像
4. 3
设定相机交叉参数 若系统配置的相机数量大于 1 个，则需要设定相
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图 11
相机扫描线水平位置
4. 4. 2 机的交叉参数。在相邻两相机中间点纵向放置一细直 线状物体，在光源图像上相对应会有如图 9 所示的 2 个凹槽相机交叉图像，同时记录下 2 个凹槽的像素 点。重复上步骤直至记录所有的交叉参数 。将其填入 参数设置 → 相机板 → 板级设置的 “开始地址 ” 以及 “结束地址” 。
无需人员干预。服务于各种功能模块的参数设置，可 以胜任于复杂多变的系统要求。同时参数设置采用分 级控制，可以极大地保护参数的安全 。 （ 3 ） 系统控制： 系统控制主要是自动完成系统 设定以及系统维护。 例如针对不同的检测对象，其 CCD 传感器曝光时间以及光源个数都会在这一部分 由软件自动设定等。 （ 4 ） 历史信息保存： 每一个检测到的缺陷图像 及其信息都保存在数据库之中，并能在显示器中进行 放大等操作。历史数据及历史缺陷图像等信息都能够 随时被调阅。 4 在线检测系统准备工作 在硬件调试前，首先保证检测系统相机板柜内连 接线完全正确无误，如系统内部 5 V、12 V、24 V 的 电源走线及接地线无误后，方可通电测试 。同时电脑 的安装和检测系统连接要正确，电脑安装的 WIS 程 序是最新版本，IP 地址 192. 168. 1. 2 。 完成上述步骤 后，系统通电、 开机，启动 WIS 程序。 光源随软件 启动正常打开，相机板上相机数据线接口处蓝色指示 灯正常闪烁，相机板上 ＲJ-45 端口显示正常，相机上 的指示灯是绿色常亮状态。 4. 1 配置相机类型、输入和输出 以管理员身份登录软件后。检查相机类型： 进入 参数设置→相机板→型号中查看相机型号与设置是否 一致。检查输入和输出： 进入调试→输入输出中查看 各个输入输出通道是否和线路图上的输入输出通道相 符，不符的话重新配置。 4. 2 调整相机焦距 在相机正下方的测试材料上纵向放置一细直线状 物体 （ 推荐比较硬的黑色电线） ，此时在软件光源图 像上会对应出现调焦距前如图 6 所示的一凹槽。这时 参看图 7 所示的焦距调整位置，旋转相机的焦距，使 这一凹槽如图 8 所示深度达到整个旋转周期的最底部 调焦距后图像。在输入输出中查看相机焦距的数值并 记录。
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来自百度文库
在线检测系统结构
图4
在线检测精度
China Pulp ＆ Paper
Vol. 32 ，No. 4 ， 2013
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在线检测系统安装完成后，如果纸机车速增加，纸 幅在 y 轴 方 向 的 方 格 就 会 伸 长，纵 向 精 度 就 会 降 低 。 横向精度由相机分辨率决定 。 需要指出的是横 向精度是由若干个 x 轴方向格子组成，如果分辨率 是 4 K 的相机，每个扫描周期是从第 1 点开始到第 4096 点进行扫描，那么相机每个扫描周期就组成 1 个相机行扫描 。 横向精度计算公式： Ｒ CD （ mm） = 纸幅宽度 相机数量 × 相机分辨率
该位置纵向放置一直线状物体，正常情况下，由该物 体引起的光源凹槽应正好落在该相机的中心位置 。若 光源凹槽并不落在相机中心位置，则应调节如图 12 所示相机的垂直倾角位置。
图9
相机的交叉图像
4. 4 4. 4. 1
调节相机扫描线和图像 将带孔标尺水平放置于单独一个相机拍照范
围下的光梁上 。 若相机扫描线水平，则在光源图像 中会出现如 图 10 所 示 的 与 孔 个 数 相 对 应 的 光 源 突 起标定 图 像 。 若 实 际 情 况 与 图 10 中 图 像 不 符，则 可判定相机扫描线不水平，调整扫描线水平位置如 图 11 所示，即 调 整 相 机 底 座 上 的 两 颗 螺 丝 直 至 扫 描线水平 。
收稿日期： 2012-11-12 （ 修改稿）
图1
双科 SYWIS3200 在线检测系统
报警、质量报告、设备故障诊断等功能在内的表面缺 陷检测方案。 生产线基本数据和检测指标： 纸幅宽度 3300 mm、 定量范围 25 ～ 45 g / m2 、最大运行速度 450 m / min、设 计速度 600 m / min。要求能检测面积大于 0. 12 mm ×
牡丹江恒丰纸业股份有限公司 （ 以下简称恒丰 纸业） 在线纸病检测系统主要分为两大部分，一部 分是进口的霍尼韦尔和 ABB 在线检测系统，另一部 分是国产的双科在线检测系统。恒丰纸业近几年在生 产卷烟纸、高透纸、水松纸的纸机上都在使用双科在 线检测系统，该系统能够满足恒丰纸业的使用要求， 与国外纸病检测系统相比性价比较高 。但是该系统在 初次使用时也遇到许多问题，进行了大量的检测和研 究。现根据恒丰纸业 16 # 特种纸机生产卷烟纸为例来 详细介绍双科在线检测系统调试方法和参数定义的应 用，以供同行参考。 1 在线检测系统的概述 恒丰纸业 16 # 特种纸机采用的是双科 SYWIS3200 高速在线检测系统，安装在纸机后干和卷取扫描架之 间，如图 1 所示。SYWIS3200 系统能够在线检测识别 卷烟纸表面缺陷，并通过软件画面实时显示出表面缺 陷和 相 关 缺 陷 信 息。 WIS （ Web Inspection System ） 系统主要由高速 CCD 线阵相机、 机架和计算机站组 成，采用当今世界上先进的在线检测识别 、成像及数 据处理技术，提供了包括实时缺陷检测、 图像显示、 《中国造纸》 2013 年第 32 卷第 4 期
图3
在线检测原理
2. 2
在线检测精度 检测精度的要求由生产工艺的要求来决定，检
测精度的 高 低 是 在 纸 机 车 速 和 纸 幅 宽 度 不 变 情 况 下，由相机时钟分辨率和相机分辨率决定 。 纸病在 线检测精度如图 4 所示， x 轴为纸幅宽度， y 轴为纸 机车速，在 x 轴和 y 轴方向形成方格就是检测精度， 检测精度分为横向精度和纵向精度 。 也就是说纸病
作者简介： 陆
平先生，
工程师； 主要从事仪表工 控系统的管理工作。
Application of Online Detection System in Specialty Paper Machine LU Ping
（ Mudanjiang Hengfeng Paper Co． ，Ltd． ，Mudanjiang，Heilongjiang Province， 157013 ） （ Email： mdj． 1p@ 139． com）
查看调试图像是在调试 → “光源调试 ” 中查
看光源图像是否平稳。首先查看铺上被测材料和没有 铺上被测材料的光源调试图像。其中 2 K 相机铺上被 测材料后的调试图像最亮点数值和最暗点数值倍数差 别不超过 3 倍才为合格； 4 K 相机铺上被测材料后的 调试图像最亮点数值和最暗点数值倍数差别不超过 4 倍为合格。 4. 5 4. 5. 1 相机垂直倾角和曝光量调整 在每个相机位置放置垂线至测试材料，并在