机器视觉片材瑕疵自动剔除方法与流程

1.本发明涉及一种机器视觉片材瑕疵自动剔除方法。所述片材可以是铜箔基板、pp（含浸玻纤布）片材生产线或极片模切,本发明所指的片材生产线是指将连续的片材切割为规定长度的切割生产线，其剔除系统为独立系统。


背景技术：

2.在片材生产线中，剔除系统为独立系统，传统的质检方式采用人工后期目测剔除方式。这种方式，无论从效率、劳动强度、准确性都不能令人满意。
3.也有采用视觉检测系统来检测，并进而使剔除系统根据视觉检测系统的信号来完成剔除动作。但是，在实际中，尽管视觉检测系统和剔除系统有通信联系，但剔除系统与视觉检测系统是两个独立的系统，而视觉检测系统检测位置到裁刀裁切位置相隔的距离并非裁切长度的整数倍，会造成很大长度的误差区；并且，实际生产时，规格变化频繁，由于片材的尺寸变化、机器视觉系统的缺陷位置的影响，误差区域也随之变化，如果疵点出现在误差区域内，按以往的控制方式直接利用裁刀信号，反而会将合格品被剔除而不合格品被放行，导致无法准确剔除有瑕疵的片材，同时无法在视觉检测系统显示瑕疵在这片的具体的坐标位置，后续的人工跟踪和查找很难实现。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种机器视觉片材瑕疵自动剔除方法，能够自动准确地准确剔除有瑕疵的片材。为此，本发明采用以下技术方案：机器视觉片材瑕疵自动剔除方法，其特征在于实现所述方法的系统包括视觉检测系统和plc控制单元，使plc控制单元在片材更换长度规格时，接收剔除系统的裁刀裁切信号，并以此判断出片材裁切长度；再通过视觉检测系统检测位置到裁刀裁切位置的距离，计算出该距离对应的片材张数及剩余量，剩余量转化成提前或滞后偏移量，由plc控制单元给视觉检测系统发送带偏移量的信号；所述带偏移量的信号是对应到视觉检测系统的实际剔除设备的裁刀信号，视觉检测系统用所述带偏移量的信号产生一个带有偏移量的裁刀信号，使其对应到当前实际片的头部和尾部，当有瑕疵出现在这一片时，先通过视觉检测系统检测来判断这些瑕疵是否合格标准，当判断为不合格时，发不合格信号给plc控制单元，plc控制单元根据等待的片材张数递减，输出信号给剔除设备完成剔除动作。
5.优选地，在上述的提供长度信号时，plc取前3次裁刀信号，判断前三片长度是否小于阈值，如一致即判定为此长度规格的片材长度。
6.进一步地，plc控制单元和视觉检测系统分别设置编码器，视觉检测系统通过编码器解码带偏移量的信号，得到提前或滞后偏移量；在正常生产时，plc控制单元按照每次的裁刀信号向视觉检测系统同步发送带偏移量的信号。
7.进一步地，根据本发明的技术方案，视觉检测系统能够基于偏移后裁刀信号对应到的当前实际片的头部和尾部提供瑕疵在实际片的具体的坐标位置：优选地，所述视觉检测系统中摄像装置采用线性相机，线性相机的感光组件排列直线和经过检测位置的片材输送方向垂直。
8.进一步地，视觉检测系统检测出瑕疵在其所属片的坐标；瑕疵点横坐标是从片材边缘到瑕疵点的像素数量乘以检测精度；瑕疵点纵坐标从叠加偏移量后的实际片材头部开始到瑕疵点的编码器的脉冲数乘以编码器精度。
9.进一步地，在视觉检测系统检测位置之后和裁刀之前设置喷墨装置，喷墨装置直接与视觉检测系统通信联系，当视觉检测系统检测到瑕疵点后，将瑕疵点的横坐标和纵坐标的信息发送给喷墨装置，当瑕疵运行到喷墨装置的位置，喷墨装置会在瑕疵位置处做一个标记。
10.进一步地，在视觉检测系统检测位置之后和裁刀之前设置一套显示和追踪装置，视觉检测系统和所述显示和追踪装置通信连接，所述显示和追踪装置上安装阵列式排列的若干个光源；当视觉检测系统检测到需要剔除的瑕疵点后，视觉检测系统发送该瑕疵点的横坐标和纵坐标给所述显示和追踪装置，所述显示和追踪装置计算瑕疵点的横向坐标属于哪个光源的范围内，当瑕疵点运动到光源下，相应灯源会点亮，将瑕疵点的位置照亮，指示出瑕疵点的位置。
11.进一步地，视觉检测系统检测出瑕疵在其所属片的坐标；在视觉检测系统检测位置之后和裁刀之前设置打标机，视觉检测系统和所述打标机通信连接，当视觉检测系统检测到要剔除的瑕疵点，发送瑕疵点的纵坐标给打标机，当瑕疵点运行到打标机位置时，打标机会在片边缘处打标。
12.本发明能嵌入到现有的片材生产线上，完成自动剔除瑕疵，并自动适配更换规格，对现有设备进行自动化升级。本发明通过plc自动识别片材尺寸，利用plc程序自动计算出等待张数和剩余量，plc用剩余量再计算出delay数值（提前或滞后偏移量），再由视觉检测系统利用带偏移量的信号达到剔除设备准确剔除，并且达到每片的瑕疵位置和视觉检测系统的瑕疵坐标一致的目的，能够实时输出显示。
附图说明
13.图1为本发明的系统组成示意图。
14.图2为本发明的现场机台示意图。
15.图3为本发明视觉检测系统的判断每片片材头尾的原理示意图。
16.图4为本发明的处理流程图。
17.图5为本发明视觉检测系统采用的线性相机感光元件的原理示意图。
18.图6为本发明视觉检测系统采用的线性相机的扫描示意图。
19.图7为本发明视觉检测系统采用的线性相机确定疵点的原理示意图。
20.图8为本发明对瑕疵点采用第一种标记方式标记的示意图。
21.图9为本发明对瑕疵点采用第一种标记方式标记的示意图。
22.图10为本发明对瑕疵点采用第一种标记方式标记的示意图。
具体实施方式
23.参照附图1。实施本发明自动剔除方法的系统包括plc控制单元2、视觉检测系统1、剔除设备3、编码器4和传感器5。plc控制单元2与编码器4连接，视觉检测系统1也设置有编码器。剔除设备包括可转动的剔除台6，剔除台6被布置在片材生产线剔除设备的裁刀位置和出料移送线之间，裁刀位于片材生产线的挤压辊之后。
24.本发明中，由plc控制单元控制剔除系统的剔除台转动，当产品为合格时，剔除台处于抬起状态，衔接挤压辊出口和出料移送线，使被裁切的合格片材逐片进入出料移送线。当产品被判断为不合格时，由plc控制单元控制剔除台向下转动而与被剔除片材的输送线衔接，使被裁切的不合格片材不进入出料移送线而是被送入被剔除片材的输送线，然后剔除台立即上抬转回。
25.实施本发明自动剔除方法的系统嵌入于生产线，不控制裁刀动作，但由plc控制单元2与剔除系统建立通讯联系，而能获得裁刀信号，视觉检测系统1与plc控制单元2通信连接，在正常生产时，plc控制单元按照每次的裁刀信号向视觉检测系统同步发送带偏移量的信号作为虚拟裁刀信号，以每次接到的信号再偏移经plc控制单元计算的delay数值作为当前片的头部。其中：所述视觉检测系统1：接收plc给的对应delay数值的信号，然后再经编码器翻译为对应的偏移量数值，利用这个偏移量产生一个带偏移量的裁刀信号，再判断与上一个同样带偏移量的裁刀信号之间的这一片是否有瑕疵或瑕疵数量是否超出设定值，如是，则输出不合格信号给plc控制单元2。其中：input,0:接收plc控制单元准备完成信号y（0）；input,1:接收plc delay完成信号y（1）（虚拟裁刀信号，调整后与实际片材的头尾信号一致）；output,6：输出不合格信号给plc控制单元。
26.plc控制单元：plc接收多次剔除设备的裁刀信号（优选为前3次），自动识别出换规格后的片材新规格长度作为片材长度。利用这个片材长度，计算出视觉检测系统检测位置101到裁刀裁切位置102需要等待的张数和剩余量，并将剩余量转化成delay数值给视觉检测系统，视觉系统将带偏移量（delay数值）的信号作为虚拟裁刀信号，该delay数值可以是以检测位置为基点的延迟（向后）的距离数值或是提前（向前）的距离数值。其中：x（0）：接收编码器信号；x（2）：接收剔除系统的裁切信号；x (3)：接收视觉检测系统不合格信号；x（4）：接收剔除设备的换板和换规格信号；x（5）：接收传感器信号；y（0）：送完成信号给剔除设备；y (1)：送带偏移量的信号给视觉检测系统；y（4）：送不合格信号给剔除设备；plc部分功能：
①
收到裁刀信号自动计算当前规格的板材长度；
②
通过传感器识别布接头，实现布接头前2片后3片的自动剔除。
27.③
通过编码器获取不同速度的脉冲数，计算实时长度，通过多次高低速实验得出客户机台在不同速度下（高低速）对片材长度影响的补偿曲率，以便送给视觉检测系统的每片长度的裁切信号和实际生产的片材长度一致。
28.④
报警提示，尺寸异常，视觉系统和裁切机台异常报警等。
29.⑤
统计不合格剔除数量。
30.剔除设备3：客户生产线设备，能向plc控制单元发送裁切信号和接受plc的控制信号；编码器4：脉冲型编码器，步距为1mm/tick,为plc提供方波信号。
31.传感器5：侦测布接头信号给plc，所述布接头信号是大卷和大卷之间使用特殊胶带连接，利用传感器5来侦测这个接头胶带，触发信号。
32.连接关系：视觉检测系统1与plc控制单元2通过网线建立通讯，通信协议为tcp/ip。
33.plc控制单元2与编码器4为带屏蔽类硬线连接，传输为脉冲信号。
34.plc控制单元2与客户剔除设备3为硬线连接，由开关量信号控制。
35.为进一步形象描述本发明，以下以pp(含浸玻纤布)的生产线为例，结合附图对本发明作如下详细说明。
36.假定厂家生产的某个片材长度规格1000张，当这一批规格生产完后，会切换到另一个规格的长度，厂家的剔除设备会发一个换尺寸的信号给plc控制单元2，通知plc控制单元2下一批次更换了片材长度。
37.plc控制单元2接收到换尺寸信号，将每两次裁刀信号之间的片材长度作为一片长度（两次裁刀信号之间编码器的脉冲数），plc控制单元2取前3次裁刀信号，判断3片长度是否一致，如一致即为此次生产的片材长度，比如，如3次均在阈值范围内，则以其平均值为此次生产的片材长度。
38.plc控制单元2再通过视觉检测系统检测位置101到剔除设备的裁切位置102的固定距离d（按片材走向轨迹确定），根据所述片材长度，计算出该固定距离对应的等待的片材张数及剩余量，剩余量转化成delay数值，作为偏移量，plc控制单元将带偏移量的信号给视觉检测系统作为虚拟裁刀信号，这个所谓的虚拟裁刀信号才是对应到视觉检测系统的裁刀信号，视觉检测系统用这个裁刀信号对应到当前实际片200的头部和尾部，当有瑕疵出现在一这片时，先通过视觉检测来判断这些瑕疵是否合格，如有瑕疵或超过设置的分值，即为不合格，发不合格信号给plc控制单元2，plc控制单元2再根据之前确定的等待的片材张数递减，输出信号给剔除设备完成剔除动作。
39.以上方法中，plc控制单元2的逻辑运算为：视觉检测系统检测位置到裁刀裁切位置的距离为d，片材的长度为a,d
÷
a=等待张数（p） 剩余量（x）,plc将a-x=y作为delay数值。
40.比如，视觉检测系统检测位置到裁刀位置的距离10米（按材料的输送路线），新更换的规格为片材长度2.2米，那么10
÷
2.2=4（张） 1.2米，这样，视觉检测系统到裁刀的距离总共会等待4张 1.2米，plc会记住这个张数。再将2.2米-1.2米=1米，代表的是所延迟的距离，plc控制单元2进行处理后产生对应延迟的修改后的裁刀信号，传送给视觉检测系统，作为虚拟裁刀信号，这个虚拟裁刀信号对应的是当前实际生产的片材的头和尾，两个虚拟裁
刀信号之间则为一片。
41.以往，剔除不准的主要原因是视觉系统直接利用了裁刀信号，裁刀信号给出的是实际片材的头部和尾部，由于视觉系统到裁刀距离除以片材的长度并不一定是整数张，如上面的举例，当视觉系统接收到此刻的裁刀信号如果就直接作为片材的头部，接收到下一个裁刀信号直接作为片材的尾部，判断出来的这一片与实际生产的一片并不对应，它其实包括的是当前片的一部分和后一片的一部分，将其当成了一片来判断。如上所举例子，按照传统方法，其误差距离高达1米。
42.通过本发明的方案，通过plc自动识别出片材尺寸规格的长度，再通过逻辑运算，计算出视觉检测系统检测位置到裁刀之间的等待的张数和delay的数值，通过视觉检测系统的瑕疵检测和判断该片是否合格，不合格则输出信号给plc控制单元2，张数递减后，由plc控制单元2输出剔除控制信号给剔除设备，使剔除台完成该片的剔除。全程实现了自动化，替代了以往的人工剔除，不仅节省了剔除设备负责外观剔除的2个人工成本，而且可以省去每次人工剔除的等待时间，做到了连续生产，大大提高了生产效率。而与以往的视觉检测系统输出信号控制剔除设备的剔除台的提出方法相比，不仅实现了转换规格时的自动切换，并全面提高了剔除准确率并能够输出疵点的坐标位置。
43.本发明体现了视觉检测系统与自动化设备功能实现的完美结合。以往的视觉检测系统只负责表面瑕疵的检测，检测到瑕疵做报警动作。而本发明将机器视觉系统的功能做了一次大胆的尝试，既利用了视觉检测系统的瑕疵检测功能，也结合了plc的逻辑运算，通过plc这个桥梁，将视觉检测系统同客户自动化设备链接起来，真正实现了机器视觉检测系统的在线瑕疵检测和自动剔除的功能，并进而能够输出疵点的坐标位置供显示、着色标记等。以下对此进一步说明。
44.视觉检测系统具备瑕疵检测和分类功能、片材虚拟裁刀信号显示功能、片材缺陷统计功能和超标设置功能、信号输入输出功能。视觉检测系统对于瑕疵的检测采用线性相机7，线性相机的核心是一个光电半导体的装置，称作感光元件，在它上面是呈一直线的若干感光组件，每个感光组件就是一个像素，它的方向和同cd方向一致，本发明将线性相机布置为感光组件的排列直线和片材的输送方向垂直。
45.感光元件每个像素的cd和md尺寸会一样，以8k相机为例，每个像素是7umx7um，一共有8192个像素，排成一直线，所产生的影像信号是由每一个像素所测量光的强度而对应的一组数字数值。感光元件的动作是从左边到右，从第一个像素开始，每一个像素每一个像素轮流重复着测量并将光的强度转换成一组数字数值。这组数值会经由pixel clock立即输出，每一次的扫描都会输出所有像素的信息，这个输出称之为扫描周期，相应的倒数成为扫描频率。
46.视觉检测系统使用线性相机来检测一个连续生产的材料，将线性相机布置为感光组件的排列直线和片材的输送方向垂直，这样视觉检测系统会通过一个个移动的一维分析产生的二维影像。所检测材料的长度方向（片材的输送方向）为纵向，定义为md (machine direction)，所检测的材料宽度方向为横向，定义为cd (cross direction)，这两个方向互为垂直。
47.参照图3、6、7，当视觉检测系统接收到plc控制单元的delay数值，检测位置虚拟从
101位置移动到103的位置，才能保证实际剔除的准确，并且这一片上的瑕疵的实际位置与视觉系统的瑕疵坐标位置才能对应上，即相机检测的一片同实际的一片相对应。从而也保证了缺陷在这片的横坐标和纵坐标都准确。
48.瑕疵点横坐标是从片材边缘到瑕疵点的像素数量乘以检测精度，比如瑕疵点到片材左边缘4000个像素，检测精度是0.1mm/pixel,那么缺陷横坐标为400mm。
49.瑕疵点纵坐标从片材头部即虚拟裁刀信号开始到瑕疵点的编码器的脉冲数乘以编码器精度，比如从片材头部到瑕疵点位置编码器的脉冲数是20000tick，编码器精度为0.038mm/tick, 那么瑕疵点的纵坐标为760mm。
50.视觉检测系统可以设置和选择，哪个类别的瑕疵需要剔除。如当前片检测到需要剔除的瑕疵，那么视觉检测系统会在这一片检测到尾部后发剔除信号给plc控制单元，plc控制单元经过运算，等待张数递减，给剔除设备信号，控制剔除台6向下转动，实现有瑕疵片的自动剔除的功能，并且可以告知捡片人员瑕疵在一片的具体位置。
51.视觉系统检测到需要剔除的瑕疵点，主要有如下几种输出标记方式：1.如图8所示，视觉检测系统检测位置101之后，在裁刀102之前设置一台喷墨装置8，喷墨装置直接与视觉检测系统通信联系，当视觉检测系统检测到瑕疵点后，将瑕疵点的横坐标和纵坐标的信息发送给喷墨装置，当瑕疵运行到喷墨装置的位置，喷墨装置会在瑕疵位置处做一个标记，一般是红色圆形图案，以便剔除后，捡片人员可以快速识别此处缺陷。
52.2、如图9所示，在视觉检测系统检测位置101之后，在裁刀102之前，设置一套显示和追踪装置，视觉检测系统和显示和所述显示和追踪装置通信连接，所述显示和追踪装置上安装阵列式排列的若干个光源9。当视觉检测系统检测到需要剔除的瑕疵点后，视觉检测系统同样发送该瑕疵点的横坐标和纵坐标给该显示和追踪装置，该装置通过计算瑕疵点的横向坐标而判断出属于哪个光源的范围内，当瑕疵点运动到光源下，相应光源会点亮，将瑕疵点的位置照亮，指示出瑕疵点的位置，与此同时机台会暂停，这可以通过所述显示和追踪装置与输送线控制系统和剔除设备的通信联系实现，人工过来在照亮的位置，识别或处理这个瑕疵点，然后恢复机台运行。
53.3. 如图10所示，在视觉检测系统检测位置101之后，在裁刀102之前，设置打标机，视觉检测系统和所述打标机通信连接，当视觉检测系统检测到要剔除的瑕疵点，发送瑕疵点的纵坐标给打标机，当瑕疵点运行到打标机位置时，打标机会在片边缘贴一张红色标签纸，作为标识，这一张在剔除台被剔除后，人工会在这个张红色标签纸位置的cd方向查找这个瑕疵点并做处理。
54.视觉检测系统也可配套安装一个警示灯，当视觉系统检测到瑕疵点，输出给警示灯，红灯亮和蜂鸣器响，提醒机台操作人员检测到了需要剔除的瑕疵点。
55.综上，本发明自动剔除方法的具施实施步骤：（1）在更换规格后，plc控制单元2接收到剔除设备的裁刀信号，判断3张，是否在合格长度范围，如不在，取第4张，判断第2，3，4张是否在合格长度范围，依次判断，直到均在合格长度范围。
56.（2）plc控制单元2发上载工单信号给视觉检测系统1，上载工单，开始检测。同时plc控制单元2利用每张长度判断出视觉检测系统的检测位置到裁刀位置等待的张数及延
迟距离，每次裁切均将延迟距离发送给视觉检测系统做检测点位置的偏移处理，以保证视觉检测系统界面显示的每张头和尾和实际生产的每张的头和尾一致。
57.（3）视觉检测系统检测中，如一片从头至尾无瑕疵或合格品瑕疵点，则不发送信号，当视觉检测系统检测到某片有要剔除的瑕疵点，在片尾时发剔除信号给plc控制单元.同时将瑕疵点的横坐标和纵坐标输出给后面的喷墨装置或其他标记设备。
58.（4）喷墨装置或其他标记设备收到视觉系统传过来的位置坐标，会在瑕疵点的位置出喷一个红色标记。同时plc控制单元收到视觉检测系统的剔除信号后，计算等待张数，递减到1，发信号给剔除设备，剔除设备收到剔除信号，控制剔除台向下转动，剔除有瑕疵点的下一张。
59.以上动作都是自动完成。后续人工判断该片，找出红色标记，判断瑕疵点的形成原因等。
60.以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。