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无纺布口罩自动在线检测技术研究

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：赖思露

[导读] 摘要：近些年来，空气的污染程度是比较严重的，加上当下正在经历的新型冠状病毒肺炎的疫情，使得口罩的产量不断加大，更加提升对于口罩的需求量。

        广州检验检测认证集团有限公司广东广州 510000
        摘要：近些年来，空气的污染程度是比较严重的，加上当下正在经历的新型冠状病毒肺炎的疫情，使得口罩的产量不断加大，更加提升对于口罩的需求量。口罩对于卫生、质量的要求标准较高，生产口罩期间，也比较容易产生各种问题，包括头发、污渍以及耳绳缺陷和鼻梁条缺陷等等。以往人工目视检测方法，已经不能符合当下工业生产的精度和速度要求，急需更先进的口罩检测技术手段。本文进行探究无纺布口罩自动在线检测技术情况。
        关键词：无纺布；口罩；自动在线检测技术
        目前基于图像处理和深度学习对纺织布缺陷检测的研究，获得很多进展，但是对于稳定性方面、检测效率方面、检测精确度上，还不能良好的符合口罩制作材料无纺布实时在线检测的要求，同时尚缺少非常健全、可靠的自动在线检测系统，实时的监控、检测口罩生产每一程序。本文的研究中，主要进行设计一种无纺布口罩缺陷自动在线检测系统，带给实践工作有价值的借鉴。
        一、无纺布口罩自动在线检测系统总体设计
        此无纺布自动在线检测系统结构，主要是在前片机机器之前检测无纺布，以两个相机进行正反面的采集无纺布图像，光源和相机在一侧，实施明场照明模式，所采集到的图片经千兆网卡，在计算上进行传输。之后采取无纺布缺陷检测算法，展开检测无纺布缺陷，把结果及时的输出。另外，经前片机机器生产的前片口罩让后片机机器处理以后，最终获得成型口罩。
        （一）图像采集设备
        第一，选择相机。工业相机包括了CCD相机、CMOS相机。其中，CMOS相机的优越性就是具有较快的速度、较高的集成度、较低的功耗问题，而且COMS相机具备更加可靠的成像质量、更大帧率，因此CMOS 相机符合此检测设备要求；第二，相机结构。工业相机在结构上，涵盖了线阵相机和面阵相机两种。其中，面阵相机进行像素矩阵拍摄，相机所拍摄的图像，表现图像细节通过分辨率决定，在测量尺寸、形状以及面积、温度等方面应用较广。本文并没有对于无纺布口罩的检测精度提出极高要求标准，视野不宽，因此采取的是面阵相机采集图像；第三，分辨率。无纺布属于连续的一卷布，长度不限，宽度为150，按照检测框架、光源设计，各次检测无纺布小缺陷允许的误差是0.5mm,图像横向的分辨率最少是310。本文将分辨率提升，采用相机分辨率是1280×960；第四，最大帧率。最大帧率就是相机每秒采集图像帧数的上限，无纺布最高检测传送带速度是每秒540mm,每秒钟采集图像5帧就可，为了提升相机的最大帧率，采取60fps的相机符合要求；第五，曝光时间。无纺布沿相机纵向运行，相机纵向分辨率是960，无纺布运动速度是每秒540mm,无纺布纵向宽120mm，曝光时间需要在0.00023s之内。
        （二）镜头选择
        首先，镜头实际工作距离。视野的长度、宽度分别以H、V表示，相机到检测面的距离为WD，成像的长度、宽度以H1、V1表示，镜头焦距是f。无纺布宽度是120mm，相机视野宽度为135mm，那么WD就是300mm。
        其次，视场。WD是300mm,f是8mm,相机的靶面尺寸最终计算得到是180mm。视场大小以180mm×135mm表示，在待检测区域中，完全的覆盖住镜头视场。
        （三）光源选择以及照明设计
        首先，光源选择。选择光源时，需要考虑的内容诸多，包括待检测目标的反光特性、透射特性、缺陷类型等，使得获得到的待检测图像是具备均匀的光照、适宜的亮度、突出的缺陷等效果。另外，也要对于光源的成本、维护和使用年限等进行考虑。本研究无纺布缺陷检测检测系统，应用到LED灯自制的组合条形光源，LED灯搭建的面光板（尺寸280mm×240mm）光照均匀，光源跟检测面高度距离是20mm。
        其次，照明设计。无纺布检测平台照明设计应用到明场照明模式，光源应用到组合条形光源，跟相机处于同侧位置上，通过无纺布反射光而成像。

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对于口罩检测平台实施背光照明模式，光源、相机处于口罩不同位置，光源经透射，成像于相机上。
        二、无纺布口罩自动在线检测系统软件设计
        缺陷在线检测系统软件，建立在系统硬件的基础上，展开检测任务。优秀的软件算法，可以将硬件性能发挥到最佳状态，同时获得较快的速度、较高精确度、较强稳定性。
        此检测软件的开发环境为Microsoft Visual Studio 2013，采取C++编程语言，同时建立在OpenCv2.4.9基础上所研发，应用到Windows7/8/10软件运行操作系统。软件中的构成部分主要就是：界面显示模块(无纺布检测界面、口罩检测平台)、图像采集模块、图像处理模块、结果输出模块、注册加密模块（生成安全密钥、软件加密）。
        各模块的关联性就是，检测系统进行注册，进入界面显示模块，再到达图像采集模块操作，之后进入图像处理模块进行处理，再到达结果输出模块，在界面显示模块上明确显示出缺陷检测结果，并保存图片，控制继电器闭合落实各种操作。结果输出模块之后，继续进入图像采集模块，以此方式循环的检测。
        三、无纺布口罩自动在线检测系统运行测试
        口罩的生产，是通过几层无纺布叠加而成，包括一到四层口罩，对于三层口罩的生产步骤概括就是，叠加多层无纺布，通过前片机机器处理(压纹、裁剪等)以后获得前片口罩，采取上下两个相机，一起检测无纺布上缺陷。自动检测装置种的设备，涉及到了相机、蜂鸣器以及光源等。前片机制造好的前片口罩，于前片机口罩存放部位防止，经相关弹射设备以及卡槽传送设备等，在口罩卡槽中进行弹射口罩。再通过后片机机器操作，把前片口罩生产为成型口罩，传送带在口罩检测平台传送带上进行传送。无纺布检测平台传送带为透明的状态，上方是相机，检测平台光源、均光板在下方。为了遮挡外界光照，运用到遮光的设备。另外，检测平台中的其他构成就是气阀、显示器、放有继电器以及稳压电源等设备的箱柜。
        通过采取此无纺布自动在线检测系统，记录每天12小时所检测的图片达到了86万张，误报率在二十次之内，检测缺陷每天不超过60张。本研究中的无纺布口罩自动在线检测系统具有良好的应用成效，检测缺陷的效率超过99%。
        结语：
        当前的社会环境，对于无纺布口罩的需求量在不断增加，口罩对无纺布提出了更高的要求标准，应该避免无纺布产生各种缺陷问题。本文提出的无纺布口罩自动在线检测技术，可以在线检测口罩缺陷，通过结合对抗式生成网络以及卷积神经网络，有效的检测无纺布缺陷，具备完整的硬件系统。未来需要进一步的加强研究以及完善这项工作，更有效的提升口罩的检测拓展性、效率以及精确度。
        参考文献：
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