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。

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。
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