邸劍　蘭昊

摘 要：設(shè)計(jì)了CCD在線外觀紙病檢測(cè)系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的硬件組成情況和系統(tǒng)的工作原理、技術(shù)指標(biāo)和軟件設(shè)計(jì)，重點(diǎn)闡述了外觀紙病檢測(cè)系統(tǒng)中CCD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：CCD技術(shù)；外觀紙病檢測(cè)；硬件功能模塊；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TS736+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.004

紙張與人們的日常生活密切相關(guān)，造紙行業(yè)在世界重要產(chǎn)業(yè)中居于第三的位置。許多國(guó)家都十分重視造紙行業(yè)的發(fā)展，它已經(jīng)成為了一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家（例如美國(guó)、德國(guó)）的支柱產(chǎn)業(yè)。在提高紙張產(chǎn)量的同時(shí)，紙頁(yè)的外觀紙病問(wèn)題也是不容小視的。特別是一些特種紙的生產(chǎn)制造，比如房產(chǎn)證、畢業(yè)證、銀行匯票等紙張，它們不允許有任何外觀紙病問(wèn)題。因此，紙張的外觀紙病問(wèn)題逐漸成為了生產(chǎn)企業(yè)和用戶共同關(guān)注的問(wèn)題。而本文研究的基于CCD技術(shù)的外觀紙病檢測(cè)系統(tǒng)，是檢測(cè)紙張表面缺陷的重要技術(shù)之一，它的存在對(duì)解決紙張表面問(wèn)題有非常重要的推動(dòng)作用。

1 CCD技術(shù)簡(jiǎn)介

CCD全稱Charge-coupled Device，中文名為電荷耦合元件，我們可以把它稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。在其上植入的微小光敏物質(zhì)被稱作像素（Pixel）。1塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫(huà)面分辨率就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它能把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應(yīng)光線，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)外部采樣放大，由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。

本文的研究?jī)?nèi)容是1套基于CCD技術(shù)的在線外觀紙病檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將CCD技術(shù)應(yīng)用于紙張檢測(cè)，采用圖像處理技術(shù)分析紙病，把紙病的實(shí)時(shí)圖像顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，以方便操作人員及時(shí)查看紙張的質(zhì)量，從而及時(shí)分析引發(fā)紙病的原因，并采取合理的方法解決問(wèn)題，提升紙張的品質(zhì)。這樣做，有助于降低成本，提高生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)不但能夠檢測(cè)出紙張上的一般外觀紙病，例如穿孔、黑點(diǎn)、白點(diǎn)等，還能夠檢測(cè)出一些特殊的紙病，比如水印的清晰度、防偽線開(kāi)窗等。所以說(shuō)，為了適應(yīng)現(xiàn)代造紙行業(yè)發(fā)展的需求，設(shè)計(jì)出1套紙病在線檢測(cè)系統(tǒng)并將其應(yīng)用于造紙行業(yè)已經(jīng)迫在眉睫了。這樣1套系統(tǒng)的存在對(duì)我國(guó)造紙行業(yè)的發(fā)展有著重要的影響。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件功能模塊組成

圖1 硬件功能模塊的結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)主控單元是服務(wù)器；檢測(cè)單元主要包括圖像檢測(cè)工作站、實(shí)時(shí)圖像采集設(shè)備、LED光源；數(shù)據(jù)傳輸單元為千兆局域網(wǎng)；電氣控制和同步控制信號(hào)傳輸單元主要包括傳感器、I/O設(shè)備、分頻器、可編程邏輯控制器；圖像檢測(cè)系統(tǒng)是紙張CCD檢測(cè)系統(tǒng)的核心，而圖像檢測(cè)單元及其軟件模塊是該圖像檢測(cè)系統(tǒng)的核心。硬件功能模塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

該軟件使用VC++語(yǔ)言編程，它是面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)。該語(yǔ)言具有靈活、方便的類管理，程序框架自動(dòng)生成，界面設(shè)計(jì)集成交互操作、可開(kāi)發(fā)多種程序的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)其“面向?qū)ο蟆钡奶攸c(diǎn)，可以開(kāi)發(fā)出具有可視化操作功能的應(yīng)用軟件。

該軟件分為圖像獲取、圖像處埋、圖像分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢和輸出5個(gè)模塊。軟件獲取到相關(guān)數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)分析處理，將紙病在終端輸出，并反映給工作人員，為其整改提供方向，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。具體的工作流程如圖2所示。

2.3 檢測(cè)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

檢測(cè)適應(yīng)速度的要求：最高質(zhì)量檢測(cè)機(jī)速為360 m/min；正常質(zhì)量檢測(cè)機(jī)速為60 m/min。

檢測(cè)幅面的要求：最大檢測(cè)幅面寬為2 500 mm；最小檢測(cè)幅面寬為550 mm。

分辨率要求：系統(tǒng)像元成像分辨率為0.20 mm×0.20 mm。

檢測(cè)精度指標(biāo)要求：嚴(yán)重廢品的漏檢率為0；一般廢品漏檢率≤0.1%（大張）；誤檢率≤8%（大張）。

2.4 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的圖像檢測(cè)過(guò)程為：①檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)；②檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)編碼器的脈沖信號(hào)觸發(fā)2臺(tái)黑白線陣CCD相機(jī)后開(kāi)始采集紙張圖像；③采集圖像時(shí)，利用高速圖像采集卡將采集到的圖像存儲(chǔ)在圖像檢測(cè)站中；④根據(jù)建立的圖像模型和設(shè)定的產(chǎn)品規(guī)格、等特性參數(shù)和質(zhì)量公差參數(shù)透視檢測(cè)程序，利用先進(jìn)的多功能圖像處理算法，對(duì)圖像進(jìn)行紙面破損和殘缺、漿塊、硬質(zhì)塊等紙病檢測(cè)；⑤將檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)千兆網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)主控工作站，并對(duì)數(shù)據(jù)作相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)、分析；⑥如果遇到有質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)品，要將紙病區(qū)圖像通過(guò)千兆網(wǎng)傳輸?shù)藉e(cuò)誤圖像顯示工作站，并實(shí)時(shí)顯示和保存圖像數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

現(xiàn)代造紙業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了紙機(jī)車速的提高?，F(xiàn)代造紙工業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志是紙機(jī)的車速和紙張的幅面寬度，造紙工業(yè)逐漸由傳統(tǒng)型工業(yè)向現(xiàn)代型工業(yè)轉(zhuǎn)變。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一些紙機(jī)的車速可高達(dá)1 800 m/min，而紙張的寬度也已達(dá)到了10 m。由此不難推算出，紙機(jī)抄送的紙張可達(dá)300 m2，并且能夠?qū)崿F(xiàn)整條紙機(jī)的不間斷生產(chǎn)。在這種生產(chǎn)狀況下，紙張存在的紙病隱患也就會(huì)越來(lái)越多，如果不能及時(shí)查找出產(chǎn)生紙病的原因，就會(huì)生產(chǎn)出大量的廢紙，這無(wú)疑會(huì)造

成人力和物力的巨大浪費(fèi)，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。綜上所述，現(xiàn)代造紙企業(yè)急需一種技術(shù)檢測(cè)紙病。

CCD在線外觀檢測(cè)系統(tǒng)是造紙行業(yè)的一次重大變革，它由過(guò)去的人工檢驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器檢驗(yàn)。在線監(jiān)測(cè)紙張質(zhì)量時(shí)，可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，方便及時(shí)分析、比較、綜合歸納測(cè)得的數(shù)據(jù)，并總結(jié)產(chǎn)品質(zhì)量下降的原因，進(jìn)而自動(dòng)提出可行的整改方案，及時(shí)解決其中存在的問(wèn)題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該系統(tǒng)的出現(xiàn)，對(duì)造紙行業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本產(chǎn)生起著巨大的推動(dòng)作用，同時(shí)，它的出現(xiàn)還能使造紙企業(yè)取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]吳健康，肖錦玉.計(jì)算機(jī)視覺(jué)基本理論和方法[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1993.

[2]聞喜東.在線紙病檢測(cè)技術(shù)的新發(fā)展及應(yīng)用[J].中國(guó)造紙，2002（2）：61-64.

[3]古帥.基于機(jī)器視覺(jué)的紙張缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D].濟(jì)南：山東輕工業(yè)院，2010.

[4]陳岳林.基于圖像模式識(shí)別的紙張紙病檢測(cè)系統(tǒng)[J].光學(xué)電子，2006，32（9）：182-187.

[5]張素梅.在線紙頁(yè)缺陷快速檢測(cè)算法的研究[D].濟(jì)南：山東輕工業(yè)學(xué)院，2011.

[6]孫寧，譚立國(guó)，黃金標(biāo).CCD紙張檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械電子工程，2002（06）.

〔編輯：白潔〕