高 鑫

(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司，陜西 寶雞 721013)

1 概述

FS220型自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)(以下簡稱“自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)”)是紡織行業(yè)自動(dòng)檢測坯布疵點(diǎn)并作出標(biāo)識的智能化設(shè)備。紡織企業(yè)坯布整理工藝主要分為驗(yàn)布和修布2道工序，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)用于整理車間，主要替代人工驗(yàn)布。按照紡織企業(yè)現(xiàn)有管理模式，一般安排多個(gè)班組24 h輪流使用。相較于人工驗(yàn)布，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、準(zhǔn)確性高、一致性好、檢測速度快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，能節(jié)約企業(yè)人力成本，并提升布匹質(zhì)量。該自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)可檢測所有幅寬不大于2.2 m的棉本色坯布。

自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)操作步驟為：① 將織造好的坯布用載布小車推到自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)前，使用手持式縫布機(jī)快速縫好布頭；② 點(diǎn)操作面板“載入新布”按鈕，使縫合端通過牽引主布輥后，再次按下“載入新布”按鈕；③ 根據(jù)布匹組織、密度和斷裂強(qiáng)力[1]等要求設(shè)定布匹張力；④ 在驗(yàn)布界面上調(diào)取相關(guān)織物參數(shù)，按下“啟動(dòng)/停止”按鈕，即可進(jìn)行坯布檢測；⑤ 如有疵點(diǎn)，界面顯示疵點(diǎn)圖像并在布邊進(jìn)行墨點(diǎn)標(biāo)記。

完成檢測后，設(shè)備自動(dòng)停止，卸去張力，進(jìn)行下一卷布的檢測。工序間銜接緊密，整機(jī)操作簡單，自動(dòng)化程度較高，能有效提升驗(yàn)布效率。

2 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)系統(tǒng)由布面牽引系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)、標(biāo)記系統(tǒng)和人機(jī)界面組成。布面牽引系統(tǒng)包括清潔裝置、張力裝置、居中裝置和自動(dòng)對中擴(kuò)幅裝置，主要負(fù)責(zé)牽引整個(gè)布面通過檢測區(qū)，同時(shí)需要對布面進(jìn)行平整、清理等工作；視覺系統(tǒng)包括LED光源、CCD相機(jī)和圖像采集卡，負(fù)責(zé)圖像的采集與傳輸；圖像識別系統(tǒng)采用高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，對采集的圖像進(jìn)行變換、處理和分析，識別布面缺陷；標(biāo)記系統(tǒng)包括紅藍(lán)2種顏色的噴墨閥，負(fù)責(zé)在布疵對應(yīng)布邊位置進(jìn)行標(biāo)記，以便修布人員查找布面疵點(diǎn)并進(jìn)行修理；人機(jī)界面主要對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、圖像顯示及設(shè)備操作。圖1為自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)系統(tǒng)框圖。

圖1 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)系統(tǒng)框圖

2.2 工作原理

布面牽引系統(tǒng)對布面進(jìn)行清潔、平整擴(kuò)幅后，施加一定張力使布面平穩(wěn)通過檢測區(qū)，視覺系統(tǒng)中LED光源照亮整個(gè)布面，4個(gè)CCD相機(jī)高頻采樣布面圖像[2]，通過圖像采集卡將圖像數(shù)據(jù)傳送到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，圖像處理分析軟件采用多線程技術(shù)對所得到的4個(gè)CCD相機(jī)的布面圖像一并進(jìn)行處理、理解和識別等，判斷當(dāng)前布面是否存在需要修正的疵點(diǎn)。如果存在疵點(diǎn)，則顯示該疵點(diǎn)圖像并通過串口向下位機(jī)發(fā)送控制命令，在布面相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記，方便修布人員修理布面。布匹測試完成后，自動(dòng)停止，可連接下一布匹繼續(xù)測試。圖2為自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)工作原理示意。

1—布匹；2—清潔裝置；3—擴(kuò)幅居中裝置；4—張力裝置；5—落布系統(tǒng)；6—打標(biāo)系統(tǒng)；7—碼布機(jī)；8—CCD相機(jī)；9—LED光源。圖2 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)工作原理示意

3 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)使用工藝方法

3.1 織造環(huán)節(jié)

在織造環(huán)節(jié)，經(jīng)紗與緯紗按照織物組織規(guī)格要求交織成布[3]，每班擋車工交班時(shí)需在布匹上加蓋交班印，交班印的顏色和印記必須清晰，以方便自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)識別。如果交班印比較淺或者有殘缺，可能會引起漏檢。

3.2 落布環(huán)節(jié)

落布過程中，需將新布頭卷繞在落布輥上，在織物落下1 m～2 m時(shí)及時(shí)將織好的布匹卷到布輥上，且絕對不能出現(xiàn)“雙布頭”(把連續(xù)的布匹折疊成2層，落布輥從2層中間的折疊處穿過，再將布匹卷繞在布輥上)。“雙布頭”不僅會在布面形成大量褶皺，更為重要的是由于自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)檢測速度快，導(dǎo)致出現(xiàn)“雙頭布”時(shí)無法及時(shí)停車，造成布輥脫落時(shí)可能扯斷布匹的問題，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失，也有可能造成安全事故。

3.3 驗(yàn)布環(huán)節(jié)

自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)主要有3項(xiàng)功能：一是檢驗(yàn)布面疵點(diǎn)并標(biāo)記；二是測量布匹幅寬；三是匯總疵點(diǎn)，進(jìn)行疵點(diǎn)評分。

查看布匹品種，按要求設(shè)定相應(yīng)工藝參數(shù)，啟動(dòng)自動(dòng)驗(yàn)布系統(tǒng)。牽引系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)布匹以設(shè)定速度移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)疵點(diǎn)后標(biāo)記系統(tǒng)在布邊噴墨標(biāo)記。待布匹檢驗(yàn)完成后，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)輸出各類疵點(diǎn)信息，如布疵名稱、種類、位置及分值等，并依照用戶要求對每匹布打分。自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)工作過程中應(yīng)嚴(yán)格按照其操作規(guī)程進(jìn)行操作，并巡檢各CCD指示燈是否閃爍，注意觀察墨水標(biāo)記狀態(tài)、標(biāo)記位置是否合適等，標(biāo)記系統(tǒng)頻繁動(dòng)作時(shí)觀察界面顯示是否誤判。自動(dòng)驗(yàn)布系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)立即停車，并用四色燈發(fā)出警報(bào)提示，待故障排除后，重新開車。

如果在使用中發(fā)現(xiàn)織物疵點(diǎn)出現(xiàn)異常(一般偏多)，說明布匹質(zhì)量發(fā)生變化?？稍跈z測完成后，輸入該布車號，將檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，分析疵點(diǎn)問題，下發(fā)該車整改通知，以防止二次危害。

3.4 碼布環(huán)節(jié)

根據(jù)生產(chǎn)工序安排，碼布分為2種情況：一是布匹經(jīng)過自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)后，通過擺布輥使布匹均勻地折疊在元寶車內(nèi)(見圖3)，一般一個(gè)元寶車最多放5匹布，再推到碼布機(jī)旁依次碼布；二是自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)與碼布機(jī)直接相連(見圖4)，邊驗(yàn)布邊碼布。碼布時(shí)，必須要寫清織物品種、機(jī)臺號和數(shù)量，嚴(yán)格檢查布頭針眼有無破洞，并將碼好的布匹按品種整齊堆放在墊布板上。

圖3 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)與元寶車

圖4 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)與碼布機(jī)相連

3.5 修布環(huán)節(jié)

修布是按照修織操作規(guī)定對坯布進(jìn)行修織，使布面質(zhì)量達(dá)到出廠要求的工藝環(huán)節(jié)。人工驗(yàn)布時(shí)，驗(yàn)布工可在驗(yàn)布機(jī)上直接修織小疵點(diǎn)，而大部分不易修織的疵點(diǎn)仍需專業(yè)修織人員進(jìn)行整修。修織人員根據(jù)布邊墨點(diǎn)標(biāo)記，在前后約6 cm寬度橫向查找疵點(diǎn)，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修布。一般布疵即評1～3分疵點(diǎn)，如竹節(jié)、雜物、油污、三絲、拖紗和棉球等疵點(diǎn)，由藍(lán)色墨水標(biāo)記；重大疵點(diǎn)即評4分疵點(diǎn)，如破洞、稀弄、金屬雜物、豁邊、不對接軋梭和跳花等疵點(diǎn)，由紅色墨水標(biāo)記，由分等工按標(biāo)準(zhǔn)開剪、定等。修好的布匹經(jīng)整理、查數(shù)碼份后，送到規(guī)定的拼件區(qū)域，分品種擺放整齊。

由于自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)一個(gè)標(biāo)記可能會對應(yīng)多個(gè)疵點(diǎn)，在修完一個(gè)疵點(diǎn)后，應(yīng)對整個(gè)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)檢查，以防漏過疵點(diǎn)。目前，一般標(biāo)記的消色時(shí)間約為10 d，最好能在7 d內(nèi)將驗(yàn)過的布匹修理完，以防某些較淺的標(biāo)記點(diǎn)消退，從而造成修理漏疵。修好的布匹按規(guī)定疊放整齊，打包后即可出廠。

3.6 退漿漂白

退漿漂白[4]是印染廠的一道工藝流程，主要解決因可消色墨水中含有的著色劑在布面上無法徹底消褪干凈，或者因周轉(zhuǎn)較快使得布面上存有部分未消色墨水的問題，這些墨水會在退漿過程中遇熱水自行溶解。

4 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)使用注意事項(xiàng)

4.1標(biāo)記使用的水溶性可消色墨水，理論消色時(shí)間為10 d，但不同品種布匹消色時(shí)間會存在差異，而且顏色會逐漸消退，故最好在驗(yàn)布完成后7 d內(nèi)完成修織。水溶性可消色墨水遇水后，根據(jù)品種不同會在1 min～10 min完全消色。

4.2每匹布的前4.6 m和后4.3 m，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)無法檢測，應(yīng)由人工檢驗(yàn)并修織。

4.3布邊標(biāo)記的墨點(diǎn)，為機(jī)器識別的標(biāo)記，可能存在飛花、線頭、折痕等誤判，若一匹布的誤判率(有標(biāo)記，但找不著相應(yīng)疵點(diǎn)的概率)大于20%，則需記錄車號，及時(shí)反饋織造車間相關(guān)人員查找原因。

4.4嚴(yán)格按照自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)操作規(guī)范進(jìn)行操作，出現(xiàn)故障，立刻停車檢查并排除。

4.5拉布操作，每班定時(shí)定量抽查自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)驗(yàn)布情況，記錄漏判疵點(diǎn)種類及個(gè)數(shù)，防止因自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)技術(shù)狀態(tài)出現(xiàn)問題引起的大量漏疵。

4.6每班在交班時(shí)，注意做好自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的清潔和保養(yǎng)，尤其注意各部件的清潔，毛刷處容易纏繞線頭，擴(kuò)幅處容易積浮花，可用吸塵器保持整潔。尤其要注意光源處的清潔，用干布定期(每周)清潔光源，以保證圖像亮度。每天清理廢棉袋清除的飛毛，防止堵塞。噴墨閥保持暢通，在檢測前選擇“自檢”觀察噴墨閥是否正常工作。

5 自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)使用效果和經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 布疵識別效果

自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的最終目標(biāo)是替代人工驗(yàn)布。在陜西寶雞某大型紡織廠進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)定FS220型自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)速度分別為30 m/min、60 m/min，通過上位機(jī)統(tǒng)計(jì)、布疵圖像顯示、布面打標(biāo)、界面指標(biāo)(運(yùn)行時(shí)間、疵點(diǎn)個(gè)數(shù)、幅寬、長度等)顯示，與疵點(diǎn)種類個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)、布面打標(biāo)和人工驗(yàn)布對比等方法相結(jié)合的方式，對FS220型自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的檢出率、布面疵點(diǎn)識別率和機(jī)臺穩(wěn)定性等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，匯總結(jié)果見表1。

由表1數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)能夠?qū)χ窆?jié)紗、棉結(jié)、斷經(jīng)、雙緯、橫檔、油花紗、拖紗和三絲等布疵進(jìn)行有效識別，符合文獻(xiàn)[1]人工檢驗(yàn)布匹的相關(guān)規(guī)定。目前，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)對雜物、雙緯和斷疵等布疵檢出率可達(dá)95%以上，對棉結(jié)、油花紗、拖紗和緯縮等布疵檢出率可達(dá)90%以上，對竹節(jié)紗[5]、三絲和斷經(jīng)等布疵檢出率可達(dá)80%以上，對橫檔布疵的檢出率可達(dá)70%以上，且驗(yàn)布速度對檢出率數(shù)值無顯著影響。

表1 FS220型自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)布疵檢出率單位：%

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

寶雞某紡織廠長期使用發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)能夠節(jié)約用工，有效降低企業(yè)用工成本?？椩燔囬g落布長度為109.7 m(120碼)，每臺人工驗(yàn)布機(jī)每天的驗(yàn)布任務(wù)為120卷布(3班，每班2人操作)，即每人每天驗(yàn)布任務(wù)為20卷。而自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)的車速設(shè)定為30 m/min(常規(guī))，每卷驗(yàn)布時(shí)長為6 min(驗(yàn)布時(shí)間為3 min 40 s，加上載布、縫布等操作的時(shí)間，總計(jì)約為6 min)，工作效率按85%計(jì)，一個(gè)工作日可驗(yàn)布204卷，替代人工10.2人次(按10人計(jì))，可節(jié)省人工4人次(每班2名操作員)；以每人每月2200元工資計(jì)，每年可節(jié)省人工成本為10.56萬元。若驗(yàn)布機(jī)車速設(shè)定為60 m/min(經(jīng)濟(jì))，每卷驗(yàn)布時(shí)長為4 min，一個(gè)工作日可驗(yàn)布306卷，替代人工15.3人次(按15人計(jì)算)，可節(jié)省人工9人次，每年可節(jié)省人工成本為23.76萬元。

6 結(jié)語

FS220型自動(dòng)驗(yàn)布機(jī)采用先進(jìn)的機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了織物疵點(diǎn)的自動(dòng)識別檢測，且牽引系統(tǒng)和標(biāo)記系統(tǒng)與目前的人工驗(yàn)布相吻合，綜合檢出率達(dá)85%，檢測速度快、一致性好。通過紡織廠長期摸索實(shí)踐，克服了疵點(diǎn)分布隨機(jī)、織物種類繁多、疵點(diǎn)形態(tài)差異較大等技術(shù)難關(guān)，與驗(yàn)布上、下道工序融合銜接，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)替代人工驗(yàn)布的設(shè)計(jì)目標(biāo)，可降低用工成本，提高布匹質(zhì)量水平，提升紡織企業(yè)智能織造程度和競爭力。