【集萃網(wǎng)觀察】平網(wǎng)印花機的對花精度是決定其印花質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù).傳統(tǒng)的平網(wǎng)印花機對花精度，是由機械設(shè)計的精度和導(dǎo)帶的定位精度來保證的，但隨著使用年限的增長，機械磨損或?qū)У淖冃蔚�，將會�?dǎo)致平網(wǎng)印花機對花精度的下降.傳統(tǒng)的導(dǎo)帶驅(qū)動裝置無論是液壓系統(tǒng)，還是近幾年來先進(jìn)的伺服系統(tǒng)，其對花調(diào)節(jié)都屬開環(huán)控制方式.當(dāng)印花機高速運行時，若印花出現(xiàn)偏差不能將信息反饋給印花機控制器，更不用說及時地做出調(diào)整，造成“錯花”、“跑花”現(xiàn)象.為了解決上述問題，本文提出了一種用高速圖像采集處理的方法，實現(xiàn)平網(wǎng)印花機的全自動對花檢測的方案.
1 自動對花檢測方法
平網(wǎng)印花機根據(jù)印制的圖案不同，通常由幾個或十幾個花回組成.欲印制精細(xì)復(fù)雜的花型圖案，除網(wǎng)版制作精確外，印花導(dǎo)帶行進(jìn)的每個花回的重復(fù)精度也至關(guān)重要.一般布動式平網(wǎng)印花機印花導(dǎo)帶的驅(qū)動方式有兩種：一種是依靠液壓傳動的方式;另一種依靠伺服電機驅(qū)動印花導(dǎo)帶的方式.無論哪一種驅(qū)動方式都存在對花不準(zhǔn)的問題.通常，由工人肉眼觀察印出的圖案有沒有出現(xiàn)“錯花”、“跑花”現(xiàn)象，若圖案有問題，則及時停車對印花設(shè)備進(jìn)行機械調(diào)整.
本方案用圖像處理的方法實現(xiàn)自動對花檢測，較人工觀察更加準(zhǔn)確和及時.具體實現(xiàn)過程是：當(dāng)織物通過第一個花回時，需要印花單元在織物上印出檢測標(biāo)記，以對應(yīng)于花網(wǎng)上的印花圖案位置.在印花導(dǎo)帶的出布端由CCD攝像頭對檢測標(biāo)記進(jìn)行實時拍攝，然后將拍攝到的檢測標(biāo)記的圖像，送人由DM642為核心的圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行實時處理，得出檢測標(biāo)記坐標(biāo)位置.印花起始由人工對機械裝置精確定位，因此將第一幀圖像中標(biāo)記的坐標(biāo)值作為參考值保存下來.當(dāng)下一幀檢測標(biāo)記的圖像攝人以后做同樣處理，得到此幀圖像中標(biāo)記的坐標(biāo)值;處理器將此值與參考值相比較得出坐標(biāo)位置的偏差，包括水平和垂直兩個方向的偏差;再將此偏差轉(zhuǎn)換為導(dǎo)帶的偏差量，并判斷偏差量是否超過允許的范圍(平網(wǎng)印花機對花誤差
上位機接到檢測系統(tǒng)反饋的信號后進(jìn)行實時處理.若第一種情況將導(dǎo)帶的調(diào)整量及時通知給導(dǎo)帶驅(qū)動器，由導(dǎo)帶驅(qū)動器對誤差做出實時調(diào)整以保證每個花回的重復(fù)精度;第二種情況，實時報警并給導(dǎo)帶驅(qū)動器停車信號，印花機停止工作，避免出現(xiàn)更多的次品布.從而完成平網(wǎng)印花機的全自動對花，提高了印花機的印花質(zhì)量.
2 檢測系統(tǒng)硬件電路
檢測系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計 ，充分利用丁DM642的視頻端口和各種外部器件接口.其硬件電路主要由TMS320DM642(DM642)核心處理芯片、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、存儲器模塊、外圍通訊模塊以及電源模塊等模塊組成，如圖l所示.
2.1 核心處理芯片DM642
DM642是TI公司在2002年推出的一款專用圖像處理芯片.作為本系統(tǒng)的中央處理器，一方面將輸入的檢測標(biāo)記的數(shù)字圖像信號，進(jìn)行處理后得出檢測標(biāo)記的實時位置;另一方面控制各個模塊協(xié)調(diào)工作，實時與上位機通汛.
DM642的核心頻率為600MHz，每個指令周期可并行8條32bit指令，因此速度可達(dá)4800MI/s. DM642具有兩級緩存結(jié)構(gòu)，第一級包括相互獨立的數(shù)據(jù)緩存區(qū)L1D(16k)和程序緩存區(qū)LIP(16k)，使得程序和數(shù)據(jù)可以同時讀寫，進(jìn)一步提高了CPU的處理速度;第二級緩存L2(256k)存儲空間，也可作為 SRAM映射到存儲空間.DM642含有64個獨立通道的EDMA控制器，負(fù)責(zé)片內(nèi)L2與其他外設(shè)之間的數(shù)據(jù)高速傳輸.
平網(wǎng)印花機的對花精度是決定其印花質(zhì)量的關(guān)鍵性技術(shù).傳統(tǒng)的平網(wǎng)印花機對花精度，是由機械設(shè)計的精度和導(dǎo)帶的定位精度來保證的，但隨著使用年限的增長，機械磨損或?qū)У淖冃蔚�，將會�?dǎo)致平網(wǎng)印花機對花精度的下降.傳統(tǒng)的導(dǎo)帶驅(qū)動裝置無論是液壓系統(tǒng)，還是近幾年來先進(jìn)的伺服系統(tǒng)，其對花調(diào)節(jié)都屬開環(huán)控制方式.當(dāng)印花機高速運行時，若印花出現(xiàn)偏差不能將信息反饋給印花機控制器，更不用說及時地做出調(diào)整，造成“錯花”、“跑花”現(xiàn)象.為了解決上述問題，本文提出了一種用高速圖像采集處理的方法，實現(xiàn)平網(wǎng)印花機的全自動對花檢測的方案.
1 自動對花檢測方法
平網(wǎng)印花機根據(jù)印制的圖案不同，通常由幾個或十幾個花回組成.欲印制精細(xì)復(fù)雜的花型圖案，除網(wǎng)版制作精確外，印花導(dǎo)帶行進(jìn)的每個花回的重復(fù)精度也至關(guān)重要.一般布動式平網(wǎng)印花機印花導(dǎo)帶的驅(qū)動方式有兩種：一種是依靠液壓傳動的方式;另一種依靠伺服電機驅(qū)動印花導(dǎo)帶的方式.無論哪一種驅(qū)動方式都存在對花不準(zhǔn)的問題.通常，由工人肉眼觀察印出的圖案有沒有出現(xiàn)“錯花”、“跑花”現(xiàn)象，若圖案有問題，則及時停車對印花設(shè)備進(jìn)行機械調(diào)整.
本方案用圖像處理的方法實現(xiàn)自動對花檢測，較人工觀察更加準(zhǔn)確和及時.具體實現(xiàn)過程是：當(dāng)織物通過第一個花回時，需要印花單元在織物上印出檢測標(biāo)記，以對應(yīng)于花網(wǎng)上的印花圖案位置.在印花導(dǎo)帶的出布端由CCD攝像頭對檢測標(biāo)記進(jìn)行實時拍攝，然后將拍攝到的檢測標(biāo)記的圖像，送人由DM642為核心的圖像處理系統(tǒng)進(jìn)行實時處理，得出檢測標(biāo)記坐標(biāo)位置.印花起始由人工對機械裝置精確定位，因此將第一幀圖像中標(biāo)記的坐標(biāo)值作為參考值保存下來.當(dāng)下一幀檢測標(biāo)記的圖像攝人以后做同樣處理，得到此幀圖像中標(biāo)記的坐標(biāo)值;處理器將此值與參考值相比較得出坐標(biāo)位置的偏差，包括水平和垂直兩個方向的偏差;再將此偏差轉(zhuǎn)換為導(dǎo)帶的偏差量，并判斷偏差量是否超過允許的范圍(平網(wǎng)印花機對花誤差
上位機接到檢測系統(tǒng)反饋的信號后進(jìn)行實時處理.若第一種情況將導(dǎo)帶的調(diào)整量及時通知給導(dǎo)帶驅(qū)動器，由導(dǎo)帶驅(qū)動器對誤差做出實時調(diào)整以保證每個花回的重復(fù)精度;第二種情況，實時報警并給導(dǎo)帶驅(qū)動器停車信號，印花機停止工作，避免出現(xiàn)更多的次品布.從而完成平網(wǎng)印花機的全自動對花，提高了印花機的印花質(zhì)量.
2 檢測系統(tǒng)硬件電路
檢測系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計 ，充分利用丁DM642的視頻端口和各種外部器件接口.其硬件電路主要由TMS320DM642(DM642)核心處理芯片、視頻輸入模塊、視頻輸出模塊、存儲器模塊、外圍通訊模塊以及電源模塊等模塊組成，如圖l所示.
2.1 核心處理芯片DM642
DM642是TI公司在2002年推出的一款專用圖像處理芯片.作為本系統(tǒng)的中央處理器，一方面將輸入的檢測標(biāo)記的數(shù)字圖像信號，進(jìn)行處理后得出檢測標(biāo)記的實時位置;另一方面控制各個模塊協(xié)調(diào)工作，實時與上位機通汛.
DM642的核心頻率為600MHz，每個指令周期可并行8條32bit指令，因此速度可達(dá)4800MI/s. DM642具有兩級緩存結(jié)構(gòu)，第一級包括相互獨立的數(shù)據(jù)緩存區(qū)L1D(16k)和程序緩存區(qū)LIP(16k)，使得程序和數(shù)據(jù)可以同時讀寫，進(jìn)一步提高了CPU的處理速度;第二級緩存L2(256k)存儲空間，也可作為 SRAM映射到存儲空間.DM642含有64個獨立通道的EDMA控制器，負(fù)責(zé)片內(nèi)L2與其他外設(shè)之間的數(shù)據(jù)高速傳輸.
2.3 視頻輸出模塊
顯示部分主要由顯示設(shè)備、邏輯器件FPGA和視頻編碼芯片SAA7l05組成，如圖3所示.邏輯器件FPGA用來完成高級功能，以及一些接口的邏輯控制信號.作為視頻顯示用時可以配置為不同的操作方式，在默認(rèn)的方式下設(shè)置為直接通過視頻，連接到SAA7105視頻編碼器.對于OSD功能， FPGA提供了FIFOs，將視頻端口2的數(shù)據(jù)與FIFOs的數(shù)據(jù)進(jìn)行混合.系統(tǒng)中FPGA采用Xilinx XC2S300.此芯片提供連續(xù)的編程端口，系統(tǒng)設(shè)計時由DM642通過這幾個編程端口對FPGA實時編程，以完成不同的配置和操作.
在本系統(tǒng)中，視頻編碼器SAA7105由DM642通過I2C總線對內(nèi)部編程寄存器在線設(shè)置為PAL制式，將來自FPGA的442編碼格式的ITUBT656數(shù)字視頻流，合成模擬的PAL制式視頻信號，送入顯示設(shè)備顯示.
2.4 存儲器模塊
2.4.1 動態(tài)存儲器模塊(SDRAM) 在系統(tǒng)中需要對圖像信號進(jìn)行實時的存儲.一幀PAL制式422編碼格式的圖像，需要的存儲空間為720×576×2=829 440(字節(jié)).DM642內(nèi)部雖然有256k的二級緩存區(qū)可以作為SRAM使用，顯然還不能滿足要求，為此需要進(jìn)行存儲器的外擴.
在本系統(tǒng)中外擴了兩塊4M×64bit同步動態(tài)存儲器(SDRAM)MT48LC4M32B2芯片，可以存儲可達(dá)32幀的圖像，這兩片SDRAM在DM642存儲區(qū)中統(tǒng)一編址，映射在DM642的外部存儲器CE0空間，首地址為0x80000000.系統(tǒng)工作時，首先將檢測標(biāo)記的圖像存儲在SDRAM 中，需要處理時通過DMA通道從SDRAM 中，分塊讀入DM642的內(nèi)部緩存區(qū)中，在處理器內(nèi)部進(jìn)行高速處理.SDRAM 的總線由外部PLL驅(qū)動設(shè)備控制，在133MHz的最佳狀態(tài)運行，SDRAM的刷新由DM642自動控制.
2.4.2 程序存儲器模塊(FLASH) 系統(tǒng)中可執(zhí)行程序代碼遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了lk bytes，故采用外擴的程序存儲器，使其能夠有足夠的空間保存可執(zhí)行程序代碼.該系統(tǒng)中擴展了一塊8M×8bit的FLASH 芯片AM29LV033C，用于存儲系統(tǒng)程序代碼，地址空間映射在 DM642的CE1空間的低位.我們采用分頁的方式來訪問存儲器，將FLASH的高三位作為頁選擇位，如圖4所示.這樣把FLASH共分為8頁，每頁為1M存儲空間，由DM642通過對邏輯器件FPGA 編程完成對每一頁存儲空間的選擇.
本系統(tǒng)中采用從片外FLASH引導(dǎo)的方式加載程序，片上引導(dǎo)機制總是從第0頁開始引導(dǎo)，系統(tǒng)的 BootLoader程序都固化在這一頁.所有8個頁面均映射到DM642的相同的地址空間0x90000000～ Ox9OOfffff.對FLASH尋址操作時，由DM642將EMIF提供的FLASH相對地址0x00000～Oxfffff，與 FPGA提供的頁地址相加，得到數(shù)據(jù)的實際存儲地址，從而實現(xiàn)對8M存儲空間的訪問.
2.5 外圍通訊模塊
外圍通訊模塊主要用于與上位機通訊.系統(tǒng)對檢測標(biāo)記圖像進(jìn)行實時處理后，得出導(dǎo)帶運行情況，并將數(shù)據(jù)通過此模塊反饋給上位機.系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口作為通訊端口.通訊模塊中用UTAR芯片 TL16C752B將來自DM642或SDRAM 的并行數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為串行輸出，并將輸入串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù).串行輸出的數(shù)據(jù)再經(jīng)過一個電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3243將信號的電平轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行數(shù)據(jù)格式，輸入到串行通訊接口和上位機進(jìn)行通訊.異步串行芯片TLI6C752B與DM642的EMIF相連，DSP 通過地址譯碼可以訪問芯片的各個控制寄存器.
2.6 電源模塊
由于系統(tǒng)中的器件需要幾種不同的供電電壓，如DM642內(nèi)核電壓為1.4V，DM642外部I/0口為 3.3V，外圍器件為5V.電源模塊采用了兩片電源芯片TPS54310完成由5V到3.3V和1.4V的轉(zhuǎn)換，3.3 V和1.4V電源之間連接肖特基二極管，保證DM642的內(nèi)核和外部端口同時供電.整個系統(tǒng)中用到很多高速器件，需要高精度的供電以保證系統(tǒng)正常工作，因此在設(shè)計中采用模塊化設(shè)計，將電源部分獨立出來.有些部分如FPGA芯片和視頻輸入輸出甚至采用單獨供電，以保證給系統(tǒng)各部分提供穩(wěn)定可靠的電源.
3 結(jié)束語
本系統(tǒng)采用以DSP為核心處理器，采用圖像處理技術(shù)為核心技術(shù);實現(xiàn)了對平網(wǎng)印機對花的自動檢測，提出了一種將閉環(huán)控制方式應(yīng)用到平網(wǎng)印花機對花的方法.該系統(tǒng)具有深入開發(fā)的擴展性，為進(jìn)一步改進(jìn)平網(wǎng)印花機自動控制系統(tǒng)和擴展該領(lǐng)域中機器視覺的應(yīng)用提供了開發(fā)基礎(chǔ)和解決方法.
來源: 李鵬飛，李 鵬，張 蕾，林成蔭(來源互聯(lián)網(wǎng))
