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    【集萃網(wǎng)觀察】平網(wǎng)印花機(jī)的對(duì)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(jī)對(duì)花精度，是由機(jī)械設(shè)計(jì)的精度和導(dǎo)帶的定位精度來(lái)保證的，但隨著使用年限的增長(zhǎng)，機(jī)械磨損或?qū)�帶的變形等，將�?huì)導(dǎo)致平網(wǎng)印花機(jī)對(duì)花精度的下降.傳統(tǒng)的導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)論是液壓系統(tǒng)，還是近幾年來(lái)先進(jìn)的伺服系統(tǒng)，其對(duì)花調(diào)節(jié)都屬開(kāi)環(huán)控制方式.當(dāng)印花機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，若印花出現(xiàn)偏差不能將信息反饋給印花機(jī)控制器，更不用說(shuō)及時(shí)地做出調(diào)整，造成“錯(cuò)花”、“跑花”現(xiàn)象.為了解決上述問(wèn)題，本文提出了一種用高速圖像采集處理的方法，實(shí)現(xiàn)平網(wǎng)印花機(jī)的全自動(dòng)對(duì)花檢測(cè)的方案.

　　1 自動(dòng)對(duì)花檢測(cè)方法

　　平網(wǎng)印花機(jī)根據(jù)印制的圖案不同，通常由幾個(gè)或十幾個(gè)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(gè)花回的重復(fù)精度也至關(guān)重要.一般布動(dòng)式平網(wǎng)印花機(jī)印花導(dǎo)帶的驅(qū)動(dòng)方式有兩種：一種是依靠液壓傳動(dòng)的方式;另一種依靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)印花導(dǎo)帶的方式.無(wú)論哪一種驅(qū)動(dòng)方式都存在對(duì)花不準(zhǔn)的問(wèn)題.通常，由工人肉眼觀察印出的圖案有沒(méi)有出現(xiàn)“錯(cuò)花”、“跑花”現(xiàn)象，若圖案有問(wèn)題，則及時(shí)停車(chē)對(duì)印花設(shè)備進(jìn)行機(jī)械調(diào)整.

　　本方案用圖像處理的方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)花檢測(cè)，較人工觀察更加準(zhǔn)確和及時(shí).具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：當(dāng)織物通過(guò)第一個(gè)花回時(shí)，需要印花單元在織物上印出檢測(cè)標(biāo)記，以對(duì)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(duì)檢測(cè)標(biāo)記進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，然后將拍攝到的檢測(cè)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(shí)時(shí)處理，得出檢測(cè)標(biāo)記坐標(biāo)位置.印花起始由人工對(duì)機(jī)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(lái).當(dāng)下一幀檢測(cè)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(gè)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(guò)允許的范圍(平網(wǎng)印花機(jī)對(duì)花誤差

　　上位機(jī)接到檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信號(hào)后進(jìn)行實(shí)時(shí)處理.若第一種情況將導(dǎo)帶的調(diào)整量及時(shí)通知給導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)器，由導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)器對(duì)誤差做出實(shí)時(shí)調(diào)整以保證每個(gè)花回的重復(fù)精度;第二種情況，實(shí)時(shí)報(bào)警并給導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)器停車(chē)信號(hào)，印花機(jī)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(jī)的全自動(dòng)對(duì)花，提高了印花機(jī)的印花質(zhì)量.

　　2 檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路

　　檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì) ，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(chǔ)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(zhuān)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(cè)標(biāo)記的數(shù)字圖像信號(hào)，進(jìn)行處理后得出檢測(cè)標(biāo)記的實(shí)時(shí)位置;另一方面控制各個(gè)模塊協(xié)調(diào)工作，實(shí)時(shí)與上位機(jī)通汛.

　　DM642的核心頻率為600MHz，每個(gè)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(jí)緩存結(jié)構(gòu)，第一級(jí)包括相互獨(dú)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(shí)讀寫(xiě)，進(jìn)一步提高了CPU的處理速度;第二級(jí)緩存L2(256k)存儲(chǔ)空間，也可作為 SRAM映射到存儲(chǔ)空間.DM642含有64個(gè)獨(dú)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(jī)的對(duì)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(jī)對(duì)花精度，是由機(jī)械設(shè)計(jì)的精度和導(dǎo)帶的定位精度來(lái)保證的，但隨著使用年限的增長(zhǎng)，機(jī)械磨損或?qū)�帶的變形等，將�?huì)導(dǎo)致平網(wǎng)印花機(jī)對(duì)花精度的下降.傳統(tǒng)的導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)論是液壓系統(tǒng)，還是近幾年來(lái)先進(jìn)的伺服系統(tǒng)，其對(duì)花調(diào)節(jié)都屬開(kāi)環(huán)控制方式.當(dāng)印花機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，若印花出現(xiàn)偏差不能將信息反饋給印花機(jī)控制器，更不用說(shuō)及時(shí)地做出調(diào)整，造成“錯(cuò)花”、“跑花”現(xiàn)象.為了解決上述問(wèn)題，本文提出了一種用高速圖像采集處理的方法，實(shí)現(xiàn)平網(wǎng)印花機(jī)的全自動(dòng)對(duì)花檢測(cè)的方案.

　　1 自動(dòng)對(duì)花檢測(cè)方法

　　平網(wǎng)印花機(jī)根據(jù)印制的圖案不同，通常由幾個(gè)或十幾個(gè)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(gè)花回的重復(fù)精度也至關(guān)重要.一般布動(dòng)式平網(wǎng)印花機(jī)印花導(dǎo)帶的驅(qū)動(dòng)方式有兩種：一種是依靠液壓傳動(dòng)的方式;另一種依靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)印花導(dǎo)帶的方式.無(wú)論哪一種驅(qū)動(dòng)方式都存在對(duì)花不準(zhǔn)的問(wèn)題.通常，由工人肉眼觀察印出的圖案有沒(méi)有出現(xiàn)“錯(cuò)花”、“跑花”現(xiàn)象，若圖案有問(wèn)題，則及時(shí)停車(chē)對(duì)印花設(shè)備進(jìn)行機(jī)械調(diào)整.

　　本方案用圖像處理的方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)花檢測(cè)，較人工觀察更加準(zhǔn)確和及時(shí).具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：當(dāng)織物通過(guò)第一個(gè)花回時(shí)，需要印花單元在織物上印出檢測(cè)標(biāo)記，以對(duì)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(duì)檢測(cè)標(biāo)記進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝，然后將拍攝到的檢測(cè)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(shí)時(shí)處理，得出檢測(cè)標(biāo)記坐標(biāo)位置.印花起始由人工對(duì)機(jī)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(lái).當(dāng)下一幀檢測(cè)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(gè)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(guò)允許的范圍(平網(wǎng)印花機(jī)對(duì)花誤差

　　上位機(jī)接到檢測(cè)系統(tǒng)反饋的信號(hào)后進(jìn)行實(shí)時(shí)處理.若第一種情況將導(dǎo)帶的調(diào)整量及時(shí)通知給導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)器，由導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)器對(duì)誤差做出實(shí)時(shí)調(diào)整以保證每個(gè)花回的重復(fù)精度;第二種情況，實(shí)時(shí)報(bào)警并給導(dǎo)帶驅(qū)動(dòng)器停車(chē)信號(hào)，印花機(jī)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(jī)的全自動(dòng)對(duì)花，提高了印花機(jī)的印花質(zhì)量.

　　2 檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路

　　檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路采用模塊化設(shè)計(jì) ，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(chǔ)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(zhuān)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(cè)標(biāo)記的數(shù)字圖像信號(hào)，進(jìn)行處理后得出檢測(cè)標(biāo)記的實(shí)時(shí)位置;另一方面控制各個(gè)模塊協(xié)調(diào)工作，實(shí)時(shí)與上位機(jī)通汛.

　　DM642的核心頻率為600MHz，每個(gè)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(jí)緩存結(jié)構(gòu)，第一級(jí)包括相互獨(dú)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(shí)讀寫(xiě)，進(jìn)一步提高了CPU的處理速度;第二級(jí)緩存L2(256k)存儲(chǔ)空間，也可作為 SRAM映射到存儲(chǔ)空間.DM642含有64個(gè)獨(dú)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(lái)完成高級(jí)功能，以及一些接口的邏輯控制信號(hào).作為視頻顯示用時(shí)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(guò)視頻，連接到SAA7105視頻編碼器.對(duì)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(jì)時(shí)由DM642通過(guò)這幾個(gè)編程端口對(duì)FPGA實(shí)時(shí)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(guò)I2C總線(xiàn)對(duì)內(nèi)部編程寄存器在線(xiàn)設(shè)置為PAL制式，將來(lái)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(hào)，送入顯示設(shè)備顯示.

　　2.4 存儲(chǔ)器模塊

　　2.4.1 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器模塊(SDRAM) 在系統(tǒng)中需要對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的存儲(chǔ).一幀PAL制式422編碼格式的圖像，需要的存儲(chǔ)空間為720×576×2=829 440(字節(jié)).DM642內(nèi)部雖然有256k的二級(jí)緩存區(qū)可以作為SRAM使用，顯然還不能滿(mǎn)足要求，為此需要進(jìn)行存儲(chǔ)器的外擴(kuò).

　　在本系統(tǒng)中外擴(kuò)了兩塊4M×64bit同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(SDRAM)MT48LC4M32B2芯片，可以存儲(chǔ)可達(dá)32幀的圖像，這兩片SDRAM在DM642存儲(chǔ)區(qū)中統(tǒng)一編址，映射在DM642的外部存儲(chǔ)器CE0空間，首地址為0x80000000.系統(tǒng)工作時(shí)，首先將檢測(cè)標(biāo)記的圖像存儲(chǔ)在SDRAM 中，需要處理時(shí)通過(guò)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(xiàn)由外部PLL驅(qū)動(dòng)設(shè)備控制，在133MHz的最佳狀態(tài)運(yùn)行，SDRAM的刷新由DM642自動(dòng)控制.

　　2.4.2 程序存儲(chǔ)器模塊(FLASH) 系統(tǒng)中可執(zhí)行程序代碼遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了lk bytes，故采用外擴(kuò)的程序存儲(chǔ)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(kuò)展了一塊8M×8bit的FLASH 芯片AM29LV033C，用于存儲(chǔ)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(yè)的方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器，將FLASH的高三位作為頁(yè)選擇位，如圖4所示.這樣把FLASH共分為8頁(yè)，每頁(yè)為1M存儲(chǔ)空間，由DM642通過(guò)對(duì)邏輯器件FPGA 編程完成對(duì)每一頁(yè)存儲(chǔ)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(jī)制總是從第0頁(yè)開(kāi)始引導(dǎo)，系統(tǒng)的 BootLoader程序都固化在這一頁(yè).所有8個(gè)頁(yè)面均映射到DM642的相同的地址空間0x90000000～ Ox9OOfffff.對(duì)FLASH尋址操作時(shí)，由DM642將EMIF提供的FLASH相對(duì)地址0x00000～Oxfffff，與 FPGA提供的頁(yè)地址相加，得到數(shù)據(jù)的實(shí)際存儲(chǔ)地址，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)8M存儲(chǔ)空間的訪(fǎng)問(wèn).

　　2.5 外圍通訊模塊

　　外圍通訊模塊主要用于與上位機(jī)通訊.系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)標(biāo)記圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理后，得出導(dǎo)帶運(yùn)行情況，并將數(shù)據(jù)通過(guò)此模塊反饋給上位機(jī).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(lái)自DM642或SDRAM 的并行數(shù)據(jù)信號(hào)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(guò)一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3243將信號(hào)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(jī)進(jìn)行通訊.異步串行芯片TLI6C752B與DM642的EMIF相連，DSP 通過(guò)地址譯碼可以訪(fǎng)問(wèn)芯片的各個(gè)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(shí)供電.整個(gè)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(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)，將電源部分獨(dú)立出來(lái).有些部分如FPGA芯片和視頻輸入輸出甚至采用單獨(dú)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(yǔ)

　　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(shí)現(xiàn)了對(duì)平網(wǎng)印機(jī)對(duì)花的自動(dòng)檢測(cè)，提出了一種將閉環(huán)控制方式應(yīng)用到平網(wǎng)印花機(jī)對(duì)花的方法.該系統(tǒng)具有深入開(kāi)發(fā)的擴(kuò)展性，為進(jìn)一步改進(jìn)平網(wǎng)印花機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)和擴(kuò)展該領(lǐng)域中機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用提供了開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)和解決方法.

　　來(lái)源: 李鵬飛，李 鵬，張 蕾，林成蔭(來(lái)源互聯(lián)網(wǎng))