基于图像处理技术的电脑刺绣机断线的线张力因素分析

2013-07-05汤晓华刘美莲

机电产品开发与创新 2013年1期

冯珣，汤晓华，刘美莲

（北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048）

0 引言

电脑刺绣机断线率是影响生产效率和绣品质量重要因素之一。断线的产生是由电脑刺绣机多参数、多因素构成的各个环节协调运动所决定的，是一个综合性的问题。断线的因素主要表现为以下几种[1]：线质不好，过线接触面有划痕或毛刺，转速过高，供线—需线量不协调等，但这些都与线张力之间有非常重要的关系。所以在运动过程找到断线的成因，就要从线张力入手，通过分析挑线杆、针杆的运动特性找到影响断线的具体因素。

本文以图像处理为手段，运用Matlab软件，回归出挑线杆线孔中心点以及刺绣针针孔运动轨迹曲线，找到易发生断线的角度区间和原因，为进一步完成机头线张力建模理论奠定了实验基础。

1 运动学分析

图1所示为挑线杆细节图，图2所示为针杆细节图。由于二者可采用同样的机器视觉及软件处理方法得到运动学参数，因此本文仅以挑线杆为例加以说明。

本文采用MotionBLITZ Cube4工业级高速照相机，配以NIKON 52mm镜头以及相应的基础设施，搭建了一套完整的机器视觉硬件系统，以实现对高速运动的被测对象的图像采集。

图2 针杆细节图Fig.2 Detail diagram of needle bar

图3 视觉测量平台原理图Fig.3 Schematic of visual measurement platform

由于挑线杆形状复杂，在后期软件处理中有一定难度，因此本文采取了一种间接的图像采集方法：在挑线杆上附着一个黑点作为标识圆，其余空间覆盖全白。在挑线杆运动过程中，由于附着在挑线杆上，这一标识圆点与挑线杆相对静止，若可知其运动轨迹，就能真实还原出挑线杆的运动情况。于是拍摄出如图4所示的一组图片。

图4 挑线杆中心孔间接图像采集Fig.4 The center hole of the thread take-up indirect image acquisition

图5 绣针紧定螺钉间接图像采集Fig.5 The embroidery needleset screws indirect imageimage acquisition

有了一组运动图片后，利Matlab软件对每一张图片依进行图像处理：二值化，将色标识圆从白色背景中分离来；拟合圆，还原标识圆；成圆心坐标，提取出所关心图片信息[2,3]。

通过上述图片处理过程，每张图片信息浓缩为一个坐标。将这些坐标绘制在一张图片上，即可得到挑线杆的运动轨迹，即位移曲线，对位移曲线进行求导计算，可得速度曲线；再对速度曲线进行求导运算，可得加速度曲线。至此，本文得到了所有所关心的运动学参数。

综合挑线杆、针杆的运动学曲线及拍摄图像，对其进行分析如表1所示[4]。

表1 挑线杆、针杆运动相位分析

2 断线分析

由于电脑刺绣机的工作特性，其在主轴转速升高时，断线率也随之上升。因此，本文选取1150rpm为刺绣机工作点，做了20组的断线实验，并识别出发生断线时的主轴角度。

实验过程如下：将高速相机拍摄帧频设置为2000Hz；在刺绣机稳定工作时开启相机，拍摄运动照片，捕捉到断线画面后停止拍摄，并将运动图片导入电脑中；由上表可以看出，14组在40°附近，6组在160°附近。即断线的发生集中在主轴角度为40°及160°附近。结合表1，主轴角度在40°附近时，挑线杆速度向上减小，针杆速度向下增大，20°～60°为从线轴供线过程，此时线张力很大，压线弹簧处线张力压力越大，断线角度则越提前。160°时针杆即将到达最低点，速度向下减小，加速度已接近最大值，线为张紧状态，此时，线受到的剪力很大。