一种碳纤维碳丝影像在线采集装置的制作方法

1.本发明属于碳纤维检测技术领域，具体涉及一种碳纤维碳丝影像在线采集装置。


背景技术：

2.碳纤维具有强度高、密度低、耐高温、耐腐蚀、电磁屏蔽等优良性能，现如今已成为复合材料中必不可少的增强材料，广泛应用于航空、航天、航海等领域。碳纤维作为航空、航天、航海“三航”制造领域的重要支撑材料，其材质的优劣性将直接影响生产产品的性能。比如未完全凝固的聚合物被表面残留的dmso溶胀造成碳丝的粘连产生并丝，并丝会促使碳丝制品的拉伸强度存在强烈不稳定性，各个碳纤维单丝能承受的载荷不均，直接影响碳纤维制品质量。
3.传统的碳纤维检测方法主要依靠人工检测，工作量大、受主观经验影响较大、检测质量不稳定。因此，提出一种高精度、高效率、高自动化的碳丝缺陷在线检测方法是十分必要的。
4.近年来，深度学习技术在目标检测领域飞速发展，将其应用于众多工业场景进行产品缺陷检测，检测效果优良。因此，将深度学习技术应用于碳丝缺陷检测是有理可依的。深度学习技术依赖于大量的碳丝缺陷原始数据，由于碳丝制造现场环境复杂、机器体型大导致数据采集困难。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种碳纤维碳丝影像在线采集装置，在低功率装置下用硬件组合、嵌入的方式完成大面积碳丝束影像采集任务，可提高缺陷检测的精度、速度和智能化程度，具有体积小、功耗低、分辨率高、稳定性强等特点，能够快速实现碳纤维碳丝影像的自动化采集，降低了人工成本。
6.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种碳纤维碳丝影像在线采集装置，包括线阵相机、以太网通信卡模块、arm主控卡模块、图像采集卡模块；
8.所述线阵相机与碳丝束做相对匀速运动，扫描拍摄碳丝束表面，完成碳丝影像在线拍摄；
9.所述图像采集卡模块，用于线阵相机对碳丝束扫描拍摄时可见光的采集与处理，得到碳丝图像数据；
10.所述arm主控卡模块，用于接收图像采集卡模块输出的图像数据，编码压缩后传至以太网通信卡模块，同时监测接收以太网通信卡模块的指令；
11.所述以太网通信卡模块，用于将arm主控卡模块接收到的图像数据传送至服务器，同时将服务器下发的控制指令传回arm主控卡模块；
12.所述服务器，用于进行碳丝图像数据的存储和碳丝缺陷检测；
13.所述控制指令指服务器收到图像数据后返回的确认信号以及发送可继续接收来
自arm主控卡模块图像数据的信号。
14.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
15.上述的在线采集装置还包括防护罩、光源；
16.所述光源用于提亮拍摄范围内碳丝束亮度，形成最有利于缺陷检测的成像效果；
17.所述防护罩用于来屏蔽环境光，避免环境光对碳丝影像质量产生影响。
18.上述的线阵相机数量为3台，以达到对碳丝束表面的全覆盖扫描。
19.上述的arm主控卡模块采用hi3516d芯片。
20.上述的图像采集卡模块包括像敏单元阵列、模拟信号处理单元、a/d转换器、时序控制逻辑单元、数据总线输出接口；
21.所述像敏单元阵列在可见光照射时，发生光电效应，在像敏单元内产生电信号；
22.像敏单元内的电信号传输到模拟信号处理单元以及a/d转换器，分别进行信号放大和模数转换后得到碳丝数字图像信号，最终通过数据总线接口进行输出；
23.时序控制逻辑单元，用于产生时序控制信号。
24.上述的以太网通信卡模块中的接口协议采用udp协议。
25.上述的以太网通信卡模块、arm主控卡模块、图像采集卡模块通过柔性电路板连接。
26.本发明具有以下有益效果：
27.本发明设计的装置使用三个线阵相机和光源，以获得高分辨率和高分辨率的碳纤维图像质量，满足精度要求；三个线阵相机都有密封盖防护罩，可防止灰尘和静电干扰；采用线性光源，其长度为2.2m，可以适应相机的视场长度；arm主控卡模块与图像采集卡模块、以太网通信卡模块频繁地进行信息交换，控制图像采集全过程；图像采集卡模块用于实现线阵相机对碳丝束拍摄时可见光的采集，完成图像成像和保存功能；以太网通信卡模块完成图像的远程传输。
28.本发明装置具有小型化、低功耗、高集成度、标准化的特性，可以实现复杂生产环境下大型碳丝束表面影像的采集任务，这对于提升大型碳丝束表面缺陷检测精度、速度，保证碳丝制品质量，减轻劳动人员工作强度有很大贡献。
附图说明
29.图1是碳纤维碳丝影像在线采集装置结构图；
30.图2是arm主控卡模块工作流程图；
31.图3是图像采集卡模块工作流程图；
32.图4是以太网通信卡模块工作流程图。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
34.参见图1-4，本发明一种碳纤维碳丝影像在线采集装置，包括线阵相机、以太网通信卡模块、arm主控卡模块、图像采集卡模块；
35.所述线阵相机与碳丝束做相对匀速运动，扫描拍摄碳丝束表面，完成碳丝影像在线拍摄；
36.所述图像采集卡模块，用于线阵相机对碳丝束扫描拍摄时可见光的采集与处理，得到碳丝图像数据；
37.所述arm主控卡模块，用于接收图像采集卡模块输出的图像数据，编码压缩后传至以太网通信卡模块，同时监测接收以太网通信卡模块的指令，完成碳丝图像数据的提取与传送；
38.所述以太网通信卡模块，用于将arm主控卡模块接收到的图像数据传送至服务器，同时将服务器下发的控制指令传回arm主控卡模块；
39.所述服务器，用于进行碳丝图像数据的存储和碳丝缺陷检测；
40.所述控制指令指服务器收到图像数据后返回的确认信号以及发送可继续接收来自arm主控卡模块图像数据的信号。
41.本发明将以太网通信卡、arm主控卡、图像采集卡采用模块化设计，得到所述以太网通信卡模块、arm主控卡模块、图像采集卡模块，3块板卡通过柔性电路板(fpc)连接。
42.具体实施例中，所述在线采集装置还包括防护罩、光源；
43.所述光源用于提亮拍摄范围内碳丝束亮度，形成最有利于缺陷检测的成像效果；
44.所述防护罩用于来屏蔽环境光，避免环境光对碳丝影像质量产生影响。
45.具体实施例中，所述线阵相机数量为3台，以达到对碳丝束表面的全覆盖扫描。
46.具体实施例中，所述arm主控卡模块采用hi3516d芯片。
47.arm主控卡模块在工作时与图像采集卡频繁地进行信息交换。
48.hi3516d芯片内部嵌入高端码率控制器，图像存储时支持多种码率控制模式，有效提升图像处理速度。
49.arm主控卡模块接收来自图像采集卡模块的数据，编码压缩后传至以太网通信卡模块，同时可以监测接收以太网通信卡的指令，完成碳丝影像的提取与传送任务。
50.arm主控卡模块工作流程如图2所示。
51.具体实施例中，图像采集卡模块，用于线阵相机对碳丝束扫描拍摄时可见光的采集与处理，得到碳丝图像数据；
52.由集成度高、功耗低、成本低的图像传感器完成。
53.图像传感器包括像敏单元阵列、模拟信号处理单元、a/d转换器、时序控制逻辑单元、数据总线输出接口等几部分；
54.首先可见光照射像敏单元阵列，发生光电效应，在像敏单元内产生电信号；
55.像敏单元内的电信号通过控制总线传输到对应的模拟信号处理单元以及a/d转换器，分别进行信号放大和模数转换后得到碳丝数字图像信号，通过数据总线接口进行输出；
56.模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。
57.a/d转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
58.时序控制逻辑单元，用于产生多个时序控制信号，使芯片中各部分电路按规定时序触发动作。
59.图像采集卡模块工作流程如图3所示。
60.具体实施例中，以太网通信卡模块，用于将arm主控卡模块的图像数据通过百兆以太网送至服务器，同时也把服务器下发的控制指令传回arm主控卡模块；
61.所述以太网通信卡模块中的接口协议采用无连接、尽最大努力交付的udp协议，传
输效率高，满足碳纤维碳丝影像在线采集和处理的需求。以太网通信卡模块工作流程如图4所示。
62.具体实施例中，在碳纤维检测过程中，检测区域宽度为2米，包含252碳纤维长丝，碳纤维的缠绕速度为520m/h。
63.本发明设计的装置使用三个线阵相机和光源，以获得高分辨率和高分辨率的碳纤维图像质量，满足精度要求(0.1mm)。三个线阵相机都有密封盖防护罩，防止灰尘和静电干扰。所述光源采用线性光源，其长度为2.2m，可以适应相机的视场长度。arm主控卡模块与图像采集卡模块、以太网通信卡模块频繁地进行信息交换，控制图像采集全过程。图像采集卡模块用于实现线阵相机对碳丝束拍摄时可见光的采集，完成图像成像和保存功能。以太网通信卡模块完成图像的远程传输。
64.本发明装置具有小型化、低功耗、高集成度、标准化的特性；其中，小型化是指基于图像采集装置安装的特殊位置设计一种紧凑、高集成性的硬件装置；低功耗是指采集装置能够长时间稳定工作；高集成度是指本发明装置印刷电路板上的芯片集成度高，体积小，外围电路的搭建简便，高集成度，有利于影像数据采集装置小型化和低功耗的设计；标准化是图像采集装置需求量增加的必然结果，有助于提升图像采集装置的可靠性，降低研发成本、缩短元器件采购周期和提高影像数据采集装置的通用性。
65.本发明可以实现复杂生产环境下大型碳丝束表面影像的采集任务，这对于提升大型碳丝束表面缺陷检测精度、速度，保证碳丝制品质量，减轻劳动人员工作强度有很大贡献。
66.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。