CN103063679A - 一种电子铝箔透光型孔洞缺陷在线检测的原理和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于视频图像处理技术的电子铝箔透光型孔洞缺陷在线检测的原理和方法。依据该原理和方法组建的检测系统，由上位机、下位机和图像采集器三部分构成。上位机是检测系统的主控制器；下位机负责接受操作指令、检测运行中的电子铝箔长度并与上位机进行通信；图像采集器由平板光源、暗箱、封光机构和视频摄像头构成。图像采集器安装在收箔机与电子铝箔制造设备之间。有透光型孔洞缺陷的箔片通过图像采集器时，平板光源的灯光透过缺陷孔洞照射到暗箱里的视频摄像头上，摄像头摄到光斑图像后，触发负责实时视频图像处理的上位机做出响应，在显示、存储缺陷图像的同时，记录下该缺陷距离卷首的长度信息并向设备操作者发出声光报警。

Description

一种电子铝箔透光型孔洞缺陷在线检测的原理和方法

技术领域

本发明涉及电子铝箔生产设备领域，尤其涉及电子铝箔制成品透光型孔洞缺陷检测系统。

背景技术

所述的电子铝箔生产设备，特指铝电解电容器用电极箔（简称电子铝箔或箔片）专用生产设备。根据箔片制成品的不同类型，电子铝箔生产设备分为腐蚀箔生产设备（简称腐蚀设备）和化成箔生产设备（简称化成设备）。腐蚀箔生产是化成箔生产的前道工序。腐蚀设备所用的原材料是电子铝箔原箔，腐蚀箔是腐蚀设备的制成品。化成设备以腐蚀箔为原材料，化成设备的制成品是化成箔。腐蚀箔和化成箔统称为铝电解电容器用电极箔。

在电子铝箔生产过程中，由于原材料本身或生产设备、生产工艺的原因，会在制成品上形成某些透光型孔洞缺陷。这种透光型孔洞缺陷对电子铝箔制成品的质量危害严重，要求必须及时发现并记录箔片制成品中所存在的全部缺陷及缺陷发生的具体位置。本专利不讨论此类缺陷的形成机理，不研究怎样消除这种缺陷，仅涉及如何检测并记录这些缺陷的技术原理和方法。

在此前的电子铝箔生产过程中，尚未有任何装置或技术对箔片制成品的透光型孔洞缺陷进行检测和记录。本发明所述的原理和方法，在电子铝箔生产领域尚属首次提出。

发明内容

本发明的目的在于提出一种实现对电子铝箔透光型孔洞缺陷进行实时在线检测的原理和方法，并提供一种依据该原理和方法组建的、可同时对5条腐蚀箔生产设备进行检测的网络版检测系统的具体实施方式。这种基于视频图像处理技术的电子铝箔透光型孔洞缺陷实时在线检测系统，虽然是针对腐蚀箔生产设备研制的，但稍加变换就可以用于化成箔生产设备或箔片重卷设备。既可用于腐蚀和化成新设备的设计制造，也可用于原有设备的技术改造。

本发明的原理和方法以及实现的技术方案如下：

在原有的电子铝箔生产设备上增加一个新工位，新增工位的目的是对制成的电子铝箔进行实时在线检测，以便发现和记录受检箔片中可能存在的全部透光型孔洞缺陷。这个新工位被称为检测系统。它主要由上位机、下位机、图像采集器三部份构成。

所述的上位机可以是通用型工业控制机，也可以是普通的台式个人计算机，安放在生产车间控制室。上位机是检测系统的主控制器，负责检测系统的所有操作和显示界面、与下位机的通信及协调、箔片缺陷图像的处理和存储等。除必要的基础硬件设备和操作系统外，该计算机还安装有图像采集卡及其驱动程序、数据库管理程序以及电子铝箔透光型孔洞缺陷检测系统应用程序。

所述的下位机由通用型单片式计算机构成。用于接受来自电子铝箔制造设备的操作指令、接收来自收箔机的计长脉冲并与上位机进行通信。下位机安装在收箔机操作盘内。

所述的图像采集器由平板光源、暗箱、封光机构和视频摄像头构成，安置在电子铝箔生产设备和收箔机之间。平板光源通常由多只白色日光灯管组合而成，也可以采用市售的白色LED平板光源制成品。暗箱为一上部敞开的长方体空腔，在空腔的敞开部位装置封光机构。暗箱用金属薄板或塑料板制造，箱体内壁粘贴黑色植绒类软质材料。视频摄像头装置在暗箱底部，摄像头镜头向上对准封光机构所形成的长方形开孔，受检箔片从所述的长方形开孔上方通过，箔片上方覆盖平板光源。

当有透光型孔洞缺陷的电子铝箔经过图像采集器时，平板光源的灯光就会透过受检箔片上的孔洞照在摄像头上。摄像头拍摄到的缺陷光斑图像即时传送至上位机。上位机对摄像头摄到的透光孔洞图像进行分析和存储后，及时向设备操作者发出报警。上位机在存储缺陷图像的同时，还记录下缺陷距离箔卷起始点的长度信息。该卷箔片制成后，上位机自动生成生产线号、生产日期和时间、箔片卷号等管理信息，同记录的全部缺陷信息一起存档在数据库中备查。

新增加的检测工位与原收箔系统实现了无缝对接。检测系统无需在收箔机操作面板上增加新的开关或按钮，收箔机的操作方法和操作要求一如从前。全部检测过程自动完成，因此不需要对员工进行复杂的培训。唯一不同的是新增了一个透光缺陷检测报警蜂鸣器。检测系统检测到透光缺陷后，收箔机新增的报警蜂鸣器会持续鸣响，直至操作员对其进行人为干预为止。

对于收卷速度较快（2.5m/min-3.0m/min）、机械精度较高（箔片在收箔机前左右无规摆幅不超过2mm）的腐蚀设备，图像采集器可以直接放置在地面上。对于收卷速度较慢（1.5m/min-2.5m/min）、机械精度较低（箔片无规摆幅超过5mm）的化成设备，图像采集器需要安装在收箔机纠偏小车上，通过收箔机原有的纠偏系统保证箔片在暗箱中始终处于中心位置。

检测系统有单机版和网络版两种形式。一台上位机对应一台下位机和一个图像采集器的为单机版检测系统，通常用于箔片重卷设备。一台上位机通过RS485总线和视频电缆与N台（N≥2）下位机和N个图像采集器连接，采用循检方式对N台生产设备的在制箔片进行检测时，则构成网络版检测系统，通常用于大规模箔片生产现场。

附图说明

图1为依据本发明所构建的用于腐蚀设备的检测系统结构示意图

图2为图像采集器暗箱主、俯、左三视图

其中，1-腐蚀设备、2-受检箔片、3-收箔机、4-收箔机操作盘、5-平板光源、6-暗箱、7-上位机、8-前后封光辊、9-左右封光槽、10-视频摄像头、11-地脚螺栓

具体实施方式

为使本发明的原理和方法以及实现的技术方案更加清楚明确，以下参考附图举一个用于腐蚀箔生产设备的实例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用于解释本发明的原理和方法，并不用于限定本发明的权利要求。

图1为依据本发明所构建的用于腐蚀设备的检测系统结构示意图。由于腐蚀设备机械精度较高，箔片在生产过程中左右无规摆幅小于2mm，此时检测系统的图像采集器可以简单地安置在地面上。图2为一种经过试验验证的图像采集器暗箱主、俯、左三视图。

如图1、图2所示，从腐蚀设备1下来的受检箔片2，先进入图像采集器再进入收箔机3。图像采集器由平板光源5、暗箱6、封光机构8、9和装置在暗箱内的视频摄像头10构成。在本案例中，平板光源5为市售的白色LED平板光源制成品。暗箱6为一上部敞开的长方体空腔，在空腔的敞开部位装置封光机构8、9。暗箱箱体用塑料板焊接而成，箱体内壁粘贴黑色植绒类软质材料。视频摄像头10安装在暗箱底部，摄像头镜头向上对准封光机构8、9所形成的长方形开孔，受检箔片2从所述的长方形开孔上方通过，箔片上方覆盖平板光源5。

移开图像采集器暗箱上方的平板光源5，把受检箔片2放在暗箱上部左右两个封光槽9中。正常情况下，箔片应深入到槽中8-10mm，且箔片要在左右两个封光槽中平行对称的通过。封光槽9的作用是防止平板光源的光线绕过箔片边缘进入暗箱。

箔片进、出暗箱时，设置在暗箱6前后的两个封光辊8将箔片轻轻向上托起，箔片在封光辊上形成20°左右的包角。箔片在行进过程中所形成的张力使箔片在左右封光槽9内始终保持绷紧状态。封光辊8起前后封光作用。如果封光辊8的托起高度不够，则可能导致箔片在暗箱内张紧程度不足进而引发透光。此时可以调节暗箱6底部的地脚螺栓11的高度，使暗箱6整体向上顶起即可。

没有透光型孔洞缺陷的正常受检箔片2经过图像采集器时，摄像头感光元件处于暗箱6所形成的封闭暗场中，视频摄像头10传送到上位机7图像采集卡的视频信号中只有幅值极低的感光元件本底噪声。与此对应，有透光型孔洞缺陷的非正常受检箔片2经过图像采集器时，平板光源5的灯光就会透过受检箔片2上的孔洞照在视频摄像头10上。透光孔洞在摄像头感光元件上形成亮度较高的光斑视频图像信号。

在检测系统上位机7内安装的电子铝箔透光型孔洞缺陷检测系统应用程序中设置了一个视频图像信号阈值。低于该阈值的视频图像信号被视为摄像头感光元件本底噪声。仅有本底噪声的视频图像信号所对应的受检箔片2，检测系统将其判定为正常无缺陷箔片。有缺陷的箔片形成的光斑图像，其视频图像信号的幅值高于设定的阈值。高于阈值的视频图像信号所对应的受检箔片2，检测系统将其判定为有缺陷箔片。

视频摄像头10拍摄到的缺陷光斑图像传送给上位机7时，由于有光斑的视频图像信号中含有电平幅值较高的亮度信号，超过设定阈值的高亮度光斑图像信号触发上位机7对该透光孔洞图像进行分析和存储，并及时向设备操作者发出报警。上位机7在存储缺陷图像的同时，还记录下下位机（安装在收箔机操作盘4内）传送来的该缺陷距离箔卷起始点的长度信息。

在生产过程中，检测系统持续无遗漏地实时监测经过图像采集器的每一寸箔片，摄录下受检箔片2上存在的全部缺陷信息。每卷箔片制成后，上位机7自动生成生产线号、生产日期和时间、箔片卷号等管理信息，同记录的全部缺陷信息一起存档在数据库中备查。

一个完整的检测周期，大约只需要0.5秒左右的时间即可完成。对于收箔机车速≤3.0m/min的腐蚀设备而言，一个完整的检测周期内，受检箔片在暗箱中仅仅前进了0.025m。通常暗箱在箔片前进方向的尺寸为0.3m左右,因此，对受检箔片2上的任意一个特定点来说，其在暗箱中持续行进的这段时间里，检测系统可以对它进行12次检测。

如果把这12次检测过程有规律的分配给12台生产设备，就可以构建起一个1台上位机控制12台下位机完成对12台生产设备同时进行检测的网络版检测系统。为了在检测时间上留有余地以免发生漏检的情况，在本案例中，1台上位机仅控制5台下位机，以巡检的方式对5台腐蚀生产设备进行检测。

网络版的检测系统，硬件设备利用率高，造价低，适用于生产线较多的规模化电子铝箔生产企业。

应当理解的是，对本领域的普通技术人员来说，根据上述说明应该很容易对上述的实施案例加以改动或变换从而构成相近或类似的检测系统。而所有这些改动和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于视频图像处理技术的电子铝箔透光型孔洞缺陷在线检测的原理和方法，其特征在于组建一个计算机智能检测系统，所述的智能检测系统由上位机、下位机和图像采集器等三部分构成。

2.权利要求1所述的检测系统的上位机，是检测系统的主控制器，其特征在于，所述的上位机通常是一台工业控制计算机或个人计算机，除必要的基础硬件设备和操作系统外，该计算机还安装有视频图像采集卡及其驱动程序、数据库管理程序和电子铝箔透光型孔洞缺陷检测系统应用程序。

3.权利要求1所述的检测系统的下位机，其特征在于，所述的下位机由通用型单片式计算机构成，用于接受来自电子铝箔制造设备的操作指令、接收来自收箔机的计长脉冲并与权利要求2所述的上位机进行通信。

4.权利要求1所述的检测系统的图像采集器，由平板光源、暗箱、封光机构和视频摄像头构成，其特征在于，所述的平板光源可以由多只白色日光灯管组合而成，也可以采用市售的白色LED平板光源制成品；所述的暗箱为一上部敞开的长方体空腔，在空腔的敞开部位装置封光机构，暗箱用金属薄板或塑料板制造，箱体内壁粘贴黑色植绒类软质材料；所述的视频摄像头安装在暗箱底部，摄像头镜头向上对准封光机构所形成的长方形开孔，被检箔片从所述的长方形开孔上方通过，箔片上方覆盖平板光源。

5.权利要求4所述的图像采集器的封光机构，其特征在于，左右方向（以箔片行进方向作参考）为凹槽结构，凹槽内壁粘接黑色植绒类软质材料，受检箔片边缘深入到与箔片平行的凹槽中并在凹槽内匀速通过；在箔片行进方向的前后侧各设置一个封光辊，受检箔片在封光辊上包绕而过，封光辊用不锈钢材料或陶瓷材料制成。

6.权利要求4所述的检测系统的图像采集器，其特征还在于，所述的图像采集器安置在收箔机与电子铝箔生产设备之间，图像采集器可以直接落地放置，也可以通过某种机构安装在收箔机上。

7.权利要求1所述的检测原理和方法，其特征在于，当有透光型孔洞缺陷的受检箔片通过权利要求4所述的图像采集器时，平板光源的灯光透过箔片上的透光型孔洞照到安装在暗箱里的视频摄像头上，透光孔洞光斑在摄像头感光元件上形成亮度较高的光斑视频图像信号。

8.权利要求1所述的检测原理和方法，其特征在于，在权利要求2所述的检测系统的上位机内安装的电子铝箔透光型孔洞缺陷检测系统应用程序中设置了一个视频图像信号阈值，低于该阈值的视频图像信号被视为摄像头感光元件本底噪声，仅有本底噪声的视频图像信号所对应的受检箔片，检测系统将其判定为正常无缺陷箔片；有缺陷的箔片形成的光斑视频图像信号的幅值高于设定的阈值，高于阈值的光斑视频图像信号所对应的受检箔片，检测系统将其判定为有缺陷箔片。

9.权利要求1所述的检测原理和方法，其特征在于，所述的检测系统检测到高幅值光斑图像后，负责实时视频图像处理的上位机立即做出响应，对缺陷图像进行处理，在显示、存储缺陷图像的同时，记录下缺陷距离卷首的长度信息并向设备操作者发出声光报警，每卷箔片制成后，上位机自动生成生产线号、生产日期和时间、箔片卷号等管理信息，同记录下的全部缺陷信息一起存档在数据库中备查。

10.权利要求1所述的检测系统，其特征还在于，可以有单机版和网络版两种形式，一台上位机对应一台下位机和一个图像采集器的为单机版检测系统，通常用于箔片重卷设备；一台上位机通过RS485总线和视频电缆与N台（N≥2）下位机和N个图像采集器连接，采用循环方式对N台生产设备的在制箔片进行检测时，则构成网络版检测系统，通常用于大规模箔片生产现场。

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