1 自動對花檢測方法

　　平網(wǎng)印花機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(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.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(jī)對花誤差

　　上位機(jī)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(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)的全自動對花，提高了印花機(jī)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(jī)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.

　　作為專用的圖像處理芯片，DM642具有3路雙通道視頻端口Video port(VP0、VP1、VP2).三路雙通道視頻端口都是可配置的，支持多種視頻標(biāo)準(zhǔn)的輸入和顯示.在本系統(tǒng)中，只需要一路視頻輸入口檢測織物上的檢測標(biāo)記，一路視頻輸出口將監(jiān)測到的圖像以及數(shù)據(jù)輸出顯示.因此，將VPO配置為視頻輸入口， VP2配置為視頻輸出口.

　　在本系統(tǒng)中，外擴(kuò)64bit的SDRAM、8bit的FLASH、UART和FPGA，均通過DM642的外部存儲器接口(EMIF)進(jìn)行擴(kuò)展.DM642的外部存儲器接口(EMIF)，能夠支持64bit、32bit、16bit、8bit的外部器件.EMIF有3個內(nèi)存控制器，其中SDRAM控制器支持16MB~256MB SDRAM器件，連同可編程的同步與異步控制器控制各種同步和異步存儲設(shè)備.

　　DM642具有標(biāo)準(zhǔn)的12C總線接口，利用I2C總線連接驅(qū)動設(shè)備的控制寄存器，給驅(qū)動設(shè)備進(jìn)行在線靈活的配置.此系統(tǒng)的設(shè)計就是用I2C總線來配置視頻解碼器，視頻編碼器.

　　2.2 視頻輸入模塊

　　視頻輸入部分主要由CCD攝像頭和視頻解碼芯片SAA7115組成，如圖2所示.

　　CCD攝像頭用來攝取檢測標(biāo)記的圖像，將圖像轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻流.由于檢測標(biāo)記只是用來確定導(dǎo)帶的運(yùn)行位置，不需要彩色攝像頭，故采用黑白的CCD攝像頭采集圖像.因為DSP無法對模擬信號進(jìn)行處理，所以需要對模擬視頻進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，SAA7115就是擔(dān)任此角色.SAA7115具有場消隱期VBI的數(shù)據(jù)解碼，以及高性能的行、場尺度變換功能，并且可通過編程對其進(jìn)行靈活的配置.在本系統(tǒng)中，SAA7115視頻輸出格式由DM642通過I2C總線對其配置決定，如設(shè)置視頻信號輸入制式、視頻信號通道選擇、視頻數(shù)據(jù)輸出格式、同步信號插入位置、亮度色度及對比度、同步信號輸入開關(guān)、視頻采集量化啟動和關(guān)閉等內(nèi)部寄存器等.輸入的視頻格式配置為標(biāo)準(zhǔn)的PAL/NTSC制式.由于本系統(tǒng)處理的對象是256 級的灰度圖像，故輸入圖像配置為PAL制式，輸出數(shù)據(jù)編碼為標(biāo)準(zhǔn)的y：u：V=4：2：2格式(y代表亮度信息，U(Cb)代表藍(lán)色色差，V(Cr)代表紅色色差)，以ITUBT656數(shù)字碼流的形式送入DM642的VP0口進(jìn)行處理.

　　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(kuò).

　　在本系統(tǒng)中外擴(kuò)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(yùn)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(kuò)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(kuò)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(jī)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(jī)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(yùn)行情況，并將數(shù)據(jù)通過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(jī)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(jī)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(jī)對花的方法.該系統(tǒng)具有深入開發(fā)的擴(kuò)展性，為進(jìn)一步改進(jìn)平網(wǎng)印花機(jī)自動控制系統(tǒng)和擴(kuò)展該領(lǐng)域中機(jī)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)