发明内容
本发明的目的是提供一种能够同时检测数根纱线的细纱机自动检测断纱的方法和系统。
实现本发明目的之一的细纱机自动检测断纱的方法，包括：
(1)实时采集细纱机工作时的纱线视频信息；
(2)将步骤(1)得到的视频信号通过模数转换，得到数字图像信号；
(3)将步骤(2)得到的图像信号根据每个纱锭号分割为一帧帧的图像数据，每一帧图像数据对应一个纱锭；
(4)将步骤(3)得到的一帧帧的图像数据进行逐帧处理，针对每帧图像数据的纱线所在位置进行特征提取，判断纱线是否中断；
(5)发现步骤(4)中有中断的纱线，向细纱机的主机发送断纱信号，并将此帧图像数据以及该纱锭号传送给细纱机的主机。
所述步骤(4)之前还有一个预处理步骤，将步骤(3)的图像数据进行噪声消除和边缘检测处理。
所述步骤(4)之后还有一个存储步骤，将步骤(4)中分析完成的一帧帧图像数据存储起来。
所述步骤(5)之后还有一个报警步骤，将步骤(5)接收的图像数据和纱锭号显示在显示屏上，并开启报警指示灯。
实现本发明的目的之二的细纱机自动检测断纱系统，包括面阵CCD摄像机、模/数转换模块、图像处理模块和报警装置，依次相连。
所述的面阵CCD摄像机安装在所述细纱机的吸微尘装置上。
所述的面阵CCD摄像机上通过相机架安装在所述细纱机的吸微尘装置上，该相机架包括直接与面阵CCD摄像机连接的调节架和固定在吸微尘装置上的固定板，所述调节架与所述固定板活动连接，使得调节架能够在垂直方向转动一定的角度。
所述的固定板与所述吸微尘装置活动连接，使得所述固定板能够沿水平方向前后移动。
所述的模/数转换模块、图像处理模块和报警装置都设置在所述细纱机的主机上，所述报警装置包括报警电路和显示屏
所述的图像处理模块包括核心处理芯片、扩展存储器、配置芯片和SD附属卡。
具体实施方式
本发明的细纱机自动检测断纱方法如图3所示，当CCD摄像机将采集到的图像传送到上位机后，为了能够对采到的数据进行处理，首先需要进行模/数(A/D)转换。
经过模数转换后的信号输入到图像处理模块在数字领域对信号进行处理、判别。根据断纱检测的需要，图像处理模块首先对视频信号进行抽取，将抽取的信号存储到存储器中。然后把提取的视频数据根据扫描到的每个纱锭号分割为一帧帧的数据，每一帧数据对应一个纱锭。随后图像处理模块从帧存中读取一帧图像数据并进行噪声消除、边缘检测等预处理。经过预处理的图像送图像处理模块的下一个模块单元进行图像的高级处理——断纱的检测。在此模块中，对预处理后的一帧图像中针对纱线所在位置进行特征提取，如果纱线特征完整仍然为一条完整纱线，即判定此锭纱线合格。如果纱线特征发生中断或没有明显的纱线特征，即判定此锭纱线为断纱。如果发现有纱锭出现断纱，即通过CAN总线向细纱机主机上发送断纱信号并将此帧图像以及该锭纱线的纱锭编号传送给细纱机主机进行下一步操作。
当图像处理模块通过CAN总线向细纱机主机发送断纱信号后，报警电路控制的报警灯点亮，提醒操作人员断纱出现。与此同时，显示屏上显示断纱图像以及纱锭编号，操作人员由此可以直接前往断纱的纱锭处接纱。
本发明的细纱机自动检测断纱系统
实施例一：
本发明的细纱机自动检测断纱系统包括面阵CCD摄像机、模/数转换模块、图像处理模块和报警装置，依次连接。
面阵CCD摄像机设置在细纱机上或者设置在专门的机架上，对每根纱线进行拍摄，并根据纱线的位置确定纱锭号。
如图3所示，模/数(A/D)转换模块可以采用飞利浦的SAA7113H芯片完成的。SAA7113是Philips公司的一种高集成度视频解码芯片，支持隔行扫描和多种数据输入格式，可通过其I2C接口对芯片内部电路进行控制。经过芯片处理过的模拟信号以CCIR656标准YUV4:2:2格式的形式输出送往图像处理模块。
图像处理模块包括核心处理芯片、存储器、配置芯片和SD卡。
图像处理模块采用FPGA芯片作为核心处理芯片，采用Altera公司的EP2S30F484C3型号。这款芯片采用90nm工艺，系统门数(System Gates)40万门，等效逻辑单元(Equivalent Logic Cells)33880，分布式RAM容量(Distributed RAM Bits)512kb，块RAM容量(Block RAMBits)1346kb，专用乘法器(Dedicated Multipliers)6个，数字时钟管理单元(DCM)4个，最大的用户I/O数(MaximumUser I/Os)500个。工作频率高达200MHz，足以完成本发明的需要。
图像处理模块的存储器用处存储图像数据。
图像处理模块的配置芯片的主要作用是负责向FPGA加载程序，由于所述存储器掉电时不能保存自身配置，因此采用FPGA专用的PROM芯片将FPGA的编程数据存储其中。当系统上电时FPGA首先从PROM中提取配置程序，并通过串行方式完成程序加载，进入工作模式状态。
报警装置主要包括报警电路和报警指示灯。
为了存储、查询、离线分析的方便，在FPGA芯片中安置了一张SD卡。在FPGA完成图像识别的同时将分析完成的帧图像存储到SD卡中。这样工作过程中的所有纱锭的图像都可以保存其中，在工作完成后可以直接取走SD卡将里面的信息储存在特定电脑上作为离线分析，便于对本发明中的检测系统进行检查和修正，而无需再从上位机或FPGA中读取数据。
实施例二：
与实施例一和二不同的是在细纱机主机上装有显示屏，当图像处理模块通过CAN总线向细纱机主机发送断纱信号后，报警电路控制的报警灯点亮，提醒操作人员断纱出现。与此同时，显示屏上显示断纱图像以及纱锭编号，操作人员由此可以直接前往断纱的纱锭处接纱。
在细纱机主机上还安装有按键输入电路，操作者可以通过按键将工作参数输入图像处理模块对其进行参数设定。
实施例三：
在上述实施例不同的是面阵CCD摄像机设置在细纱机的吸微尘装置上。由于目前细纱机的整体结构已经定型，本发明的断纱检测装置的机械结构应当尽可能的简单并能够集成在现有细纱机结构之上，这样可以不对细纱机做很大改动即可实现检测功能。如图1，图2所示，为了实现这一目的，根据现有细纱机的主要特点，将该装置安装在细纱机的两根吸微尘圆管1上。由于细纱机在工作时产生较多细微的纱线灰尘，因此几乎所有的细纱机都带有吸微尘的装置2。在细纱机运行过程中，吸微尘装置2在运动小车3的牵引下沿细纱机两侧左右往复移动，不断抽吸纱线灰尘，运动小车3的运动时间、运动速度由细纱机主机5控制。将面阵CCD摄像机安装在吸微尘装置2上，将摄像机对准即将进入细纱锭子6的纱线。随着吸微尘装置2的移动，面阵CCD摄像机持续不断的拍摄到细纱机上各细纱锭子6上纱线的卷绕状态，并将图像传送给位于细纱机主机5中的图像处理模块，由图像处理模块对纱线状态进行判断、识别。
在实际生产过程的细纱机是整机两侧捻纱，故一台细纱整机需要配置两个自动检测断纱系统。
如图4所示为本发明的面阵CCD摄像机的相机架。包括：调节架12、固定板16。面阵CCD摄像机11是断纱检测装置的核心，它的主要作用是对细纱检测区中的纱线进行拍摄。为了在安装过程中便于对面阵CCD摄像机11进行调节，通过螺钉14将面阵CCD摄像机11安装在调节架12上。调节架12上带有弧形轨道13，螺钉15穿过弧形轨道将调节架12固定在固定板16上。固定板16上开有多个沟槽，螺钉17穿过沟槽将固定板紧固在图2中吸微尘装置2上。在安装过程中，首先将面阵CCD摄像机11固定在调节架12上，然后将调节架12固定在固定板16上，最后将固定板16固定在图2中吸微尘装置2上。
这样，对于细纱机原有的结构，只需要在其吸尘装置的横梁上开设几个定位孔，即可将断纱检测装置的摄像结构安装在细纱机上。由于固定板16上带有沟槽，在固定时可以通过调整螺钉17在沟槽中的紧固位置对面阵CCD摄像机11的拍摄位置进行整体调节，使得拍摄的图像区域能够覆盖整个检测位置，保证即将进入细纱锭子上的纱线的完整状态都能拍摄到。调节架12上带有弧形轨道13，在整体固定结束后，如果拍摄区域仍然有一定偏差，可以通过调整弧形轨道13上螺钉15的位置对摄像机拍摄区域进行微调，保证拍摄的图像能够清晰准确的反映纱线状态。综上所述，本发明的细纱机断纱检测装置结构简单，在不破坏原有细纱机整体结构的情况下，只需对细纱机局部进行调整，即可实现对纱线状态的清晰拍摄。