邸剑　兰昊

摘 要：设计了CCD在线外观纸病检测系统，介绍了该系统的硬件组成情况和系统的工作原理、技术指标和软件设计，重点阐述了外观纸病检测系统中CCD技术的优势。

关键词：CCD技术；外观纸病检测；硬件功能模块；软件设计

中图分类号：TS736+.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.004

纸张与人们的日常生活密切相关，造纸行业在世界重要产业中居于第三的位置。许多国家都十分重视造纸行业的发展，它已经成为了一些欧美发达国家（例如美国、德国）的支柱产业。在提高纸张产量的同时，纸页的外观纸病问题也是不容小视的。特别是一些特种纸的生产制造，比如房产证、毕业证、银行汇票等纸张，它们不允许有任何外观纸病问题。因此，纸张的外观纸病问题逐渐成为了生产企业和用户共同关注的问题。而本文研究的基于CCD技术的外观纸病检测系统，是检测纸张表面缺陷的重要技术之一，它的存在对解决纸张表面问题有非常重要的推动作用。

1 CCD技术简介

CCD全称Charge-coupled Device，中文名为电荷耦合元件，我们可以把它称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。在其上植入的微小光敏物质被称作像素（Pixel）。1块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它能把光信号转换成电荷信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，再经外部采样放大，由模数转换电路将其转换成数字图像信号。

本文的研究内容是1套基于CCD技术的在线外观纸病检测系统。该系统是将CCD技术应用于纸张检测，采用图像处理技术分析纸病，把纸病的实时图像显示在计算机屏幕上，以方便操作人员及时查看纸张的质量，从而及时分析引发纸病的原因，并采取合理的方法解决问题，提升纸张的品质。这样做，有助于降低成本，提高生产效率。该系统不但能够检测出纸张上的一般外观纸病，例如穿孔、黑点、白点等，还能够检测出一些特殊的纸病，比如水印的清晰度、防伪线开窗等。所以说，为了适应现代造纸行业发展的需求，设计出1套纸病在线检测系统并将其应用于造纸行业已经迫在眉睫了。这样1套系统的存在对我国造纸行业的发展有着重要的影响。

2 系统设计

2.1 硬件功能模块组成

图1 硬件功能模块的结构示意图

系统主控单元是服务器；检测单元主要包括图像检测工作站、实时图像采集设备、LED光源；数据传输单元为千兆局域网；电气控制和同步控制信号传输单元主要包括传感器、I/O设备、分频器、可编程逻辑控制器；图像检测系统是纸张CCD检测系统的核心，而图像检测单元及其软件模块是该图像检测系统的核心。硬件功能模块的结构如图1所示。

2.2 软件设计

该软件使用VC++语言编程，它是面向对象的可视化集成编程系统。该语言具有灵活、方便的类管理，程序框架自动生成，界面设计集成交互操作、可开发多种程序的优点。针对其“面向对象”的特点，可以开发出具有可视化操作功能的应用软件。

该软件分为图像获取、图像处埋、图像分析、数据存储、数据查询和输出5个模块。软件获取到相关数据后，经过分析处理，将纸病在终端输出，并反映给工作人员，为其整改提供方向，以提高产品的质量和工作效率。具体的工作流程如图2所示。

2.3 检测系统的主要技术指标

检测适应速度的要求：最高质量检测机速为360 m/min；正常质量检测机速为60 m/min。

检测幅面的要求：最大检测幅面宽为2 500 mm；最小检测幅面宽为550 mm。

分辨率要求：系统像元成像分辨率为0.20 mm×0.20 mm。

检测精度指标要求：严重废品的漏检率为0；一般废品漏检率≤0.1%（大张）；误检率≤8%（大张）。

2.4 系统工作流程

系统的图像检测过程为：①检测系统进入工作状态；②检测系统通过编码器的脉冲信号触发2台黑白线阵CCD相机后开始采集纸张图像；③采集图像时，利用高速图像采集卡将采集到的图像存储在图像检测站中；④根据建立的图像模型和设定的产品规格、等特性参数和质量公差参数透视检测程序，利用先进的多功能图像处理算法，对图像进行纸面破损和残缺、浆块、硬质块等纸病检测；⑤将检测结果数据通过千兆网实时传输到系统主控工作站，并对数据作相应的统计、分析；⑥如果遇到有质量问题的产品，要将纸病区图像通过千兆网传输到错误图像显示工作站，并实时显示和保存图像数据。

3 结论

现代造纸业的发展带动了纸机车速的提高。现代造纸工业发展的重要标志是纸机的车速和纸张的幅面宽度，造纸工业逐渐由传统型工业向现代型工业转变。随着现代科技的发展，在实际生产过程中，一些纸机的车速可高达1 800 m/min，而纸张的宽度也已达到了10 m。由此不难推算出，纸机抄送的纸张可达300 m2，并且能够实现整条纸机的不间断生产。在这种生产状况下，纸张存在的纸病隐患也就会越来越多，如果不能及时查找出产生纸病的原因，就会生产出大量的废纸，这无疑会造

成人力和物力的巨大浪费，给企业带来巨大的经济损失。综上所述，现代造纸企业急需一种技术检测纸病。

CCD在线外观检测系统是造纸行业的一次重大变革，它由过去的人工检验转变为机器检验。在线监测纸张质量时，可以与计算机联网，方便及时分析、比较、综合归纳测得的数据，并总结产品质量下降的原因，进而自动提出可行的整改方案，及时解决其中存在的问题，提高产品质量。该系统的出现，对造纸行业提升产品质量、降低成本产生起着巨大的推动作用，同时，它的出现还能使造纸企业取得一定的经济效益。

参考文献

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〔编辑：白洁〕