本發(fā)明涉及薄膜制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于bopp薄膜生產(chǎn)的薄膜厚度監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

bopp薄膜即雙向拉伸聚丙烯薄膜是由雙向拉伸所制得的，它是經(jīng)過物理、化學(xué)和機(jī)械等手段特殊成型加工而成的塑料產(chǎn)品。bopp生產(chǎn)線是一個(gè)非線性、時(shí)變、大延遲的復(fù)雜系統(tǒng)。其工藝流程主要包括：原料熔融、擠出、冷卻成型、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊、電暈處理、卷取等。

作為bopp薄膜產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的物理機(jī)械性能如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、濁度、光澤等，因主要決定于材料本身的屬性，所以都易達(dá)到要求。而作為再加工性和使用性能的主要控制指標(biāo)，即薄膜厚度偏差和薄膜平均厚度偏差，則主要決定于薄膜的制造過程。即使制造過程中薄膜厚度控制在在標(biāo)準(zhǔn)允許的偏差范圍內(nèi)，但經(jīng)數(shù)千層膜收卷累計(jì)后，厚度偏差大的位置上就可能形成箍、暴筋或凹溝等不良缺陷，這些缺陷直接影響到用戶的再加工使用，如彩印套色錯(cuò)位或涂膠不勻起皺等現(xiàn)象，使其降低或失去使用價(jià)值。所以bopp薄膜生產(chǎn)中最關(guān)鍵的質(zhì)量間題是如何提高和穩(wěn)定薄膜厚度精度，也正是這種薄膜厚度精度才直接影響到薄膜的使用價(jià)值，決定了薄膜的商品價(jià)值。

薄膜厚度檢測技術(shù)主要采用紅外線、x射線、β射線等的透射式檢測方式。如申請?zhí)枮?012204848603的中國專利通過對激光透射圖像的分析來判斷被檢薄膜的厚度，申請?zhí)枮?012202105502的中國專利則通過紅外檢測來獲得薄膜厚度。除此之外，還出現(xiàn)了通過反射方法來進(jìn)行厚度檢測的，如申請?zhí)枮?01080013587x的中國專利基于光線波長變化的薄膜層的反射度分布來檢測厚度。國內(nèi)bopp薄膜制造生產(chǎn)線的在線薄膜厚度檢測儀很多是與電氣控制設(shè)備成套從國外引進(jìn)，測厚儀的數(shù)據(jù)往往是通過特定格式傳輸給控制設(shè)備的。測厚儀使用壽命一般比控制設(shè)備長很多，當(dāng)控制設(shè)備發(fā)生故障或損壞而無法使用時(shí)，國內(nèi)制造廠家要么花費(fèi)昂貴代價(jià)從國外進(jìn)口，要么用國產(chǎn)控制設(shè)備替換。但即使用國產(chǎn)控制設(shè)備替換也必須先解決一個(gè)問題，即從原測厚儀獲取準(zhǔn)確的厚度數(shù)據(jù)。面對這個(gè)問題，當(dāng)前有些廠家只能采用開環(huán)控制，即對測厚儀輸出在顯示器上的剖面厚度圖像進(jìn)行人工監(jiān)測，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)操作替換后的控制設(shè)備來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

人工監(jiān)測不但不精確，也無法持續(xù)。由于缺乏對薄膜厚度的連續(xù)準(zhǔn)確監(jiān)控，薄膜產(chǎn)品的質(zhì)量往往受到影響。為此，急需解決對薄膜厚度在線自動(dòng)化監(jiān)測的改造。

另一方面，很多一體化儀器設(shè)備如廣泛應(yīng)用的無紙記錄儀、雷達(dá)顯示儀等傳統(tǒng)的帶顯示終端的設(shè)備，多采用專門格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。對這些設(shè)備，如果能采集其顯示器輸入端的標(biāo)準(zhǔn)格式信號(hào)如vga信號(hào)，對該信號(hào)所表達(dá)的圖像進(jìn)行分析處理，獲取其原始物理數(shù)據(jù)并輸送給依賴此數(shù)據(jù)的其他設(shè)備如控制器，則能大大擴(kuò)展原設(shè)備的用途。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種能對測厚儀顯示器輸入信號(hào)進(jìn)行采集和分析處理并輸出該信號(hào)所對應(yīng)原始物理數(shù)據(jù)的方法，用來對bopp薄膜生產(chǎn)進(jìn)行在線式薄膜厚度監(jiān)測。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種用于bopp薄膜生產(chǎn)的薄膜厚度監(jiān)測方法，包括如下步驟：

a)獲取從薄膜測厚儀輸出的薄膜剖面圖像資料；

b)根據(jù)所述剖面圖像資料獲取所述圖像中原膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值；

c)根據(jù)所述剖面圖像資料生成一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線，并在所獲取的所述基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的基礎(chǔ)上，計(jì)算所述生成膜厚曲線上每個(gè)點(diǎn)所對應(yīng)的厚度值；

d)根據(jù)預(yù)設(shè)的輸出格式，將所獲取的各點(diǎn)厚度值輸出或在顯示器上顯示，并在厚度值超出預(yù)置的范圍時(shí)發(fā)出警示。

作為優(yōu)選，所述步驟b)中包括第一預(yù)處理步驟，所述第一預(yù)處理步驟根據(jù)所述薄膜剖面圖像資料中的顏色特征及區(qū)域特征獲取含有目標(biāo)字符的第一roi區(qū)域；所述步驟c)中包括第二預(yù)處理步驟，所述第二預(yù)處理步驟根據(jù)所述薄膜剖面圖像資料中的顏色特征及區(qū)域特征獲取含有目標(biāo)原始膜厚曲線的第二roi區(qū)域。

作為優(yōu)選，所述步驟b)還包括以下步驟：

b1)根據(jù)第一roi區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的字符分析構(gòu)建字符的二值化特征模板庫；

b2)針對所獲取的第一roi區(qū)域，檢測分離出單個(gè)字符，對每個(gè)字符進(jìn)行特征提取后進(jìn)行模板匹配，識(shí)別出單個(gè)字符；

b3)將相鄰單字符進(jìn)行組合，對組合出的詞組進(jìn)行辨識(shí)，獲取所述圖像中原膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值。

作為優(yōu)選，所述步驟c)針對所獲取的第二roi區(qū)域進(jìn)行處理，所述處理還包括以下步驟：

c1)對目標(biāo)圖像進(jìn)行灰度化和濾波處理；

c2)根據(jù)顏色分量和坐標(biāo)特征獲取非連續(xù)膜厚曲線圖像g1和輔助點(diǎn)陣圖像g2；

c3)對兩幅圖像g1和g2，分別進(jìn)行otsu閾值分割和雙閾值分割后得到二值化圖像g1′和g2′；

c4)將g1′和g2′二者相合并生成一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線圖像g；

c5)根據(jù)所獲取的所述基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值，對所生成膜厚曲線上每個(gè)點(diǎn)，將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值。

作為優(yōu)選，采用vga2usb轉(zhuǎn)換器獲取從薄膜測厚儀輸出的vga信號(hào)獲得所述薄膜剖面圖像資料；所述薄膜剖面圖像資料，是以所述薄膜測厚儀輸出并能顯示在一顯示器上的用以顯示被檢測薄膜的橫向剖面厚度的圖像，所述圖像包括分別以不同顏色表示的一條膜厚曲線、坐標(biāo)軸和與坐標(biāo)軸平行的輔助線，以及用以標(biāo)示所述膜厚曲線基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的字符。

作為優(yōu)選，所述vga2usb轉(zhuǎn)換器從vga信號(hào)分配器獲取vga信號(hào)，所述vga信號(hào)分配器從薄膜測厚儀接收vga信號(hào)并將信號(hào)分配給顯示器和所述vga2usb轉(zhuǎn)換器。

采用本發(fā)明的薄膜厚度監(jiān)測方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明應(yīng)用于bopp生產(chǎn)的薄膜厚度在線監(jiān)測，實(shí)時(shí)采集數(shù)顯設(shè)備上的薄膜剖面圖像信號(hào)，分析處理得到薄膜的實(shí)時(shí)厚度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對薄膜厚度的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測，有效防止了人為判斷錯(cuò)誤與疏忽，為提高薄膜厚度的均勻性、保證薄膜成品質(zhì)量提供了基本依據(jù)。而且，本監(jiān)測方法的數(shù)據(jù)采集處理過程具有一定的通用性，能根據(jù)后續(xù)連接設(shè)備要求輸出數(shù)據(jù)，容易推廣到無紙記錄儀等設(shè)備的擴(kuò)展應(yīng)用上。

附圖說明

圖1為bopp生產(chǎn)工藝流程示意圖；

圖2為應(yīng)用了本發(fā)明方法的薄膜厚度監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為bopp生產(chǎn)線上測厚儀顯示器界面圖；

圖4為字符提取單元的字符圖像分割流程圖；

圖5為字符提取單元的模板匹配流程圖；

圖6為字符提取單元的特征提取示意圖；

圖7為字符提取單元的粘連字符分離與二值化示意圖；

圖8為膜厚數(shù)據(jù)提取單元的提取目標(biāo)曲線數(shù)據(jù)流程圖；

圖9為膜厚數(shù)據(jù)提取單元的分層閾值分割示意圖；

圖10為膜厚數(shù)據(jù)提取單元的膜厚曲線對比圖；

圖11為應(yīng)用本發(fā)明方法對薄膜厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明并不僅僅限于這些實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精神和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。

為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中詳細(xì)說明了具體的細(xì)節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。需說明的是，附圖均采用較為簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

如圖1所示，bopp生產(chǎn)從原材料熔融開始，經(jīng)擠出成型為厚片即鑄片，鑄片再經(jīng)縱向和橫向拉伸展寬展薄為寬卷薄膜，然后在牽引過程中進(jìn)行切邊和電暈等處理，最后收卷為大母卷，后續(xù)按訂單要求對母卷進(jìn)行分切和包裝。由于厚度對產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，因此，在bopp生產(chǎn)中往往用兩臺(tái)測厚儀分別對鑄片和寬卷薄膜進(jìn)行厚度實(shí)時(shí)監(jiān)測，兩臺(tái)測厚儀均按特定格式向配套控制器輸出厚度數(shù)據(jù)，同時(shí)它們均還連接顯示器以顯示鑄片或?qū)捑肀∧さ钠拭婧穸葓D像，但測厚儀無法定制向外輸出的厚度數(shù)據(jù)。兩臺(tái)測厚儀中前面對鑄片測厚的那一臺(tái)在薄膜初拉出時(shí)使用，等到后面第二測厚儀投入后便暫停使用。

如圖2所示，應(yīng)用了本發(fā)明方法的薄膜厚度監(jiān)測裝置100，其包括膜厚圖像拾取單元110、字符提取單元120、膜厚數(shù)據(jù)提取單元130、數(shù)據(jù)輸出單元140。其中，膜厚圖像拾取單元110用以拾取薄膜測厚儀輸出的薄膜剖面圖像資料；字符提取單元120根據(jù)該剖面圖像資料獲取圖像中原膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值；膜厚數(shù)據(jù)提取單元130根據(jù)所述剖面圖像資料生成一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線，并在所獲取的所述基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值的基礎(chǔ)上，計(jì)算所述生成膜厚曲線上每個(gè)點(diǎn)所對應(yīng)的厚度值，生成一個(gè)膜厚值序列；數(shù)據(jù)輸出單元140根據(jù)所輸往對象的要求，將所獲取的各點(diǎn)厚度值輸出，同時(shí)可以通過監(jiān)視顯示器141對膜厚曲線和數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并在厚度值超出預(yù)先設(shè)置的范圍時(shí)通過報(bào)警模塊142發(fā)出警示。

作為優(yōu)選，在測厚儀不改變設(shè)置的情況下，監(jiān)測裝置100內(nèi)也可以不設(shè)置字符提取單元，而是由膜厚數(shù)據(jù)提取單元130通過預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)值和坐標(biāo)刻度值進(jìn)行厚度計(jì)算。

作為優(yōu)選，膜厚圖像拾取單元110還可以包括兩個(gè)vgasplitter即vga信號(hào)分配器，它們分別將第一測厚儀201、第二測厚儀202發(fā)給儀器顯示器203的vga信號(hào)進(jìn)行分為兩路，一路供儀器顯示器使用，一路供膜厚圖像拾取單元本身采集使用。儀器顯示器可以為兩臺(tái)獨(dú)立的顯示器或一臺(tái)顯示器分時(shí)對兩路vga信號(hào)進(jìn)行顯示。

作為優(yōu)選，數(shù)據(jù)輸出單元140包含一個(gè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和輸出格式設(shè)置模塊，以使其根據(jù)所輸往對象的要求，將所獲取的各點(diǎn)厚度值輸出。

如圖3所示，測厚儀將厚度信息生成為vga圖像信號(hào)傳輸給顯示器，在此圖像中，分別有兩幅曲線圖和一些字符信息；其中，a區(qū)域表示薄膜厚度曲線橫坐標(biāo)軸對應(yīng)的厚度基準(zhǔn)值35.5μm及曲線畫面中坐標(biāo)系的縱向坐標(biāo)刻度值5％；c區(qū)域?yàn)楸硎霎?dāng)前薄膜剖面的目標(biāo)厚度曲線，其坐標(biāo)軸按a區(qū)域的描述進(jìn)行設(shè)定，坐標(biāo)系中還含有與坐標(biāo)軸平行的輔助線；b區(qū)域中avg＝35.51μm是指c區(qū)域曲線所顯示的當(dāng)前薄膜剖面的厚度平均值，r＝2.83％則是曲線上下波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)極差值。由于測厚儀顯示的畫面有著這些區(qū)塊特征，因此，應(yīng)用了本發(fā)明方法的薄膜厚度監(jiān)測裝置中設(shè)置一個(gè)預(yù)處理單元，其根據(jù)所采集的薄膜剖面圖像資料中的顏色特征及區(qū)域特征為所述字符提取單元、膜厚數(shù)據(jù)提取單元分別獲取第一roi區(qū)域和第二roi區(qū)域；其中，第一roi區(qū)域?yàn)閍區(qū)域和b區(qū)域，而第二roi區(qū)域則為c區(qū)域。

結(jié)合圖4～7所示，字符提取單元首先根據(jù)第一roi區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的字符分析構(gòu)建字符的二值化特征模板庫；然后，針對所獲取的第一roi區(qū)域，檢測分離出單個(gè)字符，對每個(gè)字符進(jìn)行特征提取后進(jìn)行模板匹配，再對詞組進(jìn)行辨識(shí)，獲取所述圖像中原膜厚曲線的基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值。

為了獲得單個(gè)字符，如圖4所示，當(dāng)字符上下輪廓間的發(fā)生粘連時(shí)，由于每個(gè)字符寬度是一樣的，因此首先對英文字符連通域進(jìn)行邊緣檢測定位出字符初始位置，在每個(gè)字符寬度范圍內(nèi)確定出單個(gè)粘連字符圖像的上下高度，依次循環(huán)搜索分割出單個(gè)字符圖像。

如圖5所示，在分割出單個(gè)字符圖像后對其進(jìn)行且二值化等處理，將相應(yīng)字符大小歸一化，使之與事先建立的匹配模板中的字符大小相同。

基于逐像素特征法提取字符特征向量，如圖6所示，將字符圖像分成3*3＝9的小塊，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的非0像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，再計(jì)算水平和垂直方向3等分線交點(diǎn)上的特征，共有13個(gè)特征值，將此記錄在數(shù)組中。

結(jié)合圖5、6所示，對歸一化后的單字符圖像，統(tǒng)計(jì)單個(gè)字符中非0像素點(diǎn)，儲(chǔ)存到定義的矩陣中；然后，提取其相應(yīng)的特征向量，將其與字符模板的各個(gè)區(qū)域的特征值進(jìn)行比較，匹配識(shí)別出待測字符。

如圖7所示為對粘連字符的分離與二值化示意圖，其中圖7a為粘連字符的分離，圖7b為單字符的二值化圖像。從圖中可見對字符進(jìn)行了準(zhǔn)確分割，然后通過模板匹配進(jìn)行識(shí)別。將單個(gè)字符按啟發(fā)式規(guī)則將其組合為詞組并與預(yù)設(shè)詞組模板進(jìn)行匹配辨識(shí)，獲得如圖3所示圖像中a區(qū)域的膜厚基準(zhǔn)值、坐標(biāo)刻度值及b區(qū)域的厚度平均值及統(tǒng)計(jì)極差值。圖中所示為識(shí)別出的縱向坐標(biāo)刻度值range＝5％。

結(jié)合圖8～11所示，膜厚數(shù)據(jù)提取單元針對所獲取的第二roi區(qū)域即圖3中的c區(qū)域，首先對目標(biāo)圖像進(jìn)行灰度化和濾波處理，再根據(jù)顏色分量和坐標(biāo)特征獲取非連續(xù)膜厚曲線圖像g1和輔助點(diǎn)陣圖像g2；其次，對兩幅圖像g1和g2，分別進(jìn)行otsu閾值分割和雙閾值分割后得到二值化圖像g1′和g2′；然后，將g1′和g2′二者相合并生成一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線圖像g；最后，根據(jù)所獲取的所述基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值，對所生成膜厚曲線上每個(gè)點(diǎn)，將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值。

由于厚度曲線為一種顏色，坐標(biāo)及坐標(biāo)輔助線為其他顏色，如果對目標(biāo)圖像進(jìn)行傳統(tǒng)的閾值分割，所提取到的厚度曲線將存在大量的斷續(xù)點(diǎn)，無法獲取薄膜全部剖的厚度值。為此，如圖8所示，預(yù)處理過程中，為曲線本身和曲線與坐標(biāo)軸及坐標(biāo)輔助線分別設(shè)立兩組rgb特征即閾值范圍或顏色分量規(guī)則，將分別得到非連續(xù)膜厚曲線圖像g1和輔助點(diǎn)陣圖像g2兩個(gè)圖像；然后對它們進(jìn)行分層閾值分割后合并，將得到一條連續(xù)完整且無交叉的膜厚曲線圖像。

在隨后的厚度數(shù)據(jù)分析處理中，基于字符提取單元獲取的所述基準(zhǔn)厚度值、坐標(biāo)刻度值、厚度平均值，對曲線上每個(gè)點(diǎn)，按以下方法將其在圖像中的像素坐標(biāo)變換為所對應(yīng)的厚度值：

ti＝tj+(m_y-m_y0)/w*1％(1)

r＝(max(m_y)-min(m_y))/w*1％(3)

式中，tj為基準(zhǔn)值，ti為每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的厚度值，m_y為其像素縱坐標(biāo)，m_y0為橫坐標(biāo)軸的像素縱坐標(biāo)，n為提取的像素點(diǎn)總個(gè)數(shù)，w為曲線圖像中縱坐標(biāo)方向上每1％刻度長對應(yīng)的像素個(gè)數(shù)。

如圖9所示為膜厚數(shù)據(jù)提取單元的分層閾值分割示意圖，其中，圖9a為第二roi區(qū)域的目標(biāo)圖像，圖9b為非連續(xù)膜厚曲線圖像g1，圖9c為位于坐標(biāo)軸和坐標(biāo)輔助線上的輔助點(diǎn)陣圖像g2，圖9d和9e為對g1和g2分別進(jìn)行otsu閾值分割和雙閾值分割后得到二值化圖像g1′和g2′，圖9f為將g1′和g2′二者相合并后生成的膜厚曲線圖像g。

如圖10所示為膜厚曲線對比圖，其中，圖10a為一條實(shí)際厚度曲線與所提取曲線的對比圖，圖10b為圖10a的局部放大圖。從圖中可以看出，所提取曲線與原厚度曲線基本重合。

圖11給出了應(yīng)用本發(fā)明用于bopp生產(chǎn)的薄膜厚度監(jiān)測方法對圖3所示的薄膜剖面厚度情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測獲取的薄膜厚度數(shù)據(jù)，其中厚度均值與厚度值用來作為控制輸入信號(hào)，厚度極差值則是一個(gè)用作輔助提示的指標(biāo)。從實(shí)際數(shù)據(jù)與測得數(shù)據(jù)的相對偏差看，厚度均值相差0.28％，厚度極差值相差1.77％，準(zhǔn)確度非常高，完全滿足工程需要，為bopp薄膜生產(chǎn)中用國產(chǎn)控制設(shè)備代替成套進(jìn)口控制設(shè)備提供了實(shí)時(shí)厚度數(shù)據(jù)反饋。

除此之外，雖然以上將實(shí)施例分開說明和闡述，但涉及部分共通之技術(shù)，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員看來，可以在實(shí)施例之間進(jìn)行替換和整合，涉及其中一個(gè)實(shí)施例未明確記載的內(nèi)容，則可參考有記載的另一個(gè)實(shí)施例。

以上所述的實(shí)施方式，并不構(gòu)成對該技術(shù)方案保護(hù)范圍的限定。任何在上述實(shí)施方式的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在該技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。