[0046] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。
[0047] 为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0048] 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0049] 如图1所示，本发明膜厚控制系统包括：挤出单元1、冷却成型单元2、拉伸单元3、测厚单元、监测控制单元5和收卷单元6，其中挤出单元1包括挤出机7，在挤出机前端有模头8，拉伸单元3包括纵拉模块9和横拉模块10，测厚单元则包括第一测厚仪401及第二测厚仪402，监测控制单元5包括数显设备11、膜厚图像拾取模块12、图像处理模块13、控制模块14、模头调节器15和变频器16。
[0050] 薄膜原料从挤出机7的投料口投入后熔融为熔体从模头8挤出，再经冷却成型单元2固化为铸片，铸片经拉伸单元3拉伸为宽卷薄膜后由收卷单元6收存为母卷，后续按订单要求对母卷进行分切和包装。由于厚度对产品质量起着至关重要的作用，因此，在BOPP薄膜生产中往往用两台测厚仪分别对铸片和宽卷薄膜进行厚度实时监测，两台测厚仪均按特定格式向配套控制器输出厚度数据，同时它们均还连接数显设备以显示铸片或宽卷薄膜的剖面厚度图像，但测厚仪无法定制向外输出的厚度数据。两台测厚仪中前面对铸片测厚的第一测厚仪401在薄膜初拉出时使用，等到后面第二测厚仪402投入后便暂停使用。
[0051] 结合图1～2所示，第一测厚仪401及第二测厚仪402均将厚度信息生成为薄膜剖面图像后将该图像传送给数显设备11并经膜厚图像拾取模块12转送到图像处理模块13。作为优选，数显设备11还可以包括两个VGA信号分配器即VGA Splitter 112和113，它们分别将第一测厚仪401、第二测厚仪402发给数显设备11的VGA信号进行分为两路，一路供显示器111使用，一路供膜厚图像拾取单元12采集使用。所述显示器可以为两台独立的显示器或一台显示器分时对两路VGA信号进行显示。
[0052] 结合图1、图3所示，模头8包括上下两个唇片800，唇片之间形成唇口801，唇口开度大小由横向排列的加热螺栓802来调节。冷却成型单元2包括激冷辊201、主气刀202等模块，挤出的熔体离开模头的唇片800后，在主气刀202等的外力作用下，迅速贴在低温、高光洁度的激冷辊201上，熔体被快速冷却并形成固体厚片。在沿熔体前进方向上，主气刀202的前方设置一个刻印单元900，由其在铸片上进行印记刻印。
[0053] 作为优选，该刻印单元900包括固定于机架100的支架901，以及刻印模块903。所述刻印模块903采用激光刻蚀模块或与主气刀相匹配的辅助气刀模块。刻印单元900的刻印模块903包括一个刻印头，该刻印头在快速冷却成型的铸片上形成V形或U形缺口印记。
[0054] 作为优选，该刻印模块设置为两个，它们的刻印头分别与模头两端部螺栓位置相固定，如可以使得刻印头基座或其基准位置与两端部第一个或第二个的螺栓中心线沿唇口垂线对齐且严格固定，使其基准位置在横向方向上不能移位。
[0055] 作为优选，还可以仅设置一个刻印模块，但在刻印单元900上设置一个与模头唇口平行的导轨902，刻印模块903的刻印头可沿此导轨横向移动，且该导轨上有多个与模头螺栓有固定位置关系的停靠点，从而可以在铸片的多个预设横向位置上形成V形或U形缺口印记。
[0056] 结合图1和图4所示，本发明膜厚控制系统的BOPP薄膜厚度控制流程为：
[0057] (L1)在熔体挤出后，刻印单元在铸片的预设横向位置上形成V形或U形缺口印记，铸片在拉伸前后由测厚仪进行厚度检测，生成薄膜剖面图像；
[0058] (L2)监测控制单元中的膜厚图像拾取模块从数显设备采集薄膜剖面图像后，由图像处理模块对该图像进行处理分析，获得标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合；
[0059] (L3)对所述的厚度值集合的每个元素，取第k个数据，将其厚度值与产品厚度预设值进行比较获得点偏差值，该值送控制模块的控制器2，由控制器2进行PID控制，输出控制量通过模头调节器调节本螺栓加热波形的占空比，从而调节本段模头唇口的开度；
[0060] (L4)对L2中获得的所述厚度值集合，计算本周期内薄膜剖面厚度平均值，将其与产品厚度预设值进行比较获得本周期整体厚度偏差值，该值送控制模块的控制器1，由控制器1进行PID控制，输出控制量调节变频器，改变挤出机转速，从而调节模头整体在单位时间内的挤出流量即挤出速度；
[0061] (L5)等待下一周期定时到来，回到步骤L2。
[0062] 在以上控制过程中，控制器2将厚度偏差转换为温度补偿值，通过模头调节器以占空比的方式来控制加热控制通道上固态继电器的通断，从而控制当前模头螺栓的温度。由于金属的热胀冷缩性质，当加热器导通时铸片唇口的缝隙压缩，这样铸片唇口的薄膜厚度会逐渐减小，反之则增加。
[0063] 控制器1周期性地对横向上薄膜厚度数据取平均值，折算为单位时间挤出量，与产品厚度设定值对应的挤出量相比较，得出挤出量偏差，再转变成电机速度补偿量，通过改变变频器的输入量来控制主挤出机的转速。当电机转速增加时，挤出机模头唇口的熔体流量增加，压力增大，相应铸片及拉伸后的薄膜整体厚度会逐渐增加。
[0064] 厚度控制过程中，图像处理模块要输出标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合，其所依据的薄膜剖面图像，其内容包括：分别以不同颜色表示的一条膜厚曲线、坐标轴和与坐标轴平行的辅助线，以及用以标示所述膜厚曲线基准厚度值、坐标刻度值、厚度平均值的字符。
[0065] 本发明膜厚控制系统中的图像处理模块，其包括字符提取子模块和膜厚数据提取子模块，这两个子模块前者从所述薄膜剖面图像中获取图像中膜厚曲线的基准厚度值、坐标刻度值、厚度平均值；后者则基于这些数值，并在从图像中提取出一条连续完整且无交叉的膜厚曲线后，对该曲线上每个点，将其在图像中的像素坐标变换为所对应的厚度值，并根据所述曲线的极值点获得模头螺栓在曲线上的定位。
[0066] 如图5所示，测厚仪将厚度信息生成为VGA图像信号传输给显示器，该图像可能是多次厚度扫描而得原始曲线的累积，如图5a所示，其中两侧的M1和M2区域为薄膜宽度方向两端的厚区，此区域在进行拉伸时需要被夹持而在拉伸完后被切掉。当在铸片上刻印V形或U形缺口印记时，剖面图像中的厚度曲线将出现如图中P所示的极值点。
[0067] 当宽卷薄膜被对边后，测厚仪扫描到的剖面图像如图5b所示，该图像也是图5a中M1和M2区域之间的图像区块。在此图像中，分别有两幅曲线图和一些字符信息；其中，A区域表示薄膜厚度曲线横坐标轴对应的厚度基准值35.5um及曲线画面中坐标系的纵向坐标刻度值5％；C区域为表述当前薄膜剖面的目标厚度曲线，其坐标轴按A区域的描述进行设定，坐标系中还含有与坐标轴平行的辅助线；B区域中AVG＝35.51um是指C区域曲线所显示的当前薄膜剖面的厚度平均值，R＝2.83％则是曲线上下波动的统计极差值。由于测厚仪显示的画面有着这些区块特征，因此，图像处理模块中设置一个预处理单元，其根据所采集的薄膜剖面图像资料中的颜色特征及区域特征为所述字符提取子模块、膜厚数据提取子模块分别获取第一ROI区域和第二ROI区域；其中，第一ROI区域为A区域和B区域，而第二ROI区域则为C区域。
[0068] 结合图6～12所示，字符提取子模块采用的处理步骤如下：
[0069] a1)检测并确保所述薄膜剖面图像为目标图像；预处理，根据所述薄膜剖面图像中的颜色特征及区域特征获取含有目标字符的第一ROI区域；
[0070] a2)根据第一ROI区域内可能出现的字符分析构建字符的二值化特征模板库；
[0071] a3)针对所获取的第一ROI区域，检测分离出单个字符，对每个字符进行特征提取后进行模板匹配，识别出单个字符；
[0072] a4)将相邻单字符进行组合，对组合出的词组进行辨识，获取所述图像中原膜厚曲线的基准厚度值、坐标刻度值、厚度平均值。
[0073] 如图6所示，本发明膜厚控制系统中监测控制单元对薄膜剖面图像获取识别示意图，先通过膜厚图像拾取模块对信号进行检测，然后获取图像，将其与标准膜厚图像进行对比，检测两者在像素(0，0)附近一定范围的RGB分量特征是否接近，如果接近则说明当前采集的图像为目标界面图像；否则就利用背景减除法提取出前景，再次判断前景图像在像素(0，0)附近一定范围的RGB分量特征，如果接近标准图像则认为该前景为目标界面图像，否则提示打开或将测厚仪的输出图像切换至目标界面图像，即如图5b所示的界面图像。
[0074] 为了获得单个字符，如图7所示，当字符上下轮廓间的发生粘连时，由于每个字符宽度是一样的，因此首先对字符连通域进行边缘检测定位出字符初始位置，在每个字符宽度范围内确定出单个粘连字符图像的上下高度，依次循环搜索分割出单个字符图像。
[0075] 参见图8，其中，如图8a所示，分割出单个字符图像后，先基于边缘检测定位出字符边缘位置，再应用字符等宽的规则上进行上下扫描确定出单个字符。计算出全部粘连字符的总长度l，设待处理的粘连字符灰度图像为h(i，j)，以5个字符粘连为例，每个字符宽度相等，其值为d＝l/5，则字符上下轮廓最值可在宽度为d范围内遍历搜索满足字符灰度阈值的字符数据，获得每个字符高度最大值和最小值。根据各个字符高度的最值差与宽度即可分割出该字符最小矩形图，如图8b所示。
[0076] 如图9所示，在分割出单个字符图像后对其进行二值化等处理，将相应字符大小归一化，使之与事先建立的匹配模板中的字符大小相同。
[0077] 基于逐像素特征法提取字符特征向量，如图10所示，将字符图像分成3*3＝9的小块，统计范围内的非零像素点个数，再计算水平和垂直方向3等分线交点上的特征，共有13个特征值，将此记录在数组中。
[0078] 结合图9、10所示，对归一化后的单字符图像，统计单个字符中非0像素点，储存到定义的矩阵中；然后，提取其相应的特征向量，将其与字符模板的各个区域的特征值进行比较，匹配识别出待测字符。
[0079] 为了提高字符识别鲁棒性，在自定义灰度特征模板基础上引入了轮廓特征。如图11所示，对每一单个字符，提取其自定义特征向量后与模板字符特征向量进行匹配，计算其匹配度：
[0080]
[0081] 式中，Pi为第i个模板字符的特征值，其定义为本字符的13个特征值即13个特征范围内的非零像素点个数的和；Pk为第k个待识别字符的特征值。
[0082] 对第k个待识别字符，当存在匹配度大于0.6的模板字符时，将该字符识别为其中匹配度最高的模板字符；否则，采用Hu矩轮廓特征代替自定义特征向量，重复上述过程，在计算匹配度后进行匹配识别。当目标界面图像被正确获取时，均能准确识别出所有字符。
[0083] 如图12所示为对粘连字符的分离与二值化示意图，其中图12a为粘连字符的分离，图12b为单字符的二值化图像。从图中可见对字符进行了准确分割，然后通过模板匹配进行识别。将单个字符按启发式规则将其组合为词组并与预设词组模板进行匹配辨识，获得如图3所示图像中A区域的膜厚基准值、坐标刻度值及B区域的厚度平均值及统计极差值。图中所示为识别出的纵向坐标刻度值Range＝5％。
[0084] 结合图13～16所示，膜厚数据提取子模块采用的处理步骤如下：
[0085] b1)检测并确保所述薄膜剖面图像为目标图像；预处理，根据所述薄膜剖面图像中的颜色特征及区域特征获取含有目标原始膜厚曲线的第二ROI区域；
[0086] b2)对第二ROI区域的目标图像进行灰度化和滤波处理；
[0087] b3)根据颜色分量和坐标特征获取非连续膜厚曲线图像g1和辅助点阵图像g2；
[0088] b4)对两幅图像g1和g2，分别进行Otsu阈值分割和双阈值分割后得到二值化图像g1′和g2′；
[0089] b5)将g1′和g2′二者相合并生成一条连续完整且无交叉的膜厚曲线图像g；
[0090] b6)通过字符提取获得所述薄膜剖面图像中的基准厚度值、坐标刻度值、厚度平均值，基于这些数据，对所生成膜厚曲线上每个点，将其在图像中的像素坐标变换为所对应的厚度值。
[0091] 由于厚度曲线为一种颜色，坐标及坐标辅助线为其他颜色，如果对目标图像进行传统的阈值分割，所提取到的厚度曲线将存在大量的断续点，无法获取薄膜全部剖的厚度值。为此，如图13所示，预处理过程中，为曲线本身和曲线与坐标轴及坐标辅助线分别设立两组RGB特征即阈值范围或颜色分量规则，将分别得到非连续膜厚曲线图像g1和辅助点阵图像g2两个图像；然后对它们进行分层阈值分割后合并，将得到一条连续完整且无交叉的膜厚曲线图像。
[0092] 在随后的厚度数据分析处理中，基于字符提取子模块获取的所述基准厚度值、坐标刻度值、厚度平均值，对曲线上每个点，按以下方法将其在图像中的像素坐标变换为所对应的厚度值：
[0093] ti＝tJ+(m_y-m_y0)/w*1％ (2)
[0094]
[0095] R＝(max(m_y)-min(m_y))/w*1％ (4)
[0096] 式中，tJ为基准值，ti为每个像素点对应的厚度值，m_y为其像素纵坐标，m_y0为横坐标轴的像素纵坐标，N为提取的像素点总个数，w为曲线图像中纵坐标方向上每1％刻度长对应的像素个数。
[0097] 如图14所示为膜厚数据提取子模块的分层阈值分割示意图，其中，图14a为第二ROI区域的目标图像，图14b为中间有间断点的膜厚曲线图像g1，图14c为位于坐标轴和坐标辅助线上的辅助点阵图像g2，图14d和14e为对g1和g2分别进行Otsu阈值分割和双阈值分割后得到二值化图像g1′和g2′，图14f为将g1′和g2′二者相合并后生成的膜厚曲线图像g。
[0098] 其中，颜色分量特征为以B分量为主、由RGB分量加权求和而得到；而双阈值则按如下步骤计算。首先，对目标图像，按Otsu阈值法取分割阈值tg1，使得图像g1的目标和背景两个区域之间的灰度值方差最大；然后，对图像g2，分别统计所有小于tg1的像素点的灰度值均值tg2和所有大于tg1的像素点的灰度值均值tg3，所述tg1和tg3为对图像g2进行分割的双阈值。
[0099] 如图15所示为膜厚曲线对比图，其中，图15a为一条实际厚度曲线与所提取曲线的对比图，图15b为图15a的局部放大图。从图中可以看出，所提取曲线与原厚度曲线重合度非常高。
[0100] 图16给出了本发明对图3所示的薄膜剖面厚度情况进行实时监测获取的薄膜厚度数据，其中厚度均值与厚度值用来作为控制输入信号，厚度极差值则是一个用作辅助提示的指标。从实际数据与测得数据的相对偏差看，厚度均值相差0.28％，厚度极差值相差1.77％，准确度非常高，完全满足工程需要。
[0101] 采用类似过程，对薄膜剖面图像进行判识或处理，检测出厚度曲线的极值点并对与刻印模块刻印头相对位置固定的两端模头螺栓在曲线上进行定位，然后将所定位的像素位置应用到切边后薄膜剖面图像中，实时获取标记有模头螺栓位置的薄膜剖面厚度值集合。将这些厚度值输送给控制模块中的控制器1和控制器2，进行模头唇口的开度控制和挤出速度控制，实现了薄膜生产的横向厚度高均匀性并使得纵向厚度保持高一致性。
[0102] 除此之外，虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。
[0103] 以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
