CN105562362A - 纱管分拣设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种纱管分拣设备，设备设有运输纱管的挡板输送带，所述的挡板输送带上设有放置纱管的槽，沿所述挡板输送带运动方向依次设有工业相机模块和至少两个执行机构，所述的执行机构位于挡板输送带侧面，该设备还设有控制单元，所述的工业相机模块采集纱管图像信息并输送至控制单元，所述的控制单元输出驱动信号至执行机构将纱管侧向推出挡板输送带。本发明解决了纺织企业中采用人工整理纱管的一系列问题，采用机电一体化、图像处理、自动检测、自动控制等技术，能与各型号的自动络筒机连接，将络筒机出来的纱管进行实时检测和控制，完成对有纱管的剔除，空纱管的自动按色分拣、自动装箱、自动换框。

Description

纱管分拣设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及纺织领域，尤其涉及纱管自动分拣设备。

背景技术

纺织企业使用的自动络筒机，出来的纱管都是很杂乱的落在储管区，这些纱管再次使用时，需要根据颜色的不同，分类收集，以便下次使用，目前并没有专用的纱管分拣设备，只能靠人工去分拣理顺，效率低，劳动强度大，生产成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够根据纱管的颜色自动的进行分拣的设备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：纱管分拣设备，设备设有运输纱管的挡板输送带，所述的挡板输送带上设有放置纱管的槽，沿所述挡板输送带运动方向依次设有工业相机模块和至少两个执行机构，所述的执行机构位于挡板输送带侧面，该设备还设有控制单元，所述的工业相机模块采集纱管图像信息并输送至控制单元，所述的控制单元输出驱动信号至执行机构将纱管侧向推出挡板输送带。所述的工业相机模块配有用于触发的光电传感器，并将触发工业相机模块工作的信号输送至控制单元。

所述的工业相机模块包括工业相机、将工业相机固定在挡板输送带上方的相机固定架，以及固定在相机固定架上的光源。

所述挡板输送带的始端设有纱管储料仓，所述纱管储料仓下方出料口设有由伺服电机驱动用于运转纱管的拨管轮，所述的拨管轮位于挡板输送带上方。

所述拨管轮与纱管储料仓之间的间隙仅允许一个纱管通过，所述的纱管储料仓入料口通过分管机承接滑道连接分管机的出料口。

所述拨管轮为轮状结构且表面沿其轴向均匀设有多道放置纱管的槽，所述的拨管轮的转动方向与挡板输送带转动方向相同。

所述挡板输送带的末端设有收集未被分拣的纱管的二次分拣储存框，所述挡板输送带和拨管轮由同一个伺服电机通过同步带轮传动而驱动旋转。

所述的执行机构设有4-8个，每个所述的执行机构由1-4个气缸和分别由1-4个汽缸驱动的1-4个顶料杆构成，所述执行机构的汽缸和顶料杆顶出经过其所在位置的挡板输送带的同一个槽内的纱管，所述的执行机构位于挡板输送带一侧，所述挡板输送带另一侧设有与执行机构对应的纱管输送滑道，所述纱管输送滑道的底端出料口设有纱管承接框。

所述的纱管承接框底端开口，并在每个所述的纱管承接框下方设有纱管输送滑道。

沿所述挡板输送带运动方向，所述的工业相机模块的前方设有纱管限位机构，所述的纱管限位机构为设置在挡板输送带两侧使纱管居中位于挡板输送带上的弹片。

基于纱管分拣设备的控制方法：

1)、分拣设置，定义每个执行机构分拣的纱管颜色区间；

2)、系统启动；

3)、执行分拣工作；

4)、若出现故障则停机和/或报警；

所述执行分拣工作包括

a、光电传感器捕捉到信号并计作一个码位；

b、光电传感器将电信号发送给控制单元的PLC控制板；

c、PLC控制板接收到输入信号后，给控制单元的工控机发一个触发信号；

d、工控机收到触发信号后，启动检测程序，工业相机开始采集图像；

e、工业相机将图像送给工控机进行识别处理；

f、工控机根据识别结果和分拣设置的要求，确定工作执行机构，并产生不同的执行信号，送给PLC控制板；

j、每个执行机构与工业相机的码位数不同，在光电传感器计数的码位数与该执行机构定义的码位数相同，则PLC控制板将执行信号转换为控制信号输出到相应的控制端子；

h、相应执行机构执行相应动作。

本发明解决了纺织企业中采用人工整理纱管的一系列问题，采用机电一体化、图像处理、自动检测、自动控制等技术，能与各型号的自动络筒机连接，将络筒机出来的纱管进行实时检测和控制，完成对有纱管的剔除，空纱管的自动按色分拣、自动装箱、自动换框，且纱管大小头自动理顺统一，具有用工少，效率高，操作简单，检测和控制精度高等特点。可以同时检测和分拣多种颜色的空纱管，而且根据生产工艺要求的不同，通过自学习和自调整，可以处理各种尺寸长度、各种颜色的纱管。能够适应纺织行业自动化生产的需要，提高企业自动化水平和生产效率。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为纱管分拣设备整体硬件结构示意图；

图2为纱管分拣设备执行流程图；

图3、4为纱管输送线的装配示意图

图5为图3中分管机结构示意图；

图6为图3中分管机承接滑道结构示意图；

图7为图3中拨管轮结构示意图；

图8为图3中纱管储料仓结构示意图；

图9为图3中档板输送带结构示意图；

图10为图3中光电传感器结构示意图；

图11为图3中工业相机模块结构示意图；

图12为图3中纱管输送滑道结构示意图；

上述图中的标记均为：1、分管机；2、分管机承接滑道；3、框架；4、拨管轮；5、纱管储料仓；6、伺服电机；7、挡板输送带；8、纱管限位机构；9、光电传感器；10、工业相机模块；11、执行机构；12、故障检测模块；13、二次分拣储存框；14、纱管输送滑道；15、纱管承接框；16、承接框输送带；17、同步带轮；18、相机固定架；19、工业相机；20、光源。

具体实施方式

本发明工作原理如图1所示，纱管输送线将纱管送入光电传感器9探测区时，光电传感器9捕捉到信号，发送一个脉冲信号给控制单元的PLC控制板；PLC控制板给工控机发一个触发信号，控制单元的工控机启动检测程序，工业相机19开始采集图像，采集的图像送给工控机，借助一种基于图像处理技术和识别技术的自适应算法进行识别；工控机将识别处理结果以执行信号的形式发送给PLC控制板；PLC控制板把执行信号转化为控制电信号，控制执行机构11执行相应动作，完成有纱管的剔除，空纱管按照颜色分拣、装箱、换箱等工作。

如图3、4所示纱管分拣设备主要由分管机1、分管机承接滑道2、框架3、拨管轮4、纱管储料仓5、伺服电机6、挡板输送带7、纱管限位机构8、光电传感器9、工业相机模块10、执行机构11、故障检测模块12、二次分拣储存框13、纱管输送滑道14、纱管承接框15、承接框输送带16、同步带轮17、相机固定架18、工业相机19、光源20构成。

如图9所示，挡板输送带7用于输送纱管，挡板输送带7上设有放置纱管的槽，槽由输送带上凸出的挡板构成，槽的长度小于纱管的长度，即挡板的长度小于纱管长度，从而不会与执行机构11的顶料杆发生干涉。

沿挡板输送带7运动方向依次设有光电传感器9、工业相机模块10和至少两个执行机构11，如图10所示，光电传感器9为触发装置，其通过支架固定在挡板输送带7上方，光电传感器9主要用于计步，即挡板输送带7每运行一格(一格槽的距离)，则触发工业相机模块10拍摄一次，通过计步可以用作控制执行机构11的工作时间，例如某个执行机构11距离工业相机模块10为10步，则当工业相机模块10当前拍摄的纱管是由该执行机构11打击时，则在工业相机模块10拍摄10次后(即光电传感器9采集10次信号后)，该执行机构11工作。光电传感器9对于工业相机模块10控制，则是采集挡板输送带7上是否有纱管的信号后，即每前进一格，则精确的控制工业相机模块10拍摄一次，光电传感器9将触发工业相机模块10工作的信号输送至控制单元。

控制单元包括与工业相机19通信的工控机、以及接收光电传感器9信号、输出控制信号至执行机构11、并与工控机通信的PLC控制板，PLC控制板完成3个功能：1、接收光电传感器9捕捉到的纱管进入探测区的信号；2、与工控机进行通信。给工控机一个触发信号，启动工业相机19开始拍照，经处理识别后，返回一个执行信号；3、根据执行信号，转换成控制信号，送到对应端口输出，控制执行机构11执行相应动作。理管机需要同时识别多种颜色的纱管(数量根据需要设定)，所以有输出端口位置，如果是有纱管，每个输出端口全是低电平；如果是空纱管，相应颜色的端口输出高电平，每一路的颜色可以切换。另外，根据生产工艺要求的不同，通过自学习，颜色识别的区间可调，色系的区分区间可调。可以处理各种尺寸长度、各种颜色的纱管。工控机完成3个功能：1、接收PLC控制板送来的触发信号，启动工业相机19，开始采集纱管图像；2、对采集到的纱管图像，采用一种基于图像处理技术和视觉技术的自适应算法，进行识别处理；3、根据识别处理结果，给PLC控制板发一个执行信号。

工业相机模块10采集纱管图像信息并输送至控制单元，如图11所示，工业相机模块10包括工业相机19、将工业相机19固定在挡板输送带7上方的相机固定架18，以及固定在相机固定架18上的光源20。通过设置光源20可以通过照明保证工业相机19的识别准确性，工业相机19可以采用深圳迈维视觉公司生产的MV-UB300型号的工业相机19。

执行机构11采用气缸式执行机构11，即由气缸驱动的顶料杆，例如为了能分拣8种不同颜色的空纱管，则需要8个气缸，每个气缸设置在一个位置上，用于分拣出一个颜色的纱管，为了提高气缸的寿命，每种颜色纱管的击打分别采用3个气缸轮流进行，即一个执行机构11由三个气缸构成，则需要一共24个气缸。多个执行机构11沿挡板输送带7一侧并排布置，挡板输送带7另一侧设有与执行机构11对应的纱管输送滑道14，即一个执行机构11对应一个纱管输送滑道14，相对应的纱管输送滑道14和执行机构11沿挡板输送带7对称设置，为方便收集，纱管输送滑道14的底端出料口设有纱管承接框15。纱管承接框15底端开口，并在每个纱管承接框15下方设有纱管输送滑道14，实现分拣后的空纱管按照颜色装箱、换箱等工作。

挡板输送带7的末端设有收集未被分拣的纱管的二次分拣储存框13，工作时，执行机构11根据PLC控制板送来的控制信号执行相应动作：若纱管无纱线，执行机构11进行快速击打动作，把不同颜色的纱管分别击打到相应的纱管输送滑道14中，纱管滑进放在承接框输送带16上的纱管承接框15中；当承接框中纱管装满后，承接框输送带16将承接框运到下一个工位；有纱管或未击打的空纱管顺着挡板输送带7进入二次分拣储存框13中，进行二次分拣。

由执行机构11的气缸较多，为避免气缸故障而影响设备运行或导致设备损坏，在执行机构11旁设有故障检测模块12，故障检测模块12由反射式光电传感器、故障急停系统组成。反射式光电传感器9安置在气缸侧面，用以检测有无气缸轴长时间伸出却不收回的情况，当反射式光电传感器检测到故障时，则通过故障急停系统使设备停机。

为方便生产，挡板输送带7的始端设有纱管储料仓5，如图8所示，纱管储料仓5下方出料口设有由伺服电机6驱动用于运转纱管的拨管轮4，拨管轮4位于挡板输送带7上方，拨管轮4与纱管储料仓5之间的间隙仅允许一个纱管通过，拨管轮4为轮状结构且表面沿其轴向均匀设有多道放置纱管的槽，则能够通过拨管轮4将单根纱管依此运输到挡板输送带7的槽内，不会出现纱管重叠，影响设备运转。挡板输送带7和拨管轮4由同一个伺服电机6通过同步带轮17传动而驱动旋转，保证运行的同步性，则拨管轮4的转动方向与挡板输送带7转动方向相同。

为了使纱管分拣设备接入到纺织生产线上，纱管储料仓5入料口通过分管机承接滑道2连接分管机1的出料口。从分管机1出来的纱管(大小头统一，大头向前)，经分管机承接滑道2整齐滑入纱管储料仓5，拨管轮4把纱管一个个拨到挡板输送带7的卡槽中(挡板输送带7与拨管轮4同转速，工位一一对应)，经纱管限位机构8限位后，整齐的进入光电传感器9探测区。纱管限位机构8为设置在挡板输送带7两侧使纱管居中位于挡板输送带7上的弹片。

设备操作前可以通过用户界面完成设置，用户界面具有如下功能：

“分拣设置”功能键：可以通过相机采样，捕捉到外界管子的颜色并记录下来，把捕捉的颜色在比色盘上设置新的颜色区域(定义新的颜色，RGB的范围可调)，即所谓的自学习功能。并可定义它的RGB区域范围、颜色标号、输出端子、亮度等参数，颜色定义为一个颜色区间，提高设备的辨识度，降低因纱管间色差、使用久而褪色等问题造成的误判。

“开始分拣”功能键：点击此键，进入正常工作状态，开始对外界检测的管子进行颜色识别，然后符合之前定义颜色范围的管子，发出信号给输出端子，不断循环执行。从识别到执行的时间80ms以下，图像采样频率最快不低于10次/s，且由外部光电传感器9触发采样。

“信号控制”功能键：可以控制输出端子是否有输出。输出状态时，该种颜色可以被识别并输出执行。不输出时，该种颜色不被识别执行。

设备设置完成后，纱管分拣设备的控制方法如图2所示：

a、纱管在挡板输送带7上经过特定探测区域时，光电传感器9捕捉到信号并计作一个码位；

b、光电传感器9将电信号(5-24V)发送给控制单元的PLC控制板；

c、PLC控制板接收到输入信号后，给控制单元的工控机发一个触发信号；

d、工控机收到触发信号后，启动检测程序，工业相机19开始采集图像；即当纱管在挡板输送带7上移动一个工位时，纱管触发光电传感器9产生低电平信号传给工业相机19，触发工业相机19拍照。工业相机19把拍好的图片传给工控电脑；

e、工业相机19将图像送给工控机进行识别处理；工控机上颜色及纱线识别软件对图片进行处理，区分出纱管是否带有纱线和颜色的类别；

f、工控机根据识别结果和分拣设置的要求，确定工作执行机构11，产生不同的执行信号，送给PLC控制板；这是根据事先设定的通道信号，把对应颜色的信号通过串口码发送给PLC控制板；

j、每个执行机构11与工业相机19的码位数不同，在光电传感器9计数的码位数与该执行机构11定义的码位数相同，则PLC控制板将执行信号转换为控制信号(24V)，输出到相应的控制端子；PLC控制板接收信号后，译码，并分配到对应的端口输出给PLC的输入端(高电平有效)；

h、执行机构11执行相应动作。

在初始设置时，伺服系统调试出从相机到每个击打位置的码位个数，并记录到PLC的计数器中。当PLC输入端有高电平信号时，PLC开始捕捉伺服系统发来的码管信息并判断和事先设定值是否相同，如果相同，输出端驱动继电器控制电磁阀进行击打动作。

经多次试验，本纱管分拣设备能自动识别纱管有无缠线、纱管的粗细端方向，自动完成对有纱管的剔除，空纱管的自动按色分拣、自动装箱、自动换框，且纱管大小头自动理顺。空纱管按照颜色分拣正确率接近100％，有纱管检测和剔除正确率接近99％，运行速度240根/分钟。具有用工少，效率高，操作简单，检测和控制精度高，对外界环境鲁棒性好等特点。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.纱管分拣设备，其特征在于：设备设有运输纱管的挡板输送带，所述的挡板输送带上设有放置纱管的槽，沿所述挡板输送带运动方向依次设有工业相机模块和至少两个执行机构，所述的执行机构位于挡板输送带侧面，该设备还设有控制单元，所述的工业相机模块采集纱管图像信息并输送至控制单元，所述的控制单元输出驱动信号至执行机构将纱管侧向推出挡板输送带，所述的工业相机模块配有用于触发的光电传感器，所述光电传感器将触发工业相机模块工作的信号输送至控制单元。

2.根据权利要求1所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述的工业相机模块包括工业相机、将工业相机固定在挡板输送带上方的相机固定架，以及固定在相机固定架上的光源。

3.根据权利要求1或2所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述挡板输送带的始端设有纱管储料仓，所述纱管储料仓下方出料口设有由伺服电机驱动用于运转纱管的拨管轮，所述的拨管轮位于挡板输送带上方。

4.根据权利要求3所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述拨管轮与纱管储料仓之间的间隙仅允许一个纱管通过，所述的纱管储料仓入料口通过分管机承接滑道连接分管机的出料口。

5.根据权利要求4所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述拨管轮为轮状结构且表面沿其轴向均匀设有多道放置纱管的槽，所述的拨管轮的转动方向与挡板输送带转动方向相同。

6.根据权利要求5所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述挡板输送带的末端设有收集未被分拣的纱管的二次分拣储存框，所述挡板输送带和拨管轮由同一个伺服电机通过同步带轮传动而驱动旋转。

7.根据权利要求1、2、4、5、6、或7所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述的执行机构设有4-8个，每个所述的执行机构由1-4个气缸和分别由1-4个汽缸驱动的1-4个顶料杆构成，所述执行机构的汽缸和顶料杆顶出经过其所在位置的挡板输送带的同一个槽内的纱管，所述的执行机构位于挡板输送带一侧，所述挡板输送带另一侧设有与执行机构对应的纱管输送滑道，所述纱管输送滑道的底端出料口设有纱管承接框。

8.根据权利要求7所述的纱管分拣设备，其特征在于：所述的纱管承接框底端开口，并在每个所述的纱管承接框下方设有纱管输送滑道。

9.根据权利要求1或8所述的纱管分拣设备，其特征在于：沿所述挡板输送带运动方向，所述的工业相机模块的前方设有纱管限位机构，所述的纱管限位机构为设置在挡板输送带两侧使纱管居中位于挡板输送带上的弹片。

10.基于权利要求1-9所述的纱管分拣设备的控制方法，其特征在于：

1)、分拣设置，定义每个执行机构分拣的纱管颜色区间；

2)、系统启动；

3)、执行分拣工作；

4)、若出现故障则停机和/或报警；

所述执行分拣工作包括

a、光电传感器捕捉到信号并计作一个码位；

b、光电传感器将电信号发送给控制单元的PLC控制板；

c、PLC控制板接收到输入信号后，给控制单元的工控机发一个触发信号；

d、工控机收到触发信号后，启动检测程序，工业相机开始采集图像；

e、工业相机将图像送给工控机进行识别处理；

f、工控机根据识别结果和分拣设置的要求，确定工作执行机构，并产生不同的执行信号，送给PLC控制板；

j、每个执行机构与工业相机的码位数不同，在光电传感器计数的码位数与该执行机构定义的码位数相同，则PLC控制板将执行信号转换为控制信号输出到相应的控制端子；

h、相应执行机构执行相应动作。