CN106042327A - 一种胎坯宽度检测及传送速度控制方法及检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种胎坯宽度检测及传送速度控制方法及检测控制系统，方法包括步骤：1)、设置胎坯宽度的检测装置；2)、预设胎坯宽度免调范围和合格范围，通过工业相机采集传送带上胎坯的图像，工控机利用图像处理算法计算出胎坯的实时宽度，并得出具体的控制方法，通过PLC的模拟电压输出控制变频器，调节胎坯传送带驱动电机的转速；系统包括工业相机、光源、工控机、PLC、变频器、检测箱。本发明采用非接触式的图像处理技术，能对胎坯宽度进行在线实时检测，检测精度高；且能对胎坯传送带驱动电机的转速进行在线自动调控，从而克服了因传送速度波动导致的生产质量问题；本发明对电机转速调节的时间短，次品率低，生产效率高，成本低。

Description

一种胎坯宽度检测及传送速度控制方法及检测控制系统

技术领域

本发明涉及轮胎胎坯生产技术领域，特别涉及一种轮胎胎坯的宽度检测及传送速度的控制方法和设备。

背景技术

随着我国人口结构的变化，劳动力的减少，以及市场需求的逐渐扩大，在许多工业生产中，不得不面临生产成本提高、生产效率低下、次品率高等问题的产生。为解决所面临的问题，工业自动化应运而生。用自动控制技术控制生产过程，让机器代替人工劳动，不仅可以降低生产成本，形成大规模生产，还可提高生产效率，降低产品次品率，实现企业利益的最大化。

但是在工业向自动化发展的大环境下，我国仍然有许多行业的自动化发展水平较低。如轮胎胎坯生产行业，在胎坯生产过程，仍然采用的是电磁调速电机来控制传送带的速度，控制方式为手动控制，需要专人根据胎坯外形尺寸的实际变化调节变频器输出进行控制，控制精度不高，自动化水平低下。

针对当前的轮胎胎坯生产状况，为了提高生产效率，解决因传送带速度波动导致的胎坯外形尺寸变化等生产质量问题，因此有必要设计出一套新的胎坯宽度在线检测及传动速度控制系统。

由于胎坯传送带驱动电机的理想转速在工业实际中受挤出机挤出速度、挤出温度、喂料速度等多种因素影响，呈高阶非线性、时变性等特点，其胎坯尺寸与转速之间的机理模型无法得到，因此传统的基于模型的控制方法无法应用在本系统中。其他常用的无模型控制方法如PID控制，由于时变性则其PID参数难以整定，因而不可取。本系统在实时检测的基础上运用分类逐步控制策略，有效的克服了时变性和高阶非线性等因素对控制精度的影响，采用逐步逼近的思想，减少控制时间，提高控制精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种胎坯宽度检测及传送速度控制方法及检测控制系统，以解决当前轮胎胎坯生产效率低，传送带速度波动导致胎坯外形尺寸不合格等问题。

本发明胎坯宽度检测及传送速度控制方法，包括以下步骤：

1)、设置胎坯宽度检测装置，所述胎坯宽度检测装置包括工业相机、光源、工控机、以及固定工业相机和光源的检测箱，所述检测箱的上半部分采用遮光板封闭，且遮光板上设置有供胎坯传送带穿过的圆弧形开口；所述工业相机设置在检测箱顶部的中间，所述光源设置在工业相机的右侧和正下方；

2)、预设定胎坯宽度免调范围和合格范围,通过工业相机采集胎坯传送带上胎坯的图像，工业相机将所采集的图像信息传送给工控机，工控机利用图像处理算法计算出胎坯的实时宽度，根据其宽度所属范围得出具体的控制方法，然后工控机通过OPC软接口将调控转速信息传送给PLC，最后通过PLC的模拟电压输出控制变频器，调节胎坯传送带驱动电机的转速；

所述图像处理算法为Robinson算法，所述Robinson算法的阈值通过公式：

获得，其中x为3*3邻域的平均灰度值；

在步骤2)中，所述根据其宽度所属范围得出具体的控制方法，即根据检测结果分别采取如下的控制方式：

1)、当宽度在免调范围内，保持以前的转速；

2)、当宽度超过免调范围、但仍在合格范围内，采用以延迟时间为间隔、以调节频率为步长的调速方法；

3)、当宽度超过合格范围，采用以调节时间为间隔、以调节频率为步长的调速方法。

进一步，所述的延迟时间设置为10s；所述的调节时间设置为3s；所述调节频率设置为0.05Hz。

本发明还公开了一种胎坯宽度检测及传送速度控制系统，包括工业相机、光源、工控机、PLC、控制胎坯传送带驱动电机的变频器、以及固定工业相机和光源的检测箱，所述检测箱的上半部分采用遮光板封闭，且遮光板上设置有供胎坯传送带穿过的圆弧形开口；所述工业相机设置在检测箱顶部的中间，所述光源设置在工业相机的右侧和正下方；

所述工业相机与工控机电连接，工业相机用于采集胎坯的图像，并将图像信息传送给工控机；

所述工控机与PLC连接，工控机用于对图像信息进行处理、并获得胎坯传送带驱动电机的转速调控方法，同时将调控信息通过OPC软接口传送给PLC；

所述PLC与变频器电连接，PLC用于控制变频器以改变胎坯传送带驱动电机的工作电源的频率。

本发明的有益效果：

本发明胎坯宽度检测及传送速度控制方法及检测控制系统，其适用于工业生产环境，检测装置在设置好后不易产生形变和移位，不会影响生产；本发明采用非接触式的图像处理技术，能对胎坯外形的宽度尺寸进行在线实时检测，检测误差小于0.5mm；本发明根据检测到的胎坯外形尺寸，对胎坯传送带驱动电机的转速进行在线自动调控，从而克服了因传送速度波动导致的生产质量问题；本发明对电机转速调节的时间小于1分钟，产品次品率低于0.5％，生产效率高，生产成本低；同时本发明还适用于多种胎坯类型的在线检测和控制任务，通用性好。

附图说明

图1为胎坯宽度检测及传送速度控制方法的流程图；

图2为胎坯宽度检测及传送速度控制系统的结构示意图；

附图标记说明：1-工业相机，2-光源，3-工控机，4-PLC，5-变频器，6-检测箱，7-遮光板，8-胎坯传送带，9-胎坯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本实施例胎坯宽度检测及传送速度控制方法，包括以下步骤：

胎坯宽度检测及传送速度控制方法，包括以下步骤：

1)、设置胎坯宽度检测装置，所述胎坯宽度检测装置包括工业相机1、光源2、工控机3、以及固定工业相机和光源的检测箱6，所述检测箱的上半部分采用遮光板7封闭，且遮光板上设置有供胎坯传送带穿过的圆弧形开口；所述工业相机设置在检测箱顶部的中间，所述光源设置在工业相机的右侧和正下方；

2)、预设定胎坯宽度免调范围和合格范围，本实施例中胎坯宽度免调范围预设定为45.5mm-45.8mm，合格范围预设定为如45.2mm-46.0mm,通过工业相机采集胎坯传送带上胎坯的图像，工业相机将所采集的图像信息传送给工控机，工控机利用图像处理算法计算出胎坯的实时宽度，根据其宽度所属范围得出具体的控制方法，然后工控机通过OPC软接口将调控转速信息传送给PLC 4，最后通过PLC的模拟电压输出控制变频器5，调节胎坯传送带驱动电机的转速；

所述图像处理算法为Robinson算法，所述Robinson算法的阈值通过公式：

获得，其中x为3*3邻域的平均灰度值；根据人眼对灰度值的敏感度函数关系T＝Tmax*(x/256)^r，Tmax为最大的灰度值，x为灰阶，r取值为2.2，可以得到人眼对灰度值较低的时候比灰度值高的时候敏感，于是更容易分别出边缘，因此在灰度值高的区域，阈值相对也要设置的大一些。因此将灰度值分为(0,200)和[200,255]两个区间，根据最佳实验数据拟合可得上述公式。

同时在运行本实施例胎坯宽度检测及传送速度控制方法时，首先要在数据库中写入胎坯的标准信息，包括胎坯的类型、胎坯宽度免调范围和合格范围以及胎坯传送带驱动电机的工作电源初始频率。

在步骤2)中，所述根据其宽度所属范围得出具体的控制方法，即根据检测结果分别采取如下的控制方式：

1)、当宽度在免调范围内，保持以前的转速；

2)、当宽度超过免调范围、但仍在合格范围内，采用以延迟时间为间隔、以调节频率为步长的调速方法；

3)、当宽度超过合格范围，采用以调节时间为间隔、以调节频率为步长的调速方法。

本实施例中所述PLC采用s7-200，PLC的模拟电压输出采用西门子的EM235CN模拟量输入输出模块实现。

所述的延迟时间可以设置得较大，以保证转速和胎坯的尺寸波动较小，本实施例中所述延迟时间优选设置为10s；所述的调节时间可以设置得较小，以保证转速和胎坯的尺寸尽快落入合格范围，本实施例中所述调节时间优选设置为3s；因为变频器的分辨率为0.01Hz，选择太小会使调节时间变长，选择太大，会使调节波动变大，从而使调节时间边长，本实施例中所述调节频率优选设置为0.05Hz。

采用以上分类逐步控制策略，在防止延迟带来的误差的同时，也可以提高调节精度，节省调节时间。

本实施例胎坯宽度检测及传送速度控制系统，包括工业相机1、光源2、工控机3、PLC 4、控制胎坯传送带驱动电机的变频器5、以及固定工业相机和光源的检测箱6，所述检测箱的上半部分采用遮光板7封闭，且遮光板上设置有供胎坯传送带8穿过的圆弧形开口；所述工业相机设置在检测箱顶部的中间，所述光源对称设置在工业相机的右侧和正下方；

所述工业相机与工控机电连接，工业相机用于采集胎坯9的图像，并将图像信息传送给工控机；

所述工控机与PLC电连接，工控机用于对图像信息进行处理、并获得胎坯传送带驱动电机的控制方法，同时将调控信息通过OPC软接口传送给PLC；

所述PLC与变频器电连接，PLC用于控制变频器以改变胎坯传送带驱动电机的工作电源的频率。

本发明实施例中，检测箱6采用扁钢制作，工业相机1位于检测箱顶部中心，顶部中心悬挂工业相机，光源对称置于工业相机右侧和正下方，从而使检测箱的重心稳定，不易产生位移；同时检测箱上半部分被遮光板封闭，只在传送带方向留有圆弧形开口，从而使内部光线恒定，不受外界阴晴的影响；因此对胎坯宽度的检测稳定性好，提高了检测精度。由于本实施例中方法和系统只需要检测胎坯的宽度，使得能将Robinson算法在原有的8个方向上的边缘检测模板改为一个，从而能加快运行速度。由于传统Robinson算法需要人为给定阈值，并且阈值给定后大多不变，如果阈值偏小，则会出现伪边缘的情况，如果阈值偏大，则会出现边缘间断的现象，针对此缺点，本实施例中给出的阈值计算公式使得Robinson算法能自适应给定阈值，不再需要人为给Robinson算法给定阈值。

本实施例胎坯宽度检测及传送速度控制方法及检测控制系统，其适用于工业生产环境，所采用的非接触式的图像处理技术，能对胎坯外形的宽度尺寸进行在线实时检测，检测误差小于0.5mm；本发明实施例根据检测到的胎坯外形尺寸，对胎坯传送带驱动电机的转速进行在线自动调控，从而克服了因传送速度波动导致的生产质量问题；本发明实施例对电机转速调节的时间小于1分钟，产品次品率低于0.5％，生产效率高，生产成本低；同时本发明实施例还适用于多种胎坯类型的在线检测和控制任务，通用性好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种胎坯宽度检测及传送速度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、设置胎坯宽度检测装置，所述胎坯宽度检测装置包括工业相机、光源、工控机、以及固定工业相机和光源的检测箱，所述检测箱的上半部分采用遮光板封闭，且遮光板上设置有供胎坯传送带穿过的圆弧形开口；所述工业相机设置在检测箱顶部的中间，所述光源设置在工业相机的右侧和正下方；

2)、预设定胎坯宽度免调范围和合格范围,通过工业相机采集胎坯传送带上胎坯的图像，工业相机将所采集的图像信息传送给工控机，工控机利用图像处理算法计算出胎坯的实时宽度，根据其宽度所属范围得出具体的控制方法，然后工控机通过OPC软接口将调控转速信息传送给PLC，最后通过PLC的模拟电压输出控制变频器，调节胎坯传送带驱动电机的转速；

所述图像处理算法为Robinson算法，所述Robinson算法的阈值通过公式：

获得，其中x为3*3邻域的平均灰度值；

在步骤2)中，所述根据其宽度所属范围得出具体的控制方法，即根据检测结果分别采取如下的控制方式：

1)、当宽度在免调范围内，保持以前的转速；

2)、当宽度超过免调范围、但仍在合格范围内，采用以延迟时间为间隔、以调节频率为步长的调速方法；

3)、当宽度超过合格范围，采用以调节时间为间隔、以调节频率为步长的调速方法。

2.根据权利要求1所述的胎坯宽度检测及传送速度控制方法，其特征在于：

所述的延迟时间设置为10s；所述的调节时间设置为3s；所述调节频率设置为0.05Hz。

3.一种胎坯宽度检测及传送速度控制系统，其特征在于：包括工业相机、光源、工控机、PLC、控制胎坯传送带驱动电机的变频器、以及固定工业相机和光源的检测箱，所述检测箱的上半部分采用遮光板封闭，且遮光板上设置有供胎坯传送带穿过的圆弧形开口；所述工业相机设置在检测箱顶部的中间，所述光源设置在工业相机的右侧和正下方；

所述工业相机与工控机电连接，工业相机用于采集胎坯的图像，并将图像信息传送给工控机；

所述工控机与PLC连接，工控机用于对图像信息进行处理、并获得胎坯传送带驱动电机的转速调控方法，同时将调控信息通过OPC软接口传送给PLC；

所述PLC与变频器电连接，PLC用于控制变频器以改变胎坯传送带驱动电机的工作电源的频率。