CN109366830B - 一种用于淋膜机的自动对位检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于淋膜机的自动对位检测装置及检测方法，可解决现有色标传感器存在计算不准确及存在安全风险的技术问题。包括传动机构和检测机构，传动机构包括上调节辊轴、下调节辊轴及传输带，传输带通过上调节辊轴和下调节辊轴支撑并沿其传动；检测机构包括两个采集单元，采集单元一和采集单位二；每个采集单元包括条形光源、工业相机、标识识别指示器、导轨及电机；采集单元一设置在上调节辊轴和下调节辊轴所构成的四边形面的正上方；采集单元二设置在上调节辊轴和下调节辊轴所构成的四边形面的正下方；本发明参数设置可在上位机上进行，没有安全问题，并且相机视野范围远比色标要大，且对不同种类膜的适应性远远超出色标传感器，因此没有丢标和多标的问题。

Description

一种用于淋膜机的自动对位检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及淋膜机技术领域，具体涉及一种用于淋膜机的自动对位检测装置及检测方法。

背景技术

淋膜机又称挤出复合机、流延机、挤出流延机、流延复合机、涂膜机、涂塑机是挤出成型机械的一种。它主要用于在基材的两面覆膜，现有的方法是，先把一面覆膜后再给另一面覆膜，由于覆膜技术是利用电机驱动主轴辊将胶料按周期淋到基材上，主轴辊滚动一周就是一个周期，要求淋膜时每个周期的上下膜长的起始位置相同，否则会导致成品报废。

因此，在现有的淋膜机种已经出现利用色标传感器检测伺服电机编码器的位置，经过PLC的编程运算，控制上下膜长起始位置的偏差，确保淋膜时每个周期的膜长起始位置相同，以满足成品良率的要求。

但是现有的这种色标对位技术存在以下几个问题，导致在实际使用中效果并不理想。

1、由于每张膜上的图案相近颜色众多，因此，色标传感器经常出现多标的现象，导致膜长计算不准确；即多标问题。

2、下膜常见透明基底的膜，上面仅有文字，没有明显的色标或者色标长度过短。在淋膜的过程中，膜会左右晃动，经常容易丢标；即丢标问题。

3、色标传感器的设置比较麻烦，每次设置时需要人工按键设置，由于色标就安装在离膜距离很近的位置，且换膜时并不停机（经济性考虑，停机损失耗材），因此容易发生危险。

发明内容

本发明提出的一种用于淋膜机的自动对位检测装置及检测方法，可解决现有的色标传感器存在计算不准确、设置麻烦而且存在安全风险的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于淋膜机的自动对位检测装置，包括传动机构和检测机构，

所述传动机构包括上调节辊轴、下调节辊轴及传输带，所述上调节辊轴和下调节辊轴分别水平固定在机架上，所述传输带通过上调节辊轴和下调节辊轴支撑并沿其传动，所述上调节辊轴和下调节辊轴的连接面与水平面呈夹角α，α＞0°；

所述检测机构包括两个采集单元，采集单元一和采集单位二；

每个采集单元包括条形光源、工业相机、标识识别指示器、导轨及电机；

所述采集单元一设置在上调节辊轴和下调节辊轴所构成的四边形面的正上方；

所述采集单元二设置在上调节辊轴和下调节辊轴所构成的四边形面的正下方；

所述条形光源、工业相机及标识识别指示器集中设置在固定板上，所述固定板固定在导轨上，所述固定板可沿导轨运动，所述固定板与电机连接；

所述检测机构还包括支架，所述支架设置在机架的内部，所述导轨设置在机架上；

所述条形光源、工业相机、标识识别指示器及电机分别与控制模块连接。

进一步的，还包括上位机，所述上位机与控制模块连接。

进一步的，所述导轨通过导轨固定块固定在机架上。

进一步的，所述夹角α为60°。

进一步的，所述工业相机的相机镜头与所述上调节辊轴和下调节辊轴所构成的四边形面的垂直距离为15cm。

进一步的，所述条形光源与所述上调节辊轴和下调节辊轴所构成的四边形面呈45°夹角。

进一步的，所述控制模块采用PLC控制器。

进一步的，所述上位机为10寸工业平板电脑。

一种用于淋膜机的自动对位检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1：工业相机识别被测物的特征；

当淋好膜的被测物通过工业相机视野时，特征对应的每个像素的RGB值被采集；

S2：工业相机识别颜色的宽度L：

每个识别出时颜色像素的个数n乘以相机的像素尺寸s再除以放大倍数β即可，即L=n*s/β；

S3：在上位机上设定当前要识别的颜色，与要识别颜色对应的宽度，则当淋好膜的被测物通过工业相机视野时，工业相机按照步骤S1和S2开始计算，当计算的结果符合设定的值，即输出识别的唯一特征信号；

S4：当检测信号被提取后，所述上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A₁给PLC，该位置信号A₁代表上膜长的起始位置X₁，当下一个检测信号到来时，所述上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A₂给PLC，该位置信号A₂代表上膜长的结束位置X₂，则上膜长L_上=X₂-X₁；

同理，可得下膜长L_下；

S5：偏差矫正：

若上膜超前，则L_上＞L_下；按照当前速度，再下一个检测信号到来时，上膜需要减速，两者的偏差值为：

∆L=L_上-L_下；

则下个检测时间t来临时，上膜的速度为

V_减=（L_下-∆L）/t；

则下一检测时间t内的速度与原有速度之比为

V_减/V=（L_下-∆L）/L_上；

伺服的驱动频率与当前的速度一一对应，则根据计算结果，调整伺服的驱动频率即可调整当前伺服到下个检测时间t内的速度，以完成纠正偏差的过程；

若下膜超前，同理调整即可；

S6：伺服的速度一直在动态调整以保证上膜和下膜的复合一直在误差允许的范围内。

进一步的，所述步骤S1中像素颜色采集过程如下：

每个像素建立一个集合X={Ri，Gi，Bi}，i是像素的序号，且该集合的每个元素的取值范围为0-255；

对集合中的元素进行排序，找出最大值，即y=Max{Ri，Gi，Bi}；

取集合中的最大值元素与集合中的另外两个元素做差值；

diff_i= y-{xi|xi<y}

将diff_i的值与上位机内设定的阈值a做比较，若diff_i≥a，则可识别出来当前像素的颜色落在元素中最大值的颜色的色域范围内，即识别出当前像素的颜色。

由上述技术方案可知，本发明在被测物淋好膜之后经传送带传送到相机视野内，经相机读取被测面的特征并发送给控制模块，经控制模块判断特征位置是否有偏差及计算偏差值，若偏差值超出可供调节的范围，则在工业平板上直接报警。

相对现有技术，本发明的有益效果如下：

1、参数设置在上位机上进行，没有安全问题。

2、相机本身的视野和景深远大于色标传感器的识别点，因此没有丢标问题。

3、通过控制模块内部设置算法来解决多标问题，因为识别的都是图案的唯一特征。

4、由于相机作为处理核心已经解决唯一特征提取的问题，因此PLC的扫秒周期可以缩短，因此调节精度比色标传感器要高出33%以上。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的传动机构结构示意图；

图3是本发明的检测机构结构示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种用于淋膜机的自动对位检测装置，包括传动机构1和检测机构2；

其中，所述传动机构1包括上调节辊轴12、下调节辊轴14及传输带13，所述上调节辊轴12和下调节辊轴14分别水平固定在机架11上，所述传输带13通过上调节辊轴12和下调节辊轴14支撑并沿其传动，所述上调节辊轴12和下调节辊轴14的连接面与水平面呈夹角α，α＞0°；

所述检测机构2包括两个采集单元，采集单元一和采集单位二；

每个采集单元包括条形光源26、工业相机25、标识识别指示器24、导轨23及电机；

所述采集单元一设置在上调节辊轴12和下调节辊轴14所构成的四边形面的正上方；

所述采集单元二设置在上调节辊轴12和下调节辊轴14所构成的四边形面的正下方；

所述条形光源26、工业相机25及标识识别指示器24集中设置在固定板27上，所述固定板27固定在导轨23上，所述固定板27可沿导轨23运动，所述固定板27与电机连接；

所述检测机构2还包括支架21，所述支架21设置在机架11的内部，所述导轨23设置在机架11上；所述导轨23通过导轨固定块22固定在机架11上；

所述条形光源26、工业相机25、标识识别指示器24及电机分别与控制模块连接。本实施例的控制模块采用PLC控制器。

还包括上位机，所述上位机与控制模块连接，本实施例上位机具体采用10寸的工业平板电脑。

两调节辊轴为了保证已经淋好膜的基材与水平方向成60度（左右）夹角，这是为了保证相机的对位视野。

相对位置关系：相机镜头离被测面15cm左右，条形光源26与被侧面成45度夹角，相机可以是线扫工业相机或者面阵工业相机。

实施例1是线扫相机的视野线与条形光源26平行，且线扫相机的视野线与被测面的运动方向平行，标识识别指示器24的照射区域与视野线重合，提供当前位置下相机的识别区域指示。

实施例2是线扫相机的视野线与条形光源26平行，且线扫相机的视野线与被测面的运动方向垂直，标识识别指示器的照射区域与视野线重合。

这两种放置位置的区别在于图像处理的流程不同。因为线扫相机只能看到一条线。在平行状态下的检测是针对被测面的竖向特征的检测，在垂直状态下的检测是针对被测面的横向特征的检测，提取特征不同，算法也就不同。

工作原理：

实施例1的工作原理：当淋好膜的被测物通过相机视野时，其膜上的竖向特征的颜色以及该颜色对应的宽度被相机识别，通过上位机设置好的对应颜色及宽度等参数，

即可识别出膜上的唯一特征作为膜长的起始位置，来读取编码器的信号。

实施例2的工作原理：当淋好膜的被测物通过相机视野时，其膜上的横向特征被相机识别后，上位机上以模板匹配的方式扣出任意横向行的特征；

工业相机25根据扣出的模板扫描到对应的特征时即可识别出膜上的唯一特征作为膜长的起始位置，来读取编码器的信号。

当检测信号被提取后，所述上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A给PLC，该位置信号A代表上膜长的起始位置；下工业相机用于检测下伺服电机的编码器的位置信号B给PLC，该位置信号B代表下膜长的起始位置。PLC计算位置信号A与位置信号B的插值并写入运动控制器，该运动控制器根据AB之间的差值输出驱动信号给对应的伺服驱动器，以控制伺服电机的位置增加或者减少来使AB见差值趋近于零。

若偏差值超出可供调节的范围，则在工业平板上直接报警。

其中，工业平板电脑，PLC控制器和工业相机*2（对应上膜和下膜）之间采用总线连接。

对于如何解决色标传感器容易出现的多标，丢标和设置问题。方法如下：工业相机25与工业平板时总线连接，因此，对位参数可以通过总线直接下发给相机，人工不需要站在机器旁按键设置。

通过相机内的识别算法来解决丢标和多标问题。

通过相机内的识别算法例如实施例1和实施例2来解决多标问题，因为识别的都是图案的唯一特征。

相机本身的视野和景深远大于色标传感器的识别点，因此没有丢标问题。

本实施例的具体检测识别过程如下：

S1：相机识别颜色：

当淋好膜的被测物通过相机视野时，特征对应的每个像素的RGB值被采集，即每个像素建立一个集合X={Ri，Gi，Bi}，i是像素的序号，且该集合的每个元素的取值范围为0-255。

对集合中的元素进行排序，找出最大值，即y=Max{Ri，Gi，Bi}。

取集合中的最大值元素与集合中的另外两个元素做差值。

diff_i= y-{xi|xi<y}

将diff_i的值与触摸屏内设定的阈值a做比较，若diff_i≥a，则可识别出来当前像素的颜色落在元素中最大值的颜色的色域范围内，即识别出当前像素的颜色。

S2：相机识别颜色的宽度l：

每个识别出时颜色像素的个数n乘以相机的像素尺寸s再除以放大倍数β即可，即L=n*s/β；

S3：在触摸屏上设定当前要识别的颜色，与要识别颜色对应的宽度，则当淋好膜的被测物通过相机视野时，相机按照步骤S1和S2开始计算，当计算的结果符合设定的值，即输出识别的唯一特征信号。

当检测信号被提取后，所述上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A₁给PLC，该位置信号A₁代表上膜长的起始位置X₁，当下一个检测信号到来时，所述上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A₂给PLC，该位置信号A₂代表上膜长的结束位置X₂，则上膜长L_上=X₂-X₁；

同理，可得下膜长L_下；

S5：偏差矫正：

若上膜超前，则L_上＞L_下；按照当前速度，再下一个检测信号到来时，上膜需要减速，两者的偏差值为：

∆L=L_上-L_下；

则下个检测时间t来临时，上膜的速度为

V_减=（L_下-∆L）/t；

则下一检测时间t内的速度与原有速度之比为

V_减/V=（L_下-∆L）/L_上；

伺服的驱动频率与当前的速度一一对应，则根据计算结果，调整伺服的驱动频率即可调整当前伺服到下个检测时间t内的速度，以完成纠正偏差的过程；

若下膜超前，同理调整即可；

S6：因为检测信号一直不停的到来，所以，其伺服的速度一直在动态调整以保证上膜和下膜的复合一直在误差允许的范围内。

综上可知，本实施例相对比色标的效果提升，对位精度控制在±5mm内，丢标率小于1%，适应性（各种膜）超过95%，多标率为0。目前色标只能做到±7.5mm，丢标率3%，适应性80%。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种用于淋膜机的自动对位检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：工业相机(25)识别被测物的特征；

当淋好膜的被测物通过工业相机(25)视野时，特征对应的每个像素的RGB值被采集；

S2：工业相机(25)识别膜上的竖向特征的颜色以及该颜色对应的宽度L：

每个识别出时颜色像素的个数n乘以相机的像素尺寸s再除以放大倍数β即可，即L＝n*s/β；

S3：在上位机上设定当前要识别的颜色，与要识别颜色对应的宽度，则当淋好膜的被测物通过工业相机(25)视野时，工业相机(25)按照步骤S1和S2开始计算，当计算的结果符合设定的值，即输出识别的唯一特征信号；

S4：当检测信号被提取后，上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A₁给PLC，该位置信号A₁代表上膜长的起始位置X₁，当下一个检测信号到来时，上工业相机用于检测上伺服电机的编码器的位置信号A₂给PLC，该位置信号A₂代表上膜长的结束位置X₂，则上膜长L_上＝X₂-X₁；

同理，可得下膜长L_下；

S5：偏差矫正：

若上膜超前，则L_上＞L_下；按照当前速度，再下一个检测信号到来时，上膜需要减速，两者的偏差值为：

ΔL＝L_上-L_下；

则下个检测时间t来临时，上膜的速度为

V_减＝(L_下-ΔL)/t；

则下一检测时间t内的速度与原有速度之比为

V_减/V＝(L_下-ΔL)/L_上；

伺服的驱动频率与当前的速度一一对应，则根据计算结果，调整伺服的驱动频率即可调整当前伺服到下个检测时间t内的速度，以完成纠正偏差的过程；

若下膜超前，同理调整即可；

S6：伺服的速度一直在动态调整以保证上膜和下膜的复合一直在误差允许的范围内。

2.如权利要求1所述的一种用于淋膜机的自动对位检测装置的检测方法，其特征在于，所述步骤S1中像素颜色采集过程如下：

每个像素建立一个集合X＝{Ri，Gi，Bi}，i是像素的序号，且该集合的每个元素的取值范围为0-255；

对集合中的元素进行排序，找出最大值，即y＝Max{Ri，Gi，Bi}；

取集合中的最大值元素与集合中的另外两个元素做差值；

diff_i＝y-{xi|xi<y}

将diff_i的值与上位机内设定的阈值a做比较，若diff_i≥a，则可识别出来当前像素的颜色落在元素中最大值的颜色的色域范围内，即识别出当前像素的颜色。