CN109737230B - 一种非接触测量的智能液控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触测量的智能液控系统及方法，液控系统包括电荷测量模块、距离测量模块、电磁阀控制模块、驱动模块以及微处理器模块。采用电荷测量模块采集不同间隔距离与不同待测物尺寸下的带电电荷量，基于密度聚类算法结合二元线性回归构建数学模型，获得不同待测物上表面面积与液剂用量的对偶映射，输出到电磁阀控制模块结合驱动电机控制算法调节驱动电机伸缩距离，在无需接触测量的条件下检测不同待测物上表面面积，进行不同液量输出，避免了大尺寸零件供液过少而小尺寸零件供液过多的不足，实现了给液系统的自动化、智能化、节约化与清洁化运行。

Description

一种非接触测量的智能液控系统及方法

技术领域

本发明属于供液控制技术领域，具体涉及一种非接触测量的智能液控系统及方法。

背景技术

随着科技的不断进步和社会的发展，各种零件的高质量加工越来越受重视，而针对不同尺寸加工零件，使用的工业液剂量往往是不相同的。现有技术中常采用的固定流量给液方法无法自适应零件尺寸的大小，对于大尺寸的零件，常出现给液用量不足的问题，从而影响产品质量，而对于小尺寸的零件，则往往会造成给液浪费的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种非接触测量的智能液控系统及方法，能够根据检测不同零件的尺寸大小估算其液剂需求量，并据此合理给液，实现了给液系统的自动化、智能化、节约化、清洁化运行。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种非接触测量的智能液控系统，包括：

储液室；

活动室，所述活动室内设有活塞，活动室端部设有排液管道；

电荷测量模块，所述电荷测量模块用于测量被测零件上自带的电荷量；

距离测量模块，所述距离测量模块用于测量被测零件与电荷测量模块之间的距离；

微处理器模块，所述微处理器模块的输入端分别与所述电荷测量模块和距离测量模块相连，用于获取电荷测量模块和距离测量模块的输出信号；

电磁阀控制模块，所述电磁阀控制包括进液口电磁阀、三通管和出液口电磁阀，所述进液口电磁阀、出液口电磁阀和活动室管道分别与三通管上对应的管路相连通；所述进液口电磁阀还与储液室的出液口相连，其控制端与微处理器模块相连；所述出液口电磁阀上还连接有出液管，其控制端与微处理器模块相连；

驱动模块，所述驱动模块包括相连的驱动电机和驱动电路，所述驱动电路的控制端与微处理器模块的输出端相连，所述驱动电机的输出轴与所述活塞相连，用于控制活动室内的进液量和出液量。

优选地，所述电荷测量模块包括非接触式电容传感器和传感器感应板，所述非接触式电容传感器与传感器感应板通过导线相连。

优选地，所述距离测量模块为红外线测距传感器，用于测量被测零件与电荷测量模块之间的垂直距离，并将测量数据发送给微处理器模块。

优选地，所述非接触测量的智能液控系统还包括底座，所述底座包括平行设置的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板之间设有竖直支撑板；所述上支撑板上设有出液口，所述出液口与出液口电磁阀上连接的出液管相连通；所述电荷测量模块和距离测量模块均设于所述上支撑板上靠近下支撑板的侧壁上；所述下支撑板上用于放置被测零件。

优选地，当活动室内需要补充液体时，微处理器模块给出打开进液口电磁阀和关闭出液口电磁阀信号，驱动模块带动活塞运动，使得活动室内容积增大，实现从储液室吸入液体；当活动室内需要输出液体时，微处理器模块关闭进液口电磁阀，打开出液口电磁阀，驱动模块带动活塞运动，使得活动室的容积减小，活动室内的液体从出液口排出。

第二方面，本发明提供了一种非接触测量的智能液控方法，包括以下步骤：

将电荷测量模块和距离测量模块放置于同一高度；

不断改变电荷测量模块和距离测量模块与待测物之间的距离，得出带电电荷量数据和距离数据；

不断改变待测物的尺寸，得出带电电荷量数据和距离数据；

基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型；

基于待测物上表面面积与液体出液量之间的关系模型获得出液量；

微处理器模块根据出液量给出关闭进液口电磁阀和打开出液口电磁阀信号，驱动模块带动位于活动室内的活塞运动，使得活动室的容积减小，活动室内的液体从出液口排出。

优选地，所述基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型，具体为：

首先，每次改变电荷测量模块和距离测量模块与待测物之间的距离，以及改变待测物的尺寸获得带电电荷量数据和距离数据，进行去噪处理后得到一组去噪数据，并存储在微处理器模块内；然后，对所有组去噪数据利用密度聚类的信息熵过滤机制过滤掉离簇点；最后，利用二元线性回归算法构建数学关系。

优选地，所述利用二元线性回归算法构建数学关系，还包括：

通过随机梯度下降法加速回归算法，并在损失函数中加入惩罚项以防止过度拟合；所述损失函数为对数损失函数；所述惩罚项为套索回归惩罚项。

优选地，所述线性回归模型的输入为带电电荷量数据的自然对数值和距离数据的自然对数值，所述线性回归模型的输出为上表面面积的自然对数值。

优选地，所述非接触测量的智能液控方法还包括：

当活动室内需要补充液体时，微处理器模块给出打开进液口电磁阀和关闭出液口电磁阀信号，驱动模块带动活塞运动，使得活动室的容积增大，实现从储液室吸出液体。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供了一种非接触测量的智能液控系统及方法，根据大量的前期测试数据，通过机器学习算法训练二元线性回归数据模型，保存在微处理模块内，并据此判断后续不同零件的上表面面积，映射到事先人为设定的液剂出液量，分析得到当前零件的液剂需求量信息，转化成电磁阀控制模块控制信息与驱动模块中驱动电机的伸缩距离信息，配合电机控制算法控制驱动电机进行机械运动，辅以电磁阀开关控制，完成排液流程，能够针对不同尺寸大小的零件进行合理给液，实现给液系统的自动化、智能化、节约化与清洁化运行。

附图说明

图1为本发明一种非接触测量的智能液控系统的原理示意图；

图2为本发明一种非接触测量的智能液控系统的学习算法示意图；

图3为本发明一种非接触测量的智能液控系统的控制算法方框图；

图4为本发明一种非接触测量的智能液控系统的结构示意图；

图5为本发明一种非接触测量的智能液控系统的传感器分布示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明提供了一种非接触测量的智能液控系统及方法，主要通过采集大量的前期待测物的带电电荷量信息和距离信息后，利用机器学习算法训练线性回归模型，并建立待测物上表面面积尺寸与液剂出液量的恒同映射关系，保存在微处理器模块内，并以此为依据，估计后续零件的尺寸大小，分析得到液剂需求量实现合理给液。本发明无需刻意控制零件与传感器感应板的距离，只要自然放置在传感器感应板下方，即可估算出零件的上表面面积。因此，本发明能够通过非接触式电容感应和机器学习算法，分析被测零件的尺寸大小，精准给液，并自动控制给液系统的运行。

实施例1

本发明实施例提供了一种非接触测量的智能液控系统，如图1所示，具体包括：

储液室6，所述储液室6用于存储液体；在本发明实施例的优选实施方式中，所述储液室6的顶部设置进液口，该进液口处设有盖体5；

活动室1，所述活动室1内设有活塞2，活动室1端部设有排液管道；

电荷测量模块，所述电荷测量模块用于测量被测零件在自然状态下自带的电荷量；在本发明实施例的优选实施方式中，所述电荷测量模块包括非接触式电容传感器9和传感器感应板12，所述非接触式电容传感器9与传感器感应板12通过绝缘性能良好的导线相连；所述的传感器感应板12由导体材料制成；

距离测量模块10，所述距离测量模块10用于测量被测零件与电荷测量模块之间的垂直距离；在本发明实施例的优选实施方式中，所述距离测量模块10为红外线测距传感器，用于测量被测零件与电荷测量模块之间的垂直距离，并将测量数据发送给微处理器模块；

微处理器模块，所述微处理器模块的输入端分别与所述电荷测量模块和距离测量模块10相连，用于获取电荷测量模块和距离测量模块10输出的带电电荷量信号和距离信号；

电磁阀控制模块，所述电磁阀控制包括进液口电磁阀7、三通管和出液口电磁阀8，所述进液口电磁阀7、出液口电磁阀8和活动室1上的管道分别与三通管上对应的管路相连通；所述进液口电磁阀7还与储液室6的出液口相连，其控制端与微处理器模块相连；所述出液口电磁阀8上还连接有出液管，其控制端与微处理器模块相连；

驱动模块，所述驱动模块的控制端与微处理器模块的输出端相连，其输出轴与所述活塞2相连，用于控制活动室1内的进液量和出液量；优选地，所述驱动模块包括相连的驱动电机4和驱动电路，所述驱动电机4采用直流电机，所述驱动电路的数据传输端与所述微处理器模块的数据传输端相连，所述驱动电机4的输出轴与所述活塞2相连，用于控制活动室1内的进液量和出液量；所述驱动电路接收微处理器模块的控制信号对驱动电机4进行速度反馈和位置反馈，构建双闭环PI控制系统，对驱动电机4进行控制。

底座11，所述底座11包括平行设置的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板之间设有竖直支撑板；所述上支撑板上设有出液口3，所述出液口3与出液口电磁阀8上连接的出液管相连通；所述电荷测量模块和距离测量模块10均设于所述上支撑板上靠近下支撑板的侧壁上；所述下支撑板上用于放置被测零件。

综上所述：本发明实施例的非接触测量的智能液控系统的工作原理具体为：

(1)将电荷测量模块的传感器板和距离测量模块10放置于同一高度，即将电荷测量模块的传感器板和距离测量模块10均安装在上支撑板的底表面上；

(2)不断改变电荷测量模块和距离测量模块10与待测物之间的距离，得出带电电荷量数据和距离数据；

(3)不断改变待测物的尺寸，得出带电电荷量数据和距离数据；

(4)基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型；

(5)基于待测物上表面面积与液体出液量之间的关系模型获得出液量；

(6)微处理器模块根据出液量给出关闭进液口电磁阀7和打开出液口电磁阀8信号，驱动模块带动位于活动室1内的活塞2运动，使得活动室1内容积减小，活动室1内的液体从出液口排出；所述驱动模块中驱动电机4的推杆伸长量由经过线性回归模型判断之后得到的零件上表面面积尺寸决定；

(7)当活动室1内需要补充液体时，微处理器模块给出打开进液口电磁阀7和关闭出液口电磁阀8的信号，驱动模块带动活塞2运动，使得活动室1内容积增大，实现从储液室6吸入液体。

实施例2

本发明实施例提供了一种非接触测量的智能液控方法，包括以下步骤：

(1)将电荷测量模块和距离测量模块10放置于同一高度；

(2)不断改变电荷测量模块的传感器板和距离测量模块10与待测物之间的距离，得出带电电荷量数据和距离数据；

(3)不断改变待测物的尺寸，得出带电电荷量数据和距离数据；

(4)基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型；

(5)基于待测物上表面面积与液体出液量之间的关系模型获得出液量；

(6)微处理器模块根据出液量给出关闭进液口电磁阀7和打开出液口电磁阀8信号，驱动模块带动位于活动室1内的活塞2运动，使得活动室1内容积减小，活动室1内的液体从出液口排出；

当活动室1内需要补充液体时，微处理器模块给出打开进液口电磁阀7和关闭出液口电磁阀8信号，驱动模块带动活塞2运动，使得活动室1内容积增大，实现从储液室6吸入液体。

在本发明实施例的优选实施方式中，所述基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型，具体为：

首先，每次改变电荷测量模块和距离测量模块与待测物之间的距离，以及改变待测物的尺寸获得带电电荷量数据和距离数据，进行去噪处理后得到一组去噪数据，并存储在微处理器模块内；优选地，所述去噪处理的过程为：在截去低位的噪声数据位后，与带电量测量单元和距离测量单元的基准数据相减，得到差值，再通过正态分布算法得到较为准确的测量数据；然后，对获得所有组去噪数据利用密度聚类的信息熵过滤机制过滤掉离簇噪声点；最后，利用二元线性回归算法构建数学关系；优选地，所述利用二元线性回归算法构建数学关系，还包括：

通过随机梯度下降法加速回归算法，并在损失函数中加入惩罚项以防止过度拟合；所述损失函数为对数损失函数；所述惩罚项为套索回归惩罚项；所述线性回归模型的输入为电量数据的自然对数值和距离数据的自然对数值，所述线性回归模型的输出为上表面面积的自然对数值。

与现有技术相比，本发明实现的有益效果为：

第一，利用以密度聚类算法为主的算法过滤噪声，再利用二元线性回归算法来构建数据模型，分析可以准确地计量各个因素之间的相关程度与回归拟合程度的高低，建立零件上表面面积与液剂出液量的因果关系。

第二，利用非接触式传感方式克服了使用摄像头检测面积需要固定检测距离和需要辅助照明的问题，利用机器学习算法构建数据模型解决了固定流量给液所无法解决的出液量自适应问题，实现给液自动化与智能化。

第三，利用电机控制算法解决了对液剂出液量的精准控制，出液精度得到了提高，有利于对各种工业液剂的节约化使用。

以上内容显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种非接触测量的智能液控系统，其特征在于，包括：

储液室；

活动室，所述活动室内设有活塞，活动室端部设有排液管道；

电荷测量模块，所述电荷测量模块用于测量被测零件上电荷量；

距离测量模块，所述距离测量模块用于测量被测零件与电荷测量模块之间的距离；

微处理器模块，所述微处理器模块的输入端分别与所述电荷测量模块和距离测量模块相连，用于获取电荷测量模块和距离测量模块的输出信号；

电磁阀控制模块，所述电磁阀控制模块包括进液口电磁阀、三通管和出液口电磁阀，所述进液口电磁阀、出液口电磁阀和活动室排液管道分别与三通管上对应的管路相连通；所述进液口电磁阀还与储液室的出液口相连，其控制端与微处理器模块相连；所述出液口电磁阀上还连接出液管，其控制端与微处理器模块相连；

驱动模块，所述驱动模块包括相连的驱动电机和驱动电路，所述驱动电路的控制端与微处理器模块的输出端相连，所述驱动电机的输出轴与所述活塞相连，用于控制活动室内的进液量和出液量。

2.根据权利要求1所述的一种非接触测量的智能液控系统，其特征在于：所述电荷测量模块包括非接触式电容传感器和传感器感应板，所述非接触式电容传感器与传感器感应板通过导线相连。

3.根据权利要求1所述的一种非接触测量的智能液控系统，其特征在于：所述距离测量模块为红外线测距传感器，用于测量被测零件与电荷测量模块之间的垂直距离，并将测量数据发送给微处理器模块。

4.根据权利要求1所述的一种非接触测量的智能液控系统，其特征在于：所述非接触测量的智能液控系统还包括底座，所述底座包括平行设置的上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和下支撑板之间设有竖直支撑板；所述上支撑板上设有出液口，所述出液口与出液口电磁阀上连接的出液管相连通；所述电荷测量模块和距离测量模块均设于所述上支撑板上靠近下支撑板的侧壁上；所述下支撑板上用于放置被测零件。

5.根据权利要求1所述的一种非接触测量的智能液控系统，其特征在于：当活动室内需要补充液体时，微处理器模块打开进液口电磁阀，关闭出液口电磁阀，驱动模块带动活塞运动，使得活动室内容积增大，实现从储液室吸入液体；当活动室内需要输出液体时，微处理器模块关闭进液口电磁阀，打开出液口电磁阀，驱动模块带动活塞运动，使得活动室的容积减小，活动室内的液体从排液管道排出。

6.一种非接触测量的智能液控方法，其特征在于，包括以下步骤：

将电荷测量模块和距离测量模块放置于同一高度；

不断改变电荷测量模块和距离测量模块与待测物之间的距离，得出带电电荷量数据和距离数据；

不断改变待测物的尺寸，得出带电电荷量数据和距离数据；

基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型；

基于待测物上表面面积与液体出液量之间的关系模型获得出液量；

微处理器模块根据出液量给出关闭进液口电磁阀和打开出液口电磁阀信号，驱动模块带动位于活动室内的活塞运动，使得活动室内容积减小，活动室内的液体从出液口排出；

其中：活动室，所述活动室内设有活塞，活动室端部设有排液管道；

电荷测量模块，所述电荷测量模块用于测量被测零件上电荷量；

距离测量模块，所述距离测量模块用于测量被测零件与电荷测量模块之间的距离；

微处理器模块，所述微处理器模块的输入端分别与所述电荷测量模块和距离测量模块相连，用于获取电荷测量模块和距离测量模块的输出信号；

电磁阀控制模块，所述电磁阀控制模块包括进液口电磁阀、三通管和出液口电磁阀，所述进液口电磁阀、出液口电磁阀和活动室排液管道与三通管上对应管路相连通；所述进液口电磁阀与储液室的出液口相连，其控制端与微处理器模块相连；所述出液口电磁阀上连接出液管，其控制端与微处理器模块相连；

驱动模块，所述驱动模块包括相连的驱动电机和驱动电路，所述驱动电路的控制端与微处理器模块的输出端相连，所述驱动电机的输出轴与所述活塞相连，用于控制活动室内的进液量和出液量。

7.根据权利要求6所述的一种非接触测量的智能液控方法，其特征在于：所述基于带电电荷量数据和距离数据进行数据拟合，建立待测物上表面面积与测得带电电荷量和距离之间的关系模型，具体为：

首先，每次改变电荷测量模块和距离测量模块与待测物之间的距离，以及改变待测物的尺寸获得带电电荷量数据和距离数据，进行去噪处理后得到一组去噪数据，并存储在微处理器模块内；然后，对所有组去噪数据利用密度聚类的信息熵过滤机制过滤掉离簇点；最后，利用二元线性回归算法构建数学关系。

8.根据权利要求7所述的一种非接触测量的智能液控方法，其特征在于：所述利用二元线性回归算法构建数学关系，还包括：

通过随机梯度下降法加速回归算法，并在损失函数中加入惩罚项以防止过度拟合；所述损失函数为对数损失函数；所述惩罚项为套索回归惩罚项。

9.根据权利要求6所述的一种非接触测量的智能液控方法，其特征在于：所述非接触测量的智能液控方法还包括：

当活动室内需要补充液体时，微处理器模块给出打开进液口电磁阀和关闭出液口电磁阀信号，驱动模块带动活塞运动，使得活动室的容积增大，实现从储液室吸出液体。

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