CN110014047A - 铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置及方法，装置包括工作台、拉拔小车、相机、计算机、控制仪及压电陶瓷，所述工作台上设有拉拔模具；所述拉拔小车置于工作台上，拉拔小车包括夹持部和导轮部；夹持部用于夹持铜排，安装在导轮部上；拉拔小车通过液压缸与工作台连接；所述相机位于铜排出模具口位置，相机的镜头朝向铜排的窄边，相机通过电缆与计算机连接；所述控制仪分别通过电缆与计算机、压电陶瓷相连接；压电陶瓷胶接于拉拔小车夹持部与导轮部之间。本发明结构简单、流程简洁，能够对拉拔力偏移情况进行准确判断；且能对偏移进行补偿调整，实现铜排拉拔实时偏移检测与补偿控制，提升了铜排表面质量与性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置及方法。
背景技术
铜排是一种大电流导电产品，在电路中起输送电流和连接电气设备的作用，被广泛运用与电器工程和超大电流电解冶炼工程中，如：电动汽车充电桩。随着电子电力技术的发展，对铜排等电力基础产品的质量要求越来越高。现有的铜排生产工艺，都要通过拉拔工艺获得精确尺寸和表面光洁度。在拉拔过程中，由于拉拔轨道不平整、拔制力作用线对中不准等问题，拉拔力存在一定程度的偏移，进而导致铜排表面存在波纹状缺陷，损害铜排制件外观并影响其性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置及方法，它能够对拉拔力偏移情况进行准确判断；且能对偏移进行补偿调整，实现铜排拉拔实时偏移检测与补偿控制，提升铜排表面质量与性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置，包括工作台、拉拔小车、相机、计算机、控制仪及压电陶瓷，所述工作台上设有拉拔模具；所述拉拔小车置于工作台上，拉拔小车包括夹持部和导轮部；夹持部用于夹持铜排，安装在导轮部上；拉拔小车通过液压缸与工作台连接；所述相机位于铜排出模具口位置，相机的镜头朝向铜排的窄边，相机通过电缆与计算机连接；所述控制仪分别通过电缆与计算机、压电陶瓷相连接；压电陶瓷胶接于拉拔小车的夹持部与导轮部之间。
上述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置中，压电陶瓷由多片压电陶瓷片并联叠堆而成。
上述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置中，还包括背景板，所述背景板与相机分别置于铜排的两侧，相机的镜头与背景板相对设置。
一种利用上述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，包括以下步骤：
1)控制仪输出预电压，使得压电陶瓷输出预位移，预留拉拔力上偏移补偿空间，开始拉拔；
2)利用相机每间隔一段时间拍摄铜排窄边图像，并将图像信息传输至计算机；
3)计算机进行图像处理，获取铜排表面塑性变形信息，计算偏移角；
4)判断是否存在拉拔力偏移，若不存在，结束；若存在，进行下一步骤；
5)根据偏移角、拍摄间隔及次数，计算补偿高度；
6)根据压电陶瓷电致伸缩效应，计算控制仪应输出电压；
7)调整控制仪输出电压，压电陶瓷输出相应位移进行偏移补偿；
8)结束。
上述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法中，步骤3)中所述图像处理具体操作如下：
(1)读取图像信息，并对图像进行灰度处理；
(2)利用canny方法对灰度图像进行边缘检测，得到边界的二值图像；
(3)利用hough变换函数检测二值图像中直线，获取偏移信息；
hough变换函数的数学表达式为：
rho＝x·cos(theta)+y·sin(theta)，
其中：rho为原点到直线的距离；theta为直线和X轴之间的夹角；x和y分别为直角坐标系的坐标；
(4)计算偏移角，计算方法如下：
theta大于零时，偏移角计算公式为：
θ＝90°-theta，
theta小于零时，偏移角计算公式为：
θ＝-90°-theta。
上述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法中，步骤4)中，拉拔力偏移是否存在的判定方法为：偏移角是否为零，若是，则拉拔力不存在偏移；若否，则拉拔力存在偏移，且当偏移角大于零时，拉拔力向上偏移，当偏移角小于零时，拉拔力向下偏移。
7.根据权利要求4所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，步骤5)中，补偿高度计算公式为：
h＝v·n·t0·sinθ，
其中：h为补偿高度，v为拉拔速度，n为拍摄次数，t0为拍摄间隔时间，θ为偏移角。
上述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法中，步骤6)中，控制仪的输出电压计算公式为：
其中：U为控制仪输出电压，h为补偿高度，N为陶瓷片数量(层数)，d33为极化方向上压电陶瓷的压电应变系数，S33为极化方向上压电陶瓷的弹性柔顺系数，P为压电陶瓷受到的作用力，S为陶瓷片面积，L为单个陶瓷片厚度，U0为控制仪输出预电压。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：首先，本发明利用机器视觉与图像处理技术，通过非接触式测量，计算获取偏移角，测量过程速度快、精度高；其次，判断是否存在偏移情况，若偏移存在，则计算获取补偿高度，若不存在，则继续拉拔；然后，根据压电陶瓷的电致伸缩效应，计算控制仪输出电压；最后，通过压电陶瓷输出补偿位移，以消除拉拔力偏移。
本发明结构简单、操作方便，通过机器视觉与图像处理技术，对拉拔偏移关键参数进行快速精确的测量计算，对拉拔力偏移情况进行准确判断；利用压电陶瓷电致伸缩效应，对偏移进行补偿调整，实现铜排拉拔实时偏移检测与补偿控制，提升铜排表面质量与性能
附图说明
图1是本发明的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置的俯视图。
图2为本发明的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置的正视图。
图3为本发明的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1-2所示，本发明的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置，包括工作台1、拉拔小车2、相机4、背景板5、计算机6、控制仪8、压电陶瓷3，所述工作台1上设有拉拔模具1.1，拉拔模具1.1用于对铜排1.2成型。所述拉拔小车2由夹持部2.1、导轮部2.2，夹持部2.1用于夹持铜排1.2，夹持部2.1安装在导轮部2.2上，拉拔小车2的导轮部2.2置于工作台1上，拉拔小车2通过液压缸2.3与工作台1连接，液压缸2.3的轴线与铜排1.2平行,液压缸2.3拉动拉拔小车2移动，实现对铜排1.2的拉拔成型。所述的电陶瓷3由多片压电陶瓷片并联叠堆而成，胶接于拉拔小车夹持部分2.1和导轮部分2.2之间。所述相机4和背景板5位于铜排1.2出模具口位置，分别位于铜排1.2的两侧，相机4和背景板5相对设置。相机4的镜头朝向铜排1.2窄边，相机4通过电缆7.1与计算机6连接；所述背景板5位于与相机4对应的铜排1.2另一侧；所述控制仪8分别通过电缆7.2、7.3与计算机6、压电陶瓷3相连接。
如图3所示，本发明的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，包括以下步骤：
步骤一：控制仪8输出预电压，使得压电陶瓷3输出预位移，预留拉拔力上偏移补偿空间，开始拉拔；
步骤二：利用相机4每间隔一段时间拍摄铜排窄边图像，并将图像信息传输至计算机6；
步骤三：利用计算机6进行图像处理，获取铜排1.2表面塑性变形信息，计算偏移角；
1)计算机6读取相机4传输的图像信息，对图像进行灰度处理；2)在图像处理软件中利用canny方法对灰度图像进行边缘检测，得到边界的二值图像；3)利用hough变换函数检测二值图像中直线，获取偏移信息。
hough变换函数的数学表达式如下：
rho＝x·cos(theta)+y·sin(theta)，
其中：rho为原点到直线的距离；theta为直线和X轴之间的夹角；x和y分别为直角坐标系的坐标。
4)进行拉拔力偏移角计算，计算方法如下：
theta大于零时，偏移角计算公式为：
θ＝90°-theta，
theta小于零时，偏移角计算公式为：
θ＝-90°-theta。
步骤四：判断是否存在拉拔力偏移，若存在，进行下一步骤，若不存在，结束。
拉拔力是否存在偏移的判定方法为：偏移角是否为零，若是，则拉拔力不存在偏移；若否，则拉拔力存在偏移，且当偏移角大于0时，拉拔力向上偏移，当偏移角小于0时，拉拔力向下偏移。
步骤五：根据偏移角、拍摄间隔及次数，计算补偿高度；
补偿高度计算公式如下：
h＝v·n·t0·sinθ，
其中：h为补偿高度，v为拉拔速度，n为拍摄次数，t0为拍摄间隔时间，θ为偏移角。
步骤六：根据压电陶瓷3电致伸缩效应，计算控制仪8的应输出电压；
控制仪8的输出电压计算公式如下：
其中：U为控制仪输出电压，h为补偿高度，N为陶瓷片数量(层数)，d33为极化方向上压电陶瓷的压电应变系数，S33为极化方向上压电陶瓷的弹性柔顺系数，P为压电陶瓷受到的作用力，S为陶瓷片面积，L为单个陶瓷片厚度，U0为控制仪输出预电压。
步骤七：调整控制仪8输出电压，压电陶瓷3输出相应位移进行偏移补偿；
步骤八：结束。
Claims (8)
1.一种铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置，其特征在于：包括工作台、拉拔小车、相机、计算机、控制仪及压电陶瓷，所述工作台上设有拉拔模具；所述拉拔小车置于工作台上，拉拔小车包括夹持部和导轮部；夹持部用于夹持铜排，安装在导轮部上；拉拔小车通过液压缸与工作台连接；所述相机位于铜排出模具口位置，相机的镜头朝向铜排的窄边，相机通过电缆与计算机连接；所述控制仪分别通过电缆与计算机、压电陶瓷相连接；压电陶瓷胶接于拉拔小车的夹持部与导轮部之间。
2.根据权利要求1所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置，其特征在于：压电陶瓷由多片压电陶瓷片并联叠堆而成。
3.根据权利要求1所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置，其特征在于：还包括背景板，所述背景板与相机分别置于铜排的两侧，相机的镜头与背景板相对设置。
4.一种利用权利要求1-3中任一权利要求所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制装置的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，包括以下步骤：
1)控制仪输出预电压，使得压电陶瓷输出预位移，预留拉拔力上偏移补偿空间，开始拉拔；
2)利用相机每间隔一段时间拍摄铜排窄边图像，并将图像信息传输至计算机；
3)计算机进行图像处理，获取铜排表面塑性变形信息，计算偏移角；
4)判断是否存在拉拔力偏移，若不存在，结束；若存在，进行下一步骤；
5)根据偏移角、拍摄间隔及次数，计算补偿高度；
6)根据压电陶瓷电致伸缩效应，计算控制仪应输出电压；
7)调整控制仪输出电压，压电陶瓷输出相应位移进行偏移补偿；
8)结束。
5.根据权利要求4所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，步骤3)中所述图像处理具体操作如下：
(1)读取图像信息，并对图像进行灰度处理；
(2)利用canny方法对灰度图像进行边缘检测，得到边界的二值图像；
(3)利用hough变换函数检测二值图像中直线，获取偏移信息；
hough变换函数的数学表达式为:
rho＝x·cos(theta)+y·sin(theta)
其中：rho为原点到直线的距离；theta为直线和X轴之间的夹角；x和y分别为直角坐标系的坐标；
(4)计算偏移角，计算方法如下：
theta大于零时，偏移角计算公式为：
θ＝90°-theta；
theta小于零时，偏移角计算公式为：
θ＝-90°-theta。
6.根据权利要求4所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，步骤4)中，拉拔力偏移是否存在的判定方法为：偏移角是否为零，若是，则拉拔力不存在偏移；若否，则拉拔力存在偏移，且当偏移角大于零时，拉拔力向上偏移，当偏移角小于零时，拉拔力向下偏移。
7.根据权利要求4所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，步骤5)中，补偿高度计算公式为：
h＝v·n·t0·sinθ
其中：h为补偿高度，v为拉拔速度，n为拍摄次数，t0为拍摄间隔时间，θ为偏移角。
8.根据权利要求4所述的铜排拉拔偏移检测与补偿控制方法，步骤6)中，控制仪输出电压计算公式为：
其中：U为控制仪输出电压，h为补偿高度，N为陶瓷片数量(层数)，d33为极化方向上压电陶瓷的压电应变系数，S33为极化方向上压电陶瓷的弹性柔顺系数，P为压电陶瓷受到的作用力，S为陶瓷片面积，L为单个陶瓷片厚度，Uo为控制仪输出预电压。
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