CN114211397A - 一种纸质结构件表面打磨控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纸质结构件表面打磨控制方法，设置包括有视觉识别相机、微控制器和运动执行机构的控制系统，其视觉识别相机由表面成像相机与厚度测量相机构成；表面成像相机用于采集获得纸质结构件的表面图像信号，依据表面图像信号判断纸质结构件是否存在表面不平整部分；厚度测量相机用于在纸质结构件存在有表面不平整部分时采集获得纸质结构件厚度信号；微控制器根据所述纸质结构件厚度信号计算获得打磨厚度信号，并控制运动执行机构按所述打磨厚度信号进行打磨控制。本发明解决了因纸质结构件不平整厚度不固定而无法自动控制打磨的问题，能够大大提高生产效率，提高打磨精度，避免损伤纸质结构件。

Description

一种纸质结构件表面打磨控制方法

技术领域

本发明属于自动控制方法，更具体地说是涉及一种用于纸质结构件表面打磨的控制方法。

背景技术

典型的纸质结构件如纸质垫片，由于生产工艺的限制，纸质结构件在生产过程中会出现表面不平整现象。纸质结构件的表面不平整状态会对结构件的机械结构、绝缘性、绝缘油的浸入等造成极大影响，甚至会影响整个绝缘系统的安全运行。因此在应用纸质结构件之前需要对纸质结构件进行打磨处理，以保持纸质结构件表面平整度。传统的打磨方式有机器打磨和人工打磨。机器打磨一般采用单一信号控制打磨，由于纸质结构件的不平整部分厚度不固定，在采用机器进行自动化打磨时难以固定厚度，影响打磨精度，也会导致损伤纸质结构件。人工打磨效率低，一些特殊纤维材料制成的纸质结构件因打磨产生的细小颗粒物危害工人健康。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种纸质结构件表面打磨控制方法；其系统设置结构简单、工作过程稳定可靠，其控制方法能有效解决因纸质结构件不平整部分厚度不固定而无法进行自动打磨的控制问题，有效提高打磨精度，提高打磨工作效率。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明纸质结构件表面打磨控制方法的特点是：

设置纸质结构件表面打磨控制系统包括：视觉识别相机、微控制器、运动执行机构；所述视觉识别相机由表面成像相机与厚度测量相机构成；

所述纸质结构件表面打磨控制系统的控制方法为：由所述表面成像相机通过采集获得纸质结构件的表面图像信号，依据所述表面图像信号判断纸质结构件是否存在表面不平整部分；由所述厚度测量相机在纸质结构件存在有表面不平整部分时采集获得纸质结构件厚度信号；由所述微控制器根据所述纸质结构件厚度信号计算获得打磨厚度信号，并控制运动执行机构按所述打磨厚度信号进行打磨控制。

本发明纸质结构件表面打磨控制方法的特点也在于：

将所述打磨厚度信号设置为由式(1)所表征的厚度差最小二分法获得的二分打磨厚度：

h3＝(h1–h2)/2 (1)

式(1)中：

h3为二分打磨厚度；

h1为表面不平整部分的纸质结构件厚度；

h2为纸质结构件设定厚度；

所述运动执行机构按二分打磨厚度h3逐次进行打磨，直至纸质结构件表面不平整度满足设定要求。

本发明纸质结构件表面打磨控制方法的特点也在于：

所述控制系统按如下过程进行控制：

步骤1、由所述微控制器控制表面成像相机通过采集获得纸质结构件表面图像信号，按设定的精度要要求依据所述纸质结构件表面图像信号判断纸质结构件是否有表面不平整部分；若存在有表面不平整部分继续执行步骤2；若不存在表面不平整部分进入步骤3；

步骤2：由所述微控制器控制所述厚度测量相机通过采集获得纸质结构件厚度信号，依据所述质结构件厚度信号计算获得二分打磨厚度h3；

若二分打磨厚度h3大于运动执行机的打磨最小精度值△x，则进入步骤2.1；

若二分打磨厚度h3不大于运动执行机的打磨最小精度值△x，则进入步骤2.2；

步骤2.1、由微控制器控制所述运动执行机构按二分打磨厚度h3对纸质结构件表面的不平整部分进行本次打磨，完成本次打磨后返回步骤1继续下一次打磨，实现逐次打磨的高精度打磨方式；

步骤2.2、由微控制器控制所述运动执行机构按打磨最小精度值△x对纸质结构件表面的不平整部分进行打磨，完成打磨后进入步骤3；

步骤3、结束本次打磨控制，由所述微控制器控制表面成像相机、厚度测量相机和运动执行机构进入待机状态。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法实现了对纸质结构件不平整部分进行自动化打磨，克服了现有技术中因纸质结构件不平整部分厚度不固定而无法采用机器自动化打磨固定厚度的问题，有效提交生产效率。

2、本发明采用多信息融合技术，设置表面成像相机用于采集纸质结构件表面图像信号，设置厚度测量相机用于采集纸质结构件厚度信号，有效改善现有技术中仅以单一信号作为判断标志所存在的问题，解决了因单一信号工作站无法对不平整部分厚度不固定的纸质结构件进行打磨的问题，取代人工打磨的工作模式，降低人工成本，避免工业粉尘对人的伤害。

提高打磨精度，显著提高生产效率，降低人工成本，并能有效避免打磨过程对纸质结构件造成损害。

3、本发明根据厚度差最小二分法确定打磨厚度，并根据逐次采集获得的信号设置逐次打磨，有效避免对纸质结构件的损耗，大大提高打磨精度，提升了工艺质量。

附图说明

图1为本发明中控制系统框图；

图2为本发明视觉识别与厚度差最小二分法的算法原理图；

图3为本发明控制方法流程图；

图中标号：。

具体实施方式

参见图1，本实施例中设置纸质结构件表面打磨控制系统包括：视觉识别相机、微控制器，以及作为打磨机的工业机器人的运动执行机构；其中的视觉识别相机是由表面成像相机与厚度测量相机构成。

本实施例中，表面成像相机用于采集获得纸质结构件的表面图像信号，依据表面图像信号判断纸质结构件是否存在表面不平整部分；厚度测量相机用于在纸质结构件存在有表面不平整部分时采集获得纸质结构件厚度信号；微控制器根据纸质结构件厚度信号计算获得打磨厚度信号，并控制运动执行机构按打磨厚度信号进行打磨控制。

图2所示为本发明视觉识别与厚度差最小二分法的算法原理图，本实施例中将打磨厚度信号设置为由式(1)所表征的厚度差最小二分法获得的二分打磨厚度，运动执行机构按二分打磨厚度h3逐次进行打磨，直至纸质结构件表面不平整度满足设定要求，图2中△h为完成二分打磨厚度h3的打磨之后的剩余打磨厚度。

h3＝(h1–h2)/2 (1)

式(1)中：

h3为二分打磨厚度；

h1为表面不平整部分的纸质结构件厚度，是指纸质结构件与不平整部分的总体厚度；

h2为纸质结构件设定厚度，是根据纸质结构件工艺参数获得。

本实施例中设置控制系统按如下过程进行控制：

步骤1、由微控制器控制表面成像相机通过采集获得纸质结构件表面图像信号，按设定的精度要要求依据纸质结构件表面图像信号判断纸质结构件是否有表面不平整部分；若存在有表面不平整部分继续执行步骤2；若不存在表面不平整部分进入步骤3；

步骤2：由微控制器控制厚度测量相机通过采集获得纸质结构件厚度信号，依据质结构件厚度信号计算获得二分打磨厚度h3；

若二分打磨厚度h3大于运动执行机的打磨最小精度值△x，则进入步骤2.1；

若二分打磨厚度h3不大于运动执行机的打磨最小精度值△x，则进入步骤2.2；

步骤2.1、由微控制器控制运动执行机构按二分打磨厚度h3对纸质结构件表面的不平整部分进行本次打磨，完成本次打磨后返回步骤1继续下一次打磨，实现逐次打磨的高精度打磨方式；

步骤2.2、由微控制器控制运动执行机构按打磨最小精度值△x对纸质结构件表面的不平整部分进行打磨，完成打磨后进入步骤3；

步骤3、结束本次打磨控制，由微控制器控制表面成像相机、厚度测量相机和运动执行机构进入待机状态。

具体实施中，相应的设置还包括：

视觉识别相机采用KEYENCE LJ系列，由KEYENCE LJ系列视觉识别相机测量的信号并非单一信号，而是由表面成像相机与厚度测量相机构成，为系统提供两路融合的视觉识别信号，即纸质结构件表面图像信号和纸质结构件厚度信号，以此完成纸质结构件表面不平整识别与纸质结构件厚度测量；视觉识别相机采集到两路数据后，通过总线接口和总线通信与PLC进行通信。

微控制器由可编程逻辑控制器PLC构成，PLC采用SIEMENS 1215C，PLC内部带有总线接口、IO接口、ADC模块、DAC模块等，可以通过总线通信Profibus与视觉识别相机通信，并获取视觉信号，再将采集的视觉信号信号统一转化并进行处理，最终生成控制信号并通过总线通信Profibus反馈至工业机器人，使运动机器人带动相机到指定坐标，并执行打磨工序，从而完成处理视觉识别信号、执行控制算法与控制工业机器人的功能；

运动执行机构由工业机器人构成，工业机器人含有总线接口和视觉识别相机支架，视觉识别相机安装在工业机器人的支架上，由工业机器人带动其运动到指定位置，进行视觉识别工作。通过总线通信与PLC进行交互，使工业机器人能携带视觉识别相机到达指定位置并开始进行纸质结构件不平整部分打磨工作，从而完成带动相机运动和测量以及纸质结构件不平整部分打磨过程。

本发明控制方法融合视觉识别与厚度差最小二分法，根据纸质结构件不平整部分的表面情况和纸质结构件的剩余打磨厚度对下次打磨的程度进行调节，逐次修正打磨厚度，大幅提高打磨精度，有效避免对纸质结构件造成损耗，提升了工艺质量。

图3所示为本发明方法流程，其过程如下：

S01、定义循环变量为n，系统上电，初始化n＝1，系统先进行初始化操作，根据要求配置各个模块参数，然后进行系统自检，在确保各个模块工作正常的情况下，系统进入S02启动主循环；若出现故障，则进入错误报警状态；

S02、表面成像相机第n次采集纸质结构件表面图像信号后判断纸质结构件表面是否有不平整部分，如存在不平整部分，则继续执行S03；若不存在不平整部分，则转为执行S08；

S03、微控制器控制厚度测量相机第n次采集纸质结构件厚度信号并利用式(2)计算纸质结构件表面的第n次不平整部分厚度h’⁽ⁿ⁾：

h’⁽ⁿ⁾＝h1⁽ⁿ⁾–h2 (2)

式(2)中：

h1⁽ⁿ⁾为第n次采集获得的表面不平整部分的纸质结构件厚度，是指纸质结构件与不平整部分的总体厚度；h2为纸质结构件设定厚度，是根据纸质结构件工艺参数获得。

S04、为保证打磨不损伤纸质结构件，机器人并不直接打磨第n次不平整部分厚度h’⁽ⁿ⁾，而是由式(3)所示的厚度差最小二分法计算获得第n次二分打磨厚度h3⁽ⁿ⁾：

h3⁽ⁿ⁾＝h’⁽ⁿ⁾/2 (3)

S05、由微控制器判断第n次二分打磨厚度h3⁽ⁿ⁾是否大于运动执行机的打磨最小精度△x，若大于，执行S06；若不大于，则执行S7进行最后一次打磨；

S06、由微控制器将第n次二分打磨厚度h3⁽ⁿ⁾传递给运动执行机构，由运动执行机构对纸质结构件表面的不平整部分进行第n次打磨，并在第n次打磨完成后反馈暂时完成信号给微控制器后，将n+1的数值赋值给n后返回S02；

步骤7、微控制器将最小精度△x传递给运动执行机构，由运动执行机构对纸质结构件表面的不平整部分进行第n次打磨，并在第n次打磨完成后执行步骤8；

步骤8、打磨过程结束，打磨完成，系统进入打磨完成状态。

本发明方法有效解决了纸质结构件不平整部分厚度不固定无法打磨固定厚度的问题；解决人工打磨的高昂人工成本的问题；解决生产效率低下的问题；解决生产精度低的问题，解决工业粉尘对人体造成伤害的问题，其系统设置简单、易于实现、成本低、便于管理。

Claims (3)

1.一种纸质结构件表面打磨控制方法，其特征是：

设置纸质结构件表面打磨控制系统包括：视觉识别相机、微控制器、运动执行机构；所述视觉识别相机由表面成像相机与厚度测量相机构成；

所述纸质结构件表面打磨控制系统的控制方法为：由所述表面成像相机通过采集获得纸质结构件的表面图像信号，依据所述表面图像信号判断纸质结构件是否存在表面不平整部分；由所述厚度测量相机在纸质结构件存在有表面不平整部分时采集获得纸质结构件厚度信号；由所述微控制器根据所述纸质结构件厚度信号计算获得打磨厚度信号，并控制运动执行机构按所述打磨厚度信号进行打磨控制。

2.根据权利要求1所述的纸质结构件表面打磨控制方法，其特征是：

将所述打磨厚度信号设置为由式(1)所表征的厚度差最小二分法获得的二分打磨厚度：

h3＝(h1–h2)/2 (1)

式(1)中：

h3为二分打磨厚度；

h1为表面不平整部分的纸质结构件厚度；

h2为纸质结构件设定厚度；

所述运动执行机构按二分打磨厚度h3逐次进行打磨，直至纸质结构件表面不平整度满足设定要求。

3.根据权利要求2所述的纸质结构件表面打磨控制方法，其特征是：

所述控制系统按如下过程进行控制：

步骤1、由所述微控制器控制表面成像相机通过采集获得纸质结构件表面图像信号，按设定的精度要要求依据所述纸质结构件表面图像信号判断纸质结构件是否有表面不平整部分；若存在有表面不平整部分继续执行步骤2；若不存在表面不平整部分进入步骤3；

步骤2：由所述微控制器控制所述厚度测量相机通过采集获得纸质结构件厚度信号，依据所述质结构件厚度信号计算获得二分打磨厚度h3；

若二分打磨厚度h3大于运动执行机的打磨最小精度值△x，则进入步骤2.1；

若二分打磨厚度h3不大于运动执行机的打磨最小精度值△x，则进入步骤2.2；

步骤2.1、由微控制器控制所述运动执行机构按二分打磨厚度h3对纸质结构件表面的不平整部分进行本次打磨，完成本次打磨后返回步骤1继续下一次打磨，实现逐次打磨的高精度打磨方式；

步骤2.2、由微控制器控制所述运动执行机构按打磨最小精度值△x对纸质结构件表面的不平整部分进行打磨，完成打磨后进入步骤3；

步骤3、结束本次打磨控制，由所述微控制器控制表面成像相机、厚度测量相机和运动执行机构进入待机状态。

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