CN116117611B - 一种皮辊磨砺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮辊磨砺方法，通过激光测距仪对皮辊进行动态距离测量，分析皮辊是否达到磨砺精度要求，并驱动打磨轮进给磨砺或停止磨砺；综合利用激光测距仪和图像传感器，对皮辊表面磨砺质量进行检测，实现对皮辊最终产品质量监控。本发明实施既可以高精度控制皮辊磨砺半径，也可以有效检测皮辊表面磨砺质量，从而有效提高皮辊磨砺效率。

Description

一种皮辊磨砺方法

技术领域

本发明属于弹力丝生产设备技术领域，具体涉及一种弹力丝生产设备中的皮辊表面磨砺方法。

背景技术

纺纱机械如弹力丝机等上面所用的上罗拉，大多是表面包覆弹性物的，俗称皮辊。皮辊磨砺机是用于对各类皮辊进行磨削的专用设备，现有皮辊磨砺机主要有以下两类：

(1)半自动皮辊磨砺机：现有半自动皮辊磨砺机普遍采用横式结构(砂轮正对操作工)，采取半自动操作，工作效率低，不仅产品质量难以保证，而且砂轮与操作人员之间一般采用开放式结构，人在砂轮正面操作，操作人员会吸入大量的粉尘，影响操作人员的身体健康，安全性较差；同时，由于多台同类磨砺机的磨砺差异以及各个操作工之间操作差异；半自动皮辊磨砺机难以保证磨砺高品质皮辊的要求。

(2)全自动皮辊磨砺机：现有全自动皮辊磨砺机，普遍采用封闭结构，安全性能好，但都只是固定取件、磨砺、收件流程，缺少对产品磨砺效果的实时检测判断和反馈控制。

如中国专利CN 212527080 U公开了一种自动皮辊磨砺机，包括机架，所述机架上设置有料箱和控制器，所述机架内设置有磨砺机，所述磨砺机上设置有底板，所述底板上固定设置有进出料装置和磨头装置，所述料箱内部设置有存放槽以及斜挡板，所述斜挡板位于存放槽后侧，所述料箱左后方通过固定块与第二电动推杆固定连接，所述第二电动推杆右端连接有固定座，所述固定座后侧固定连接有第一电动推杆，与现有技术相比，该自动皮辊磨砺机通过设置控制器、进出料装置、摆动夹紧装置和磨头装置，从而使得该装置结构较为简单，成本较低，而且便于对皮辊进行整齐摆放，降低了人员的工作量，提高了美观性，方便整理。然而，该自动皮辊磨砺机在磨砺皮辊时不能精确地测控皮辊磨砺尺寸，也不能检测被磨砺后的皮辊表面质量是否存在有问题。

中国专利CN 214979973U公开了一种全自动高精度皮辊磨砺机，包括主机架，主机架的两侧连接有上料箱架和下料箱架，主机架内有磨砺机、上下料机构；所述磨砺机包括主机底板，主机底板上有第一滑台、第二滑台和砂轮固定座，第一滑台上有支座、磨削主轴电机、夹持装置、砂轮修整笔，支座上连接有传动轴，传动轴上连接有第一托辊、第二托辊，砂轮固定座上有砂轮、直径检测装置。该全自动高精度皮辊磨砺机不仅工作效率高，而且避免了操作人员在设备运转中和危险部位及磨削粉尘接触。但该全自动高精度皮辊磨砺机同样也不能在磨砺皮辊时精确地测控皮辊磨砺尺寸，也不能检测被磨砺后的皮辊表面质量是否存在有问题。

发明内容

针对以上问题，本发明设计了一种皮辊磨砺方法，在现有自动磨砺机基础上增加了激光测距仪和摄像头等配置，用于对皮辊打磨（磨砺）效果的实时在线检测及磨砺控制量计算，实现皮辊的精密磨砺。由于新磨砺机有较多的结构改进，另行立案申请，本发明重点针对如何高效合理的应用新增检测传感器的检测结果，实现对皮辊的高效、高质量磨砺，提出了一套新的皮辊磨砺方法。该方法既可以高精度控制皮辊磨砺半径，也可以有效检测皮辊表面磨砺质量，可有效提高磨砺质量和效率。

本发明设计了一种皮辊磨砺方法，通过激光测距仪对皮辊进行动态距离测量，分析皮辊是否达到磨砺（也称为打磨）精度要求，并驱动打磨轮进给磨砺或停止磨砺；所述打磨轮及其驱动装置的位置已知，激光测距仪安装固定已知并位置，所述方法步骤包括：

S1、皮辊安装，机械手抓取待磨砺（打磨）皮辊套装于皮辊驱动轴，通过皮辊夹持端和皮辊顶压座，将皮辊固定于驱动轴并可随驱动轴同步旋转；

S2、测距并计算皮辊初始半径或直径，低速（一般小于等于60rpm为低速）旋转待磨砺皮辊至少一周，记第i次采样激光测距值为Hi，根据

Ri=S-Hi

计算皮辊初始半径，其中，Ri为第i次测量计算的皮辊半径，S为皮辊驱动轴到激光测距仪的固定距离；对所有的Ri进行统计平均即可获得皮辊的半径R，根据统计方差还可以评估皮辊磨砺的效果，方差越小说明磨砺得越均匀、光滑度越高；皮辊旋转过程中通过固定采样周期的激光测距，可以均匀的测量皮辊表面一圈顺序旋动转到固定位置后与激光测距仪的距离，根据皮辊驱动轴与激光测距仪（或磨砺机打磨轮）的已知固定距离，即可计算出皮辊直径或半径；为获得较为准确的皮辊半径统计结果，皮辊旋转一周激光测距采样点数一般应在10组以上；

S3、依据a=H-d计算打磨轮相对皮辊的距离a，

其中，d为打磨轮相对激光测距仪的距离，H为激光测距值为Hi的统计均值；

S4、控制打磨轮进给磨砺，根据打磨轮相对皮辊的距离，控制打磨轮径向驱动装置使打磨轮靠紧皮辊，同步启动皮辊及打磨轮按相反方向各自旋转实现皮辊磨砺；

当皮辊实测半径与目标值差异超过设定第一误差阈值δ₁时（如5um），进行快速磨砺，根据预定磨砺速度，启动皮辊驱动装置使皮辊旋转，同步启动打磨轮旋转装置驱动打磨轮快速旋转，打磨轮与皮辊旋转方向相反，从而实现对皮辊的快速磨砺；所述磨砺速度包括打磨轮与皮辊转速之和；

当皮辊实测半径与目标值差异小于等于设定第一误差阈值时，设置打磨轮慢速旋转，进行慢速细磨砺，直至测量值与目标值差异小于等于第二误差阈值δ₂（如2um）时结束磨砺。

进一步的，所述磨砺速度设置为一档或快、慢两档或快、中、慢三档，根据打磨速度设置和实测皮辊半径变化率，确定打磨轮径向进给速度。

进一步的，设置图像传感器（也称为摄像头）进行皮辊表面图像测量，所述方法还包括步骤：

S5、皮辊磨砺效果检测，包括测距统计方差检测和/或皮辊图像检测；

所述测距方差统计检测包括皮辊半径统计方差检测或激光测距值直接统计方差检测，二者结果一致，并将统计结果与半径方差阈值σ_R进行比较，该检测一般为程序常态监测，当实测统计结果大于等于半径方差阈值时，一般认为磨砺机或磨砺设备异常，如出现轴偏、异物影响、打磨轮异常等，一般在出现方差持续超差或多件超差时，需进一步分析或人工干预进行检查；

所述皮辊图像检测包括利用图像传感器对皮辊表面局部实时图像进行测量，摄像头安装时，应确保单张照片覆盖皮辊两端，且皮辊占整幅照片中间位置的1/3以上版面，照片的横向方向与皮辊轴向方向平行，如此拍摄的照片便于开展图像处理；如果两者间存在一定的角度，则在图像灰度处理分析前，应将图像旋转相应角度使图像的横向方向与皮辊轴向方向平行；通过图像处理分析皮辊实际磨砺效果是否满足光滑度要求，并辅助分析定位磨砺机故障部位或故障原因，根据分析结果驱动打磨轮提高旋转速度或降低旋转速度（直至速度为零）进行磨砺；所述图像处理前需等间隔拍摄至少3幅皮辊圆柱表面不同部位图像，且所有图像加起来覆盖皮辊全部圆柱表面；所述图像拍摄包括静态拍摄法或动态拍摄法。

进一步的，所述皮辊磨砺效果检测包括必测项和/或自定义检测项；

所述必测项包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于半径第二误差阈值δ₂（即皮辊半径已达标）、且测距方差统计结果大于等于半径方差阈值σ_R时，启动皮辊图像检测，进一步确认皮辊磨砺异常问题，包括根据拍摄的一定数量图像，对每幅图像进行灰度处理，确认超差情况，定位超差部位，判定产品等级，同时检查并排除设备故障。

所述自定义检测项包括，皮辊半径尚未达标、测距方差异常时图像补充检测和/或皮辊半径已达标、测距方差亦正常时的图像确认检测；

所述图像补充检测包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于第一误差阈值δ₁、且所述测距方差统计结果大于等于半径方差阈值σ_R时，根据用户需求和/或程序设定开展皮辊图像检测，并根据检测结果人工或自动修改磨砺策略，如对某区域重点磨砺等。皮辊图像检测；当皮辊实测半径与目标值差异大于第一误差阈值δ₁、且所述测距方差统计结果大于等于半径方差阈值σ_R时，根据用户需求和/或程序设定开展皮辊图像检测。

所述图像确认检测包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于设定的第二误差阈值δ₂、测距统计方差小于半径方差阈值σ_R时，启动皮辊图像检测进一步确认皮辊磨砺质量。

进一步的，所述静态拍摄法包括拍摄时皮辊处于静止状态，一幅图像拍摄完成后，皮辊旋转一定角度拍摄下一幅图像；皮辊旋转一周至少拍摄3幅图像，即每120度拍摄一张；所述动态拍摄法包括依据图像积分和处理基本时长要求，结合动态成像清晰度和稳定性要求，确定图像拍摄间隔，根据拍摄间隔和每旋转一周需要的图像张数，计算皮辊旋转速度，旋转皮辊并启动等间隔拍摄，直至拍摄到既定数量的照片。

进一步的，所述图像处理包括对图像横向像素灰度按行求均值、统计方差，记录异常像素点位置；纵向像素按列相邻像素灰度作差后对差值求均值、统计方差，记录异常像素点位置；所述像素点位置包括图像横坐标和/或纵坐标；通过灰度阈值法、灰度差阈值法、异常区域阈值法、综合阈值法中的任意种，分析判定皮辊磨砺后的不合格产品等级（包括次品或废品）。

由于实际拍摄的是圆柱曲面，当圆柱面均匀光滑时，实际图像应该是横向像素灰度均匀分布，纵向像素的灰度则从中间分界线起分别向上下两端呈递减分布，故而对横向像素直接进行统计分析，对纵向像素作差后再进行统计分析；根据统计方差超出预设阈值的纵、横向像素坐标，可以获知每幅图像方差异常区域（或点）具体位置坐标和区域大小；根据连续相邻不同角度多幅图像验证，可以进一步确认实际皮辊方差异常区域具体位置，一般两幅图像都验证同一区域存在异常，即可认为该区域异常（由于图像处理存在一定的误差，这里同一区域也允许一定的误差范围，要点是确实反映了皮辊同一区域的特性）；确认异常区域后，将皮辊圆柱表面全部异常区域面积相加（或像素数相加）得到所磨砺皮辊异常区域大小（实际数据处理可以记录包括各分块异常区域位置及大小）。

进一步的，设置灰度方差第一阈值、灰度方差第二阈值，灰度差方差第一阈值、灰度差方差第二阈值，异常面积第一阈值、异常面积第二阈值，所述异常面积包括异常区域实际面积，或纵向像素数*横向像素数的像素数（也称为像素点数），可以根据实际可允许的异常表面区域大小与单个像素尺寸进行换算；

所述异常面积包括所有灰度方差大于等于灰度方差第二阈值或灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值的区域大小之和，同一区域不重复累加；

所述灰度阈值法包括当相邻两行以上实测灰度方差同时大于等于灰度方差第一阈值时，判定该皮辊为废品，即行方向局部凸起或凹下或粗糙太明显为废品；

所述灰度差阈值法包括当相邻两列以上实测灰度差方差同时大于等于灰度差方差第一阈值时，判定该皮辊为废品，即列方向局部凸起或凹下或粗糙太明显为废品，与所述行方向异常综合起来可为同一区域；

所述异常区域阈值法包括当皮辊所有异常区域的大小（像素数或面积）大于等于异常面积第一阈值时，判定该皮辊为废品，即异常区域过大为废品，即使局部凸起或凹下或粗糙并不是太明显；所述异常区域的大小或面积的计算方法有多种，简单粗略的估计就是根据异常行列值的按矩形进行估算，精细一点，可以针对每一异常行，找出具体异常像素点范围，逐行确认并累加；或者针对每一异常列，找出具体异常像素点范围，逐列确认并累加；或者行与列综合确认各异常区域像素点边界位置后，再对各异常区域面积或像素点数求和；

所述综合阈值法包括当异常行实测灰度方差大于等于灰度方差第二阈值小于其第一阈值，和/或异常列灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值小于其第一阈值，且异常区域大于等于异常面积第二阈值小于其第一阈值时，判定该皮辊为次品。

当皮辊所有图像同时满足小于灰度方差第二阈值和灰度差方差第二阈值，即无异常的皮辊为优等品；其他异常区域小于异常面积第二阈值，且异常行实测灰度方差大于等于灰度方差第二阈值小于其第一阈值，和/或异常列灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值小于其第一阈值的皮辊为合格品，任意一项指标超过各自第二阈值的均称为异常，只是合格品的异常面积小、且不明显，可以接受。

进一步的，所述测距方差正常时的图像确认检测还包括，通过灰度阈值法、灰度差阈值法、异常区域阈值法、综合阈值法中的任意多项方法综合运用进行最终磨砺效果确认。

进一步的，增设打磨轮压力传感器，安装于打磨轮镜像驱动装置的驱动方向、与打磨轮一起做径向运动，或者安装于皮辊旋转轴的端侧，用于检测打磨轮进给后与待打磨皮辊的接触程度，打磨轮的进给量不再通过激光测距反馈来控制，如此可以确保不会过分进给，更好的提高设备使用寿命，包括打磨轮寿命；压力传感器安装于皮辊旋转轴的端侧时，可以仅安装于一端，也可以选择两个压力传感器分别安装于皮辊旋转轴两端。但安装于皮辊旋转轴端侧所测得的压力并非打磨轮的真实压力，需要进行一定的与安装位置和角度相关的换算才能得到。当然当压力传感器所承受压力方向（承力面法向）与打磨轮径向进给方向一致时换算更为方便，但由于测量值和实际压力主要呈线性关系，即使不换算直接用测量值作为压力变化的反应也是可以直接应用的。

本发明的优点和有益效果在于：本发明所设计的一种皮辊磨砺方法，综合利用激光测距仪和图像传感器，实现对皮辊的自动磨砺控制，既可以高精度控制皮辊磨砺半径，也可以有效检测皮辊表面磨砺质量，从而有效提高皮辊磨砺效率，克服了传统皮辊磨砺后需人工或另行检测检验，尺寸控制精度不高、表面磨砺效果难以保证、整体效率不高等问题。

附图说明

图1是一种皮辊磨砺方法流程图；

图2是一种皮辊磨砺机结构示意图。

图中标记如下：

1.机架；2.皮辊驱动轴；3.皮辊；4.皮辊顶压座；5.压座的驱动部；6.打磨轮；7.上轨道；8.皮辊抓取机械手；9.支架；10.激光测距仪；11.图像传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1，如图1所示，本发明设计一种皮辊磨砺方法，通过激光测距仪对皮辊进行动态距离测量，分析皮辊是否达到磨砺（也称为打磨）精度要求，并驱动打磨轮进给磨砺或停止磨砺；所述打磨轮及其驱动装置的位置已知，激光测距仪安装固定已知并位置，所述方法步骤包括：

S1、皮辊安装，机械手抓取待磨砺（打磨）皮辊套装于皮辊驱动轴，通过皮辊夹持端和皮辊顶压座，将皮辊固定于驱动轴并可随驱动轴同步旋转；

S2、测距并计算皮辊初始半径或直径，低速旋转待磨砺皮辊至少一周，记第i次采样激光测距值为Hi，根据

Ri=S-Hi

计算皮辊初始半径，其中，Ri为第i次测量计算的皮辊半径，S为皮辊驱动轴到激光测距仪的固定距离；对所有的Ri进行统计平均即可获得皮辊的半径R；本实施例设计皮辊驱动轴旋转速度为30rpm、激光测距采样周期为100ms，或者设计皮辊驱动轴旋转速度为60rpm、激光测距采样周期为50ms，采样均为一周为20组测距值，这样既便于进行统计计算，也可进一步确保半径计算的准确性和用半径统计方差反应磨砺效果的可靠性；

S3、依据a=H-d计算打磨轮相对皮辊的距离a，

其中d为打磨轮相对激光测距仪的距离，H为激光测距值为Hi的统计均值；

S4、控制打磨轮进给磨砺，根据打磨轮相对皮辊的距离，控制打磨轮径向驱动装置使打磨轮靠紧皮辊，同步启动皮辊及打磨轮按相反方向各自旋转实现皮辊磨砺；所述磨砺速度包括打磨轮与皮辊转速之和；

当皮辊实测半径与目标值差异超过设定第一误差阈值δ₁时，进行快速磨砺，根据预定磨砺速度，启动皮辊驱动装置使皮辊旋转，同步启动打磨轮旋转装置驱动打磨轮快速旋转，打磨轮与皮辊旋转方向相反，从而实现对皮辊的快速磨砺；

当皮辊实测半径与目标值差异小于等于设定第一误差阈值时，设置打磨轮慢速旋转，进行慢速细磨砺，直至测量值与目标值差异小于等于第二误差阈值δ₂时结束磨砺；

本实施例设置δ₁为5um、δ₂为2um。

优选的，所述磨砺速度设置为一档或快、慢两档或快、中、慢三档，根据打磨速度设置和实测皮辊半径变化率，确定打磨轮径向进给速度。

记实测皮辊半径R，目标半径R₀，打磨轮径向进给速度V₁、打磨轮旋转速度V₂、皮辊旋转速度V₃，理论上打磨轮旋转速度V₂、皮辊旋转速度V₃之和越大，磨砺效率越高，进给速度可以越快，当打磨轮的磨砺性能确定时，三者之间有一定的数学关系，但不是唯一组合值，因此本实施例对磨砺速度采用快、中、慢三档分档设置，然后根据打磨速度设置和实测皮辊半径变化率，确定打磨轮径向进给速度。本实施例将磨砺速度设置为快、中、慢三档，分别设置为300、200、100rpm，该速度为默认值，可以根据现场磨砺实际效果进行人工或自动微调，具体调节方法原理同下面的磨砺效率经验值确定过程中的调节方法原理。默认操作，快速磨砺应用于实际皮辊半径大于目标半径较多时（超过第一误差阈值），慢速磨砺应用于实际皮辊半径大于目标半径较少时（小于等于第一误差阈值）；中速磨砺一般用于人工设置调整，如实际皮辊半径与目标半径相差在第一误差阈值左右时，或者实际打磨过程中需经常性调整打磨进给量时。

实际工程中也可以直接使用中速磨砺，或者仅适用快、慢两档速度进行磨砺。

为了实现有效磨砺，起始磨砺时，打磨轮实际进给量应略大于实测的打磨轮与皮辊表面的距离，即保持打磨轮对皮辊一定的接触压力，本实施例初始快速磨砺，可保持多余进给量为2～5um（高压力），末期慢速磨砺，可保持多余进给量为1～2um（低压力）；磨砺过程中，为了保持预定的磨砺效率，应尽可能保持预定的磨砺压力即打磨轮进给速度。

该进给速度经验值的获取一般通过试验得到，具体试验方法包括：对特定的打磨轮，预期的磨砺效率，如5um/s的快速磨砺，则其进给速度也应该是5um/s，试验过程中按预定进给速度进给时，如果磨砺效率或压力确实是基本恒定的，则皮辊的半径变化率也应该是5um/s，即通过实测的单位时间皮辊半径变化率可以检查磨砺效率是否为预期值，如果实测皮辊半径变化率偏大则应适当降低进给量，如果实测皮辊半径变化率偏小则应适当增加进给量，注意这里调整是进给量，不是进给速度，且进给量可以多次调整；如果在同一组打磨轮转速和皮辊转速下，预期的磨砺效率需经常调整进给量，且不易稳定，则需根据进给量的多数调整方向调整预期磨砺效率，即当多数进给量调整为增加时，适当提高预期磨砺效率，当多数进给量调整为减少时，应适当降低预期磨砺效率；如果期望预期磨砺效率不变，则可通过适当调整打磨轮或皮辊转速来实现，即当多数进给量调整为增加时，适当提高打磨轮与皮辊转速和，当多数进给量调整为减少时，应适当降低打磨轮与皮辊转速和。多次试验可以获得多个稳定的参数组合，从而用于生产实践，加之实测磨砺效率的反馈调整作用，可实现对皮辊的有效、高精度磨砺。

本实施例为便于激光测距和摄像头图像测量，皮辊采用固定慢速转动30rpm（或者小于60 rpm的其他值），打磨轮的旋转速率据此以及设定的快、中、慢三档磨砺速度进行设置。

异常情况处置包括皮辊磨砺过程中，对于特定的打磨轮，当出现初始进给量总是大于预测结果，或者总是需要增加进给量，或者总是需要提高磨砺速度，或者连续进给磨砺过程中皮辊实测半径始终无明显减少，或者以上多项组合调整时磨砺效果明显下降，一般主要原因是打磨轮的磨砺性能已明显下降，需停止磨砺，更换打磨轮。

实施例2，与实施例1的区别在于，增加设置图像传感器（摄像头）进行皮辊表面图像测量，因此在实施例1四个步骤基础上，还包括步骤：

S5、皮辊磨砺效果检测，包括测距统计方差检测和/或皮辊图像检测；

所述测距方差统计检测包括皮辊半径统计方差检测或激光测距值直接统计方差检测，二者结果一致，并将统计结果与半径方差阈值σ_R进行比较，该检测一般为程序常态监测，当实测统计结果大于等于半径方差阈值时，一般认为磨砺机或磨砺设备异常，如出现轴偏、异物影响、打磨轮异常等，一般在出现方差持续超差或多件超差时，需进一步分析或人工干预进行检查；本实施例设置半径方差阈值σ_R为1.5um。

所述皮辊图像检测包括利用图像传感器对皮辊表面局部实时图像进行测量，摄像头安装时，应确保单张照片覆盖皮辊两端，且皮辊占整幅照片中间位置的1/3以上版面，照片的横向方向与皮辊轴向方向平行，如此拍摄的照片便于开展图像处理；如果两者间存在一定的角度，则在图像灰度处理分析前，应将图像旋转相应角度使图像的横向方向与皮辊轴向方向平行；通过图像处理分析皮辊实际磨砺效果是否满足光滑度要求，并辅助分析定位磨砺机故障部位或故障原因，根据分析结果驱动打磨轮提高旋转速度或降低旋转速度（直至速度为零）进行磨砺；所述图像处理前需等间隔拍摄至少3幅皮辊圆柱表面不同部位图像，且所有图像加起来覆盖皮辊全部圆柱表面；所述图像拍摄包括静态拍摄法或动态拍摄法。

优选的，所述皮辊磨砺效果检测包括必测项和/或自定义检测项；

所述必测项包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于半径第二误差阈值δ₂（即皮辊半径已达标）、且测距方差统计结果大于等于半径方差阈值σ_R时，启动皮辊图像检测，进一步确认皮辊磨砺异常问题，包括根据拍摄的一定数量图像，对每幅图像进行灰度处理，确认超差情况，定位超差部位，判定产品等级，同时检查并排除设备故障。

所述自定义检测项包括，皮辊半径尚未达标、测距方差异常时图像补充检测和/或皮辊半径已达标、测距方差亦正常时的图像确认检测；

所述图像补充检测包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于第一误差阈值δ₁、且所述测距方差统计结果大于等于半径方差阈值σ_R时，根据用户需求和/或程序设定开展皮辊图像检测，并根据检测结果人工或自动修改磨砺策略，如对某区域重点磨砺等。皮辊图像检测；当皮辊实测半径与目标值差异大于第一误差阈值δ₁、且所述测距方差统计结果大于等于半径方差阈值σ_R时，根据用户需求和/或程序设定开展皮辊图像检测。

所述图像确认检测包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于设定的第二误差阈值δ₂、测距统计方差小于半径方差阈值σ_R时，启动皮辊图像检测进一步确认皮辊磨砺质量。

优选的，所述静态拍摄法包括拍摄时皮辊处于静止状态，一幅图像拍摄完成后，皮辊旋转一定角度拍摄下一幅图像；所述动态拍摄法包括依据图像积分和处理基本时长要求，结合动态成像清晰度和稳定性要求，确定图像拍摄间隔，根据拍摄间隔和每旋转一周需要的图像张数，计算皮辊旋转速度，旋转皮辊并启动等间隔拍摄，直至拍摄到既定数量的照片，一般每旋转一周不少于3张，逐张、逐行、逐列进行图像灰度分布分析；需注意的是关于皮辊旋转速度的确定问题，本发明考虑连续拍摄2张照片的间隔时间至少应大于摄像头拍照积分时间，一般应大于摄像头积分时间与单幅图像分析处理时间之和，即若摄像头积分时间10ms、分析处理时间40ms，则拍摄间隔至少50ms（即每秒20幅图像），如果皮辊旋转一周需拍摄4张照片，按连续拍摄计算，即皮辊每旋转一周需4*50ms=200ms时间，则皮辊转速为300rpm；本实施例考虑快速旋转对成像质量影响明显，将图像拍摄的间隔时间设定为0.5s，每旋转一周拍摄4幅图像，则皮辊转速为30rpm，相邻两幅图像有小部分重合；

优选的，所述图像处理包括对图像横向像素灰度按行求均值、统计方差，记录异常像素点位置；纵向像素按列相邻像素灰度作差后对差值求均值、统计方差，记录异常像素点位置；所述像素点位置包括图像横坐标和/或纵坐标；通过灰度阈值法、灰度差阈值法、异常区域阈值法、综合阈值法中的任意种，分析判定皮辊磨砺后的不合格产品等级（包括次品或废品）。

由于实际拍摄的是圆柱曲面，当圆柱面均匀光滑时，实际图像应该是横向像素灰度均匀分布，纵向像素的灰度则从中间分界线起分别向上下两端呈递减分布，故而对横向像素直接进行统计分析，对纵向像素作差后再进行统计分析；根据统计方差超出预设阈值的纵、横向像素坐标，可以获知每幅图像方差异常区域（或点）具体位置坐标和区域大小；根据连续相邻不同角度多幅图像验证，可以进一步确认实际皮辊方差异常区域具体位置，一般两幅图像都验证同一区域存在异常，即可认为该区域异常（由于图像处理存在一定的误差，这里同一区域也允许一定的误差范围，要点是确实反映了皮辊同一区域的特性）；确认异常区域后，将皮辊圆柱表面全部异常区域面积相加（或像素数相加）得到所磨砺皮辊异常区域大小（实际数据处理可以记录包括各分块异常区域位置及大小）。

设置灰度方差第一阈值为10（按0～255通用灰度定义表示）、灰度方差第二阈值为5，灰度差方差第一阈值为8、灰度差方差第二阈值为4，异常面积第一阈值为100像素、异常面积第二阈值为20像素；所述异常面积包括异常区域实际面积，或纵向像素数*横向像素数，可以根据实际可允许的异常表面区域大小与单个像素尺寸进行换算，本实施例基于1024*1024的图像分辨率，用像素数作为异常面积计量便于操作；检测结果同时满足小于灰度方差第二阈值和灰度差方差第二阈值，即无异常的皮辊为合格品，有任意一项超过各自第二阈值的均称为异常；

所述异常面积包括所有灰度方差大于等于灰度方差第二阈值、灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值的区域大小之和，不重复累加；

所述灰度阈值法包括当相邻两行以上实测灰度方差同时大于等于灰度方差第一阈值时，判定该皮辊为废品，即局部凸起或凹下或粗糙太明显为废品；

所述灰度差阈值法包括当相邻两列以上实测灰度差方差同时大于等于灰度差方差第一阈值时，判定该皮辊为废品，即局部凸起或凹下或粗糙太明显为废品；

所述异常区域阈值法包括当皮辊所有异常区域的大小（像素数或面积）大于等于异常面积第一阈值时，判定该皮辊为废品，即异常区域过大为废品，即使局部凸起或凹下或粗糙并不是太明显；所述异常区域的大小或面积的计算方法有多种，简单粗略的估计就是根据异常行列值的按矩形进行估算，精细一点，可以针对每一异常行，找出具体异常像素点范围，逐行确认并累加；或者针对每一异常列，找出具体异常像素点范围，逐列确认并累加；或者行与列综合确认各异常区域像素点边界位置后，再对各异常区域面积或像素点数求和；

所述综合阈值法包括当异常行实测灰度方差大于等于灰度方差第二阈值小于其第一阈值，和/或异常列灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值小于其第一阈值，且异常区域大于等于异常面积第二阈值小于其第一阈值时，判定该皮辊为次品。

当皮辊所有图像同时满足小于灰度方差第二阈值和灰度差方差第二阈值，即无异常的皮辊为优等品；其他异常区域小于异常面积第二阈值，且异常行实测灰度方差大于等于灰度方差第二阈值小于其第一阈值，和/或异常列灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值小于其第一阈值的皮辊为合格品，任意一项指标超过各自第二阈值的均称为异常，只是合格品的异常面积小、且不明显，可以接受。

实施例3，与实施例2的差别在于，通过提高皮辊旋转一周摄像头等间隔拍摄图像张数，使相邻至少3幅图像有至少半幅图像的重合区域（以每幅图像能够较清晰覆盖皮辊圆柱表面120度范围计算，每旋转一周至少应等间隔拍摄18幅照片），则可实现相邻3幅图像对同一区域的重复检测与判断，从而提高图像检测的准确性。可以通过降低皮辊旋转速度和/或减少拍摄间隔周期的方式获得多张覆盖部位相差较小的图像。本实施例采用50ms拍摄周期、皮辊旋转一周拍摄20张照片的策略，则每幅照片都有较大面积的重复部位，对图像异常分析、确认和定位均较为便利与可靠，此时皮辊旋转速度可设为60rpm；如果摄像头每秒钟拍摄10张图像，即每幅图像间隔周期为0.1s，依然需要旋转一周拍摄20幅照片，此时皮辊旋转速度可设为30rpm。

实施例4，与实施例3的差别在于，本实施例针对所有半径达标的皮辊均进行图像检测，即除实施例3对半径异常的皮辊进行图像检测外，还对半径达标、所述测距方差正常的皮辊进行图像确认检测，包括通过灰度阈值法、灰度差阈值法、异常区域阈值法、综合阈值法中的任意多项方法综合运用进行最终磨砺效果确认，进一步确认产品是否合格以及合格等级。由于激光测距仪仅测量皮辊一固定圆周的半径变化情况和表面粗糙情况，并以此作为判断整个皮辊表面的依据，有时难免会出现新的异常，因此在皮辊磨砺完成后统一用图像传感器做一次表面检测确认，可以更好的保证产品质量。

实施例5，针对实施例1～4中的任意一项，增设打磨轮压力传感器，用于检测打磨轮进给后与待打磨皮辊的接触程度，打磨轮的进给量不再通过激光测距反馈来控制，如此可以确保不会过分进给，更好的提高设备使用寿命，包括打磨轮寿命。

实施以上任一实施例的一种典型皮辊磨砺机，如图2所示，所述皮辊磨砺机包括机架1，机架1上设有皮辊驱动轴2，皮辊驱动轴2的一端连接有驱动电机，皮辊驱动轴2的另一端设有与皮辊3一端配合的皮辊夹持端，在与皮辊驱动轴2的皮辊夹持端位置相对应部位设有与机架1滑动配合的皮辊顶压座4，皮辊顶压座4与顶压座的驱动部5连接，在机架1的一侧设有皮辊打磨轮6，皮辊打磨轮6的位置与皮辊被夹持位置的一侧相对应，皮辊打磨轮6通过传动部件与皮辊打磨轮的驱动机构连接，在机架1的上部设有上轨道7，上轨道7上设有与上轨道7滚动配合的皮辊抓取机械手8；在机架1的一侧设有支架9，支架9上设有与被夹持皮辊3位置相对应的激光测距仪10和摄像头11；在皮辊打磨轮6周围设置有护罩，护罩内位于皮辊打磨轮6的附近分别设有喷吹气管的出口和吸气管的入口，喷气管的入口和吸气管出口分别通过喷吹气管和吸气管与气泵连接；所述驱动电机、顶压座驱动部5、打磨轮的驱动机构、气泵、皮辊抓取机械手8的驱动部件、激光测距仪10和摄像头11分别与PLC控制器（图中未视）电连接。关于压力传感器在实施例5中已有安装方式说明，图中未示出，所述压力传感器与PLC控制器电连接。

所述激光测距仪和摄像头通过独立支架9安装，与皮辊磨砺机的运动部件隔离，避免运动对测量精度的影响，本实施例将所述支架9固定安装于独立的隔振基座上，确保其测量的精度。

为确保本方案的可实施性，所述磨砺机的打磨轮与皮辊线接触，且打磨轮宽度不小于皮辊宽度，即磨砺过程中打磨轮和皮辊均无需轴向移动，可以一次磨砺到位，所述激光测距仪和图像传感器安装时其光轴方向分别与皮辊旋转轴正交并指向旋转轴，图像传感器光轴正对皮辊旋转轴的圆柱中部，确保能够拍摄到包括两端的圆柱圆柱面且皮辊圆柱表面成像于图像的中部区域，激光测距仪安装于图像传感器两侧均可。如此安装皮辊半径计算、图像处理均无需进行安装角度修正，本发明所给实施例均是基于此安装方式的，当存在倾斜时，需视情修正后再进行计算或分析，具体在实施例中已有交代。

另为保证图像检测的可靠性和稳定性，皮辊周围环境光应尽可能为散射光或漫反射光，并尽可能避免光源直接照射皮辊表面造成局部反光影响灰度分析结果。

以上只是本实施例采用的磨砺机一种形式，要点是设置激光测距仪，打磨轮通过径向运动靠近或远离皮辊，类似的磨砺机同样可以使用本方法；对于其他形式的磨砺机，尽管打磨轮安装方式或运动形式可能不同，只要测量和检测的基本原理一致，均可以参考本方法。

本发明的基本原理是：根据激光测距值确定打磨轮进给量、判断皮辊半径是否符合目标要求，通过打磨轮的径向运动驱动打磨轮靠紧皮辊、高速旋转实现磨砺；进一步的，还可以利用图像传感器通过对皮辊表面图像灰度处理，分析磨砺质量情况，从而更好的确保皮辊磨砺质量；再进一步的，利用压力传感器的反馈作用，可以更好地控制打磨轮进给磨砺，确保打磨轮以合适的压力进行磨砺，有效避免打磨力过大或过小，导致设备损坏或磨砺效率低下。

以上所述仅是本发明皮辊磨砺方法的部分实施例，事实上可以根据阈值设置方法以及磨砺速度、拍摄间隔、每周拍摄图像张数等参数的多种组合设置，形成不同的实施例，但方法基本原理一致，这些组合也应视为本发明的保护范围；另一方面由于皮辊磨砺是精细打磨，测量与进给量控制达到微米量级，因此本发明方法实施所采用的皮辊磨砺机通过高精度激光测距仪进行距离测量、通过丝杆的转动或齿轮等其他精密传动装置控制打磨轮径向进给量、通过高清成像进一步分析判断皮辊表面磨砺质量，当采用其他测量方式或控制方式时，只要基本原理一致，也应视为本发明的保护范围。这里不再一一列举。

Claims (8)

1.一种皮辊磨砺方法，其特征在于，通过激光测距仪对皮辊进行动态距离测量，分析皮辊是否达到磨砺精度要求，并驱动打磨轮进给磨砺或停止磨砺；通过图像传感器进行皮辊表面图像测量，分析皮辊磨砺质量，所述方法步骤包括：

S1、皮辊安装；

S2、测距并计算皮辊初始半径，低速旋转待磨砺皮辊至少一周，记第i次采样激光测距值为Hi，根据

Ri=S-Hi

计算皮辊初始半径，其中，Ri为第i次测量计算的皮辊半径，S为皮辊驱动轴到激光测距仪的固定距离；对所有的Ri进行统计平均即可获得皮辊的半径R；

S3、依据a=H-d计算打磨轮相对皮辊的距离a，

其中d为打磨轮相对激光测距仪的距离，H为激光测距值为Hi的统计均值；

S4、控制打磨轮进给磨砺，根据打磨轮相对皮辊的距离，控制打磨轮径向驱动装置使打磨轮靠紧皮辊，同步启动皮辊及打磨轮按相反方向各自旋转实现皮辊磨砺；

当皮辊实测半径与目标值差异超过设定第一误差阈值δ₁时进行快速磨砺，根据预定磨砺速度，启动皮辊驱动装置使皮辊旋转，同步启动打磨轮旋转装置驱动打磨轮快速旋转，打磨轮与皮辊旋转方向相反，从而实现对皮辊的快速磨砺；

当皮辊实测半径与目标值差异小于等于设定第一误差阈值时，设置打磨轮慢速旋转，进行慢速细磨砺，直至测量值与目标值差异小于等于第二误差阈值δ₂时结束磨砺；

S5、皮辊磨砺效果检测，包括测距方差统计检测和/或皮辊图像检测；

所述测距方差统计检测包括皮辊半径统计方差检测或激光测距值直接统计方差检测，并将统计结果与半径方差阈值进行比较；

所述皮辊图像检测包括利用图像传感器对皮辊表面局部实时图像进行测量，通过图像处理分析皮辊实际磨砺效果是否满足光滑度要求；所述图像处理前需等间隔拍摄至少3幅皮辊圆柱表面不同部位图像，且所有图像加起来覆盖皮辊全部圆柱表面；所述图像拍摄包括静态拍摄法或动态拍摄法。

2.根据权利要求1所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，磨砺速度设置为一档或快、慢两档或快、中、慢三档，根据磨砺速度设置和实测皮辊半径变化率，确定打磨轮径向进给速度。

3.根据权利要求1所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，所述皮辊磨砺效果检测包括必测项和/或自定义检测项；

所述必测项包括，当皮辊实测半径与目标值差异小于等于半径第二误差阈值δ₂、且测距方差统计结果大于等于半径方差阈值时，启动皮辊图像检测，进一步确认皮辊磨砺异常问题，包括根据拍摄的一定数量图像，对每幅图像进行灰度处理，确认超差情况，定位超差部位，判定产品等级；

所述自定义检测项包括，皮辊半径尚未达标、测距方差异常时图像补充检测和/或皮辊半径已达标、测距方差亦正常时的图像确认检测。

4.根据权利要求1所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，所述静态拍摄法包括拍摄时皮辊处于静止状态，一幅图像拍摄完成后，皮辊旋转一定角度拍摄下一幅图像；所述动态拍摄法包括依据图像积分和处理基本时长要求，结合动态成像清晰度和稳定性要求，确定图像拍摄间隔，根据拍摄间隔和每旋转一周需要的图像张数，计算皮辊旋转速度，旋转皮辊并启动等间隔拍摄，直至拍摄到既定数量的照片。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，所述图像处理包括对图像横向像素灰度按行求均值、统计方差，记录异常像素点位置；纵向像素按列相邻像素灰度作差后对差值求均值、统计方差，记录异常像素点位置；所述像素点位置包括图像横坐标和/或纵坐标；通过灰度阈值法、灰度差阈值法、异常区域阈值法、综合阈值法中的任意种，分析判定皮辊磨砺后的不合格产品等级。

6.根据权利要求5所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，设置灰度方差第一阈值、灰度方差第二阈值，灰度差方差第一阈值、灰度差方差第二阈值，异常面积第一阈值、异常面积第二阈值；

所述异常面积包括所有灰度方差大于等于灰度方差第二阈值或灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值的区域大小之和；

所述灰度阈值法包括当相邻两行以上实测灰度方差同时大于等于灰度方差第一阈值时，判定该皮辊为废品；

所述灰度差阈值法包括当相邻两列以上实测灰度差方差同时大于等于灰度差方差第一阈值时，判定该皮辊为废品；

所述异常区域阈值法包括当皮辊所有异常区域的大小大于等于异常面积第一阈值时，判定该皮辊为废品；

所述综合阈值法包括当异常行实测灰度方差大于等于灰度方差第二阈值小于其第一阈值，和/或异常列灰度差方差大于等于灰度差方差第二阈值小于其第一阈值，且异常区域大于等于异常面积第二阈值小于其第一阈值时，判定该皮辊为次品。

7.根据权利要求6所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，所述测距方差正常时的图像确认检测还包括，通过灰度阈值法、灰度差阈值法、异常区域阈值法、综合阈值法中的任意多项方法综合运用进行最终磨砺效果确认。

8.根据权利要求1所述的一种皮辊磨砺方法，其特征在于，增设打磨轮压力传感器，安装于打磨轮镜像驱动装置的驱动方向、与打磨轮一起做径向运动，或者安装于皮辊旋转轴的端侧，用于检测打磨轮进给后与待打磨皮辊的接触程度。

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