CN116750542B - 一种放卷张力控制方法及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种放卷张力控制方法及控制系统，该方法在放卷过程中采集张力辊的热成像图像集合，进而截取对象区域后得到张力辊对象图像集合，确定各个张力辊对象图像的辊温值以及辊温值偏差序列，拟合得到辊温值偏差拟合曲线，获取振动信号拟合曲线，根据辊温值偏差拟合曲线与振动信号拟合曲线确定温升耦合度，由振动信号序列和辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而获取张力生长特征和张力衰减特征，由辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当负载张力高于预设阈值时，采用PID反馈控制调节放卷电机的输出转速，提升了卷材放卷时张力的控制精度和稳定性，降低了放卷过程中卷材的损毁率。
Description
技术领域
本申请涉及放卷控制技术领域，并且更具体地，涉及一种放卷张力控制方法及控制系统。
背景技术
在工业生产中，很多材料会以卷材的形式存放，这种形式可以节省空间、方便运输和储存，在对卷材进行加工生产过程之前，需要将卷材进行放卷，对卷材放卷是指将卷状材料（如卷筒纸、薄膜、金属带等）放置在张力辊上，通过电机带动张力辊旋转，从而将材料从卷筒上展开，得到平面材料以便进行后续的加工或使用。
放卷张力是指对卷材进行放卷时，卷材由于受到张力辊的拉力作用，存在于卷材内部而垂直于两邻部分接触面上的相互牵引力，张力过大容易引起卷材的形变损毁，现有技术中，由于没有专用的张力传感器，需要人工采用手动控制器调整磁粉制动器的扭矩，需要人工值守卷材的放卷工作，而且这种方式对卷材放卷时张力的控制精度和稳定性较低，在放卷过程中卷材的损毁率较高。
发明内容
本申请提供一种放卷张力控制方法及控制系统，以解决对卷材放卷时张力的控制精度和稳定性较低，在放卷过程中卷材的损毁率较高的技术问题。
本申请采用如下技术方案解决上述技术问题：
第一方面，本申请提供一种放卷张力控制方法，该方法可以由网络设备执行，或者，也可以由配置于网络设备中的芯片执行，本申请对此不作限定。
具体的，该方法包括如下步骤：
在放卷过程中采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合；
对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取该对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合；
根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值，进而确定辊温值偏差序列，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线；
采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度；
由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征；
由所述辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当所述负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分反馈控制调节放卷电机的输出转速。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合具体可以包括：
对所述热成像图像集合中的热成像图像分别进行灰度化处理，得到对应的热成像灰度图像；
对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点；
根据所述张力辊标志特征点在所述热成像灰度图像中确定对象区域，进而对所述热成像图像集合中的各个热成像图像分别进行对象区域截取，得到张力辊对象图像集合。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点之前还包括：对所述热成像灰度图像进行均值滤噪预处理。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度具体包括：
获取所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度；
获取所述振动信号拟合曲线；
获取所述辊温值偏差拟合曲线；
根据所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度、所述振动信号拟合曲线和所述辊温值偏差拟合曲线/>确定温升耦合度，所述温升耦合度根据下式确定：
其中，为所述温升耦合度，/>为时间自变量，/>为所述时间自变量的微分。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度具体包括：
根据所述振动信号序列，获取振动信号频谱；
根据所述辊温值偏差序列，获取辊温值偏差频谱；
根据所述振动信号频谱和所述辊温值偏差频谱/>，确定所述温振相干度，所述温振相干度根据下式确定：
其中，为所述温振相干度，/>为所述振动信号序列的方差值，/>为所述辊温值偏差序列的方差值，/>为所述振动信号频谱的共轭复数，/>为所述辊温值偏差序列的共轭复数，/>为归一化系数。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，采用线性插值法对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，通过热成像仪采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合。
第二方面，本申请提供一种放卷张力控制系统，包括：
热成像图像采集模块，用于在放卷过程中采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合；
对象区域检测截取模块，用于对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取该对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合；
辊温值偏差拟合曲线确定模块，用于根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值，进而确定辊温值偏差序列，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线；
温升耦合度确定模块，用于采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度；
张力生长衰减特征确定模块，用于由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征；
放卷张力控制模块，用于由所述辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当所述负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分反馈控制调节放卷电机的输出转速。
第三方面，本申请提供一种计算机终端设备，所述计算机终端设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行上述的放卷张力控制方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一条计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现上述放卷张力控制方法所执行的操作。
本申请公开的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：
本申请提供的一种放卷张力控制方法及控制系统中，首先在放卷过程中采集张力辊的热成像图像集合，进而截取对象区域后得到张力辊对象图像集合，各个张力辊对象图像的辊温值以及辊温值偏差序列，对辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线，采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据辊温值偏差拟合曲线与振动信号拟合曲线确定温升耦合度，由振动信号序列和辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征，由辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分反馈控制调节放卷电机的输出转速，提升了卷材放卷时张力的控制精度和稳定性，降低了放卷过程中卷材的损毁率。
附图说明
图1是根据本申请一些实施例所示的一种放卷张力控制方法的示例性流程图；
图2是根据本申请一些实施例所示的放卷张力控制方法装置的示例性硬件和/或软件的示意图；
图3是根据本申请一些实施例所示的应用放卷张力控制方法的计算机终端设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请在放卷过程中采集张力辊的热成像图像集合，进而截取对象区域后得到张力辊对象图像集合，各个张力辊对象图像的辊温值以及辊温值偏差序列，对辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线，采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据辊温值偏差拟合曲线与振动信号拟合曲线确定温升耦合度，由振动信号序列和辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征，由辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分反馈控制调节放卷电机的输出转速，提升了卷材放卷时张力的控制精度和稳定性，降低了放卷过程中卷材的损毁率。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。参考图1，该图是根据本申请一些实施例所示的放卷张力控制方法的示例性流程图，该放卷张力控制方法100主要包括如下步骤：
在步骤S101，在放卷过程中采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合。
需要说明的是，所述张力辊是使用在带钢生产线上的一个重要部件，其作用是在对卷材进行放卷时，起到支撑卷材张力从而防止带钢跑偏，降低卷材变形几率，同时也是在停机和穿带时候起到压紧效果，一般位置处于在生产线的入口和出口部位，结构设计一般是两辊、三辊、四辊等结构，通常卷材的张力是和通过的辊子数量是成正比的，在本实施例中的放卷张力控制方法中多以两辊结构为例。
在一些实施例中，可以通过热成像仪采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合，热成像仪是一种专门用于检测和记录物体表面的热能分布，并将其转换成可视化的图像的装置，具体实现时，也可以采用其他可以进行热成像图片采集的装置或设备，这里不做限定。
在步骤S102，对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取该对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合。
需要说明的是，所述热成像图像集合中的热成像图像除包含张力辊对象图像外，还可以包括背景区域图像，因此，需要对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，从而检测得到含有张力辊对象图像的对象区域，进而通过截取该对象区域，实现热成像图像中张力辊对象图像与背景图像的分离。
具体实现时，对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合具体可以包括：
对所述热成像图像集合中的热成像图像分别进行灰度化处理，得到对应的热成像灰度图像；
对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点；
根据所述张力辊标志特征点在所述热成像灰度图像中确定对象区域，进而对所述热成像图像集合中的各个热成像图像分别进行对象区域截取，得到张力辊对象图像集合。
具体实现时，对所述热成像图像进行灰度化处理可采用现有技术，例如，可以根据该热成像图像，获取该图中每个像素点的RGB（Red, Green, Blue-三原色）原始值，进而取其中一个像素点的RGB原始值的平均值映射到0到255的灰度范围后得到灰度值，将该灰度值作为该像素点的灰度，从而得到灰度图像像素用于代替原有像素点，采用计算机软件算法对所述热成像图像中每一个像素点重复上述步骤，即可得到热成像灰度图像，在另外一些实施例中，也可以使用加权平均法将所述热成像图像转换为热成像灰度图像，一般来说，人眼对于红光、绿光和蓝光的敏感程度不同，因此在加权平均法中，可以根据所述热成像图像中像素点的RGB值，使用不同的权重来计算所述热成像灰度图像中对应像素点的灰度值，例如，灰度值 = 0.299×红光值 + 0.587×绿光值 + 0.114×蓝光值，根据该式确定所述热成像图像中任一像素点的灰度值，即可得到所述热成像灰度图像。
可选的，在一些实施例中，对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点具体可以包括，首先，对热成像灰度图像进行二值化处理，可使用阈值处理或其他二值化方法，将该热成像灰度图像中的像素点分为两个不同的像素值，将其转化为只包含0和255两个灰度值的二值化图像，再应用索贝尔算子计算像素点周围的灰度值变化实现背景检测，例如，根据索贝尔算子的计算结果设置一个适当的阈值来提取边缘，超过阈值的像素将被视为边缘，可以将其设置为特定的像素值，而低于阈值的像素可以设置为另一个值，从而确定二值化图像中的图像边缘位置，边缘位置通常代表着热成像图像中的张力辊对象区域与图像背景区域之间的边界，进而将所述边缘位置的像素点坐标进行提取，即可得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点。
需要说明的是，所述张力辊标志特征点即为所述热成像图像中的张力辊对象区域与图像背景区域之间的边缘位置像素点，所述张力辊标志特征点内的图像连通区域即为只包含张力辊图像的对象区域，进而对所述热成像图像集合中的各个热成像图像中对象区域内部分热成像图像分别进行截取，得到对应的各个张力辊对象图像，进而将所述各个张力辊对象图像依据时序组成张力辊对象图像集合。
可选的，在一些实施例中，对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点之前还可以包括：
对所述热成像灰度图像进行均值滤噪预处理。
具体实现时，可以将所述热成像灰度图像中对象像素点的周围像素作为滤噪模板，使用滤噪模板中像素点的灰度平均值对对象像素点的灰度对更新，在热成像灰度图像中不断选取对象像素点重复上述步骤，直到热成像灰度图像中的所有像素点的灰度均被代替，从而实现图像的均值滤波预处理，提高该热成像灰度图像的平滑性并对图像中可能存在的离散噪声进行滤除，便于后续对所述热成像灰度图像的背景检测。
在步骤S103，根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值，进而确定辊温值偏差序列，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线。
在一些实施例中，根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值具体可以包括：
获取所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的像素亮度值，所述像素亮度值为张力辊对象图像中各个像素点的亮度值；
根据各个张力辊对象图像的像素亮度值，获取各个张力辊对象图像对应的亮度均值；
将所述各个张力辊对象图像对应的亮度均值进行温度值反映射，得到各个张力辊对象图像的辊温值。
需要说明的是，所述张力辊对象图像集合为截取的部分热成像图像，当所述张力辊对象图像集合中的张力辊对象图像为灰度图像时，张力辊对象图像的像素亮度值即为所述张力辊对象图像的灰度值，进而将所述张力辊对象图像中所有像素点的灰度均值作为所述亮度均值，再根据亮度均值作灰度-温度线性变换，得到该张力辊对象图像对应的辊温值。
可选的，在一些实施例中，所述张力辊对象图像集合中的张力辊对象图像为伪彩色图像，伪彩色图像使用伪彩色映射来表示不同温度区域，使不同温度的区域呈现不同的颜色，对于单张张力辊对象图像，每个像素点的颜色所述通过将物体表面的热强度或温度值映射到RGB颜色空间中得到，张力辊对象图像的像素亮度值即为像素点的RGB通道的色彩值，所述亮度均值为张力辊对象图像中所有像素点的RGB三通道色彩值取平均数得到的伪色彩均值，具体实现时，所述亮度均值可以是一个三维向量，该三维向量包含了RGB三通道中的绿色亮度均值、红色亮度均值和蓝色亮度均值。
在一些实施例中，所述辊温值偏差序列中的辊温值偏差数据根据相邻的两个辊温值之间的差值确定，具体实现时，可以计算所述张力辊图像集合中相邻的两张张力辊图像对应的辊纹值之间的差值，得到所述辊温值偏差数据，进而确定所有辊温值偏差数据并依据时序组成辊温值偏差序列。
进而对所述辊温值偏差序列进行拟合，既可以填补传感器采集间隔中的数据缺失值，增加数据的完整性，也可以使得所述辊温值的变化特征更为清晰，可选的，在一些实施例中，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线可采用对序列拟合时常用的线性插值法，例如，采用具体实现时，可采用多项式插值法对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线，多项式插值法是一种常用的数值插值方法，用于在给定一组数据点的情况下，通过多项式来拟合这些数据，从而得到拟合曲线，需要说明的是，可采用拉格朗日插值法构造所述辊温值偏差数据的拟合多项式，得到所述辊温值偏差拟合曲线，在一些其他的实施例中，也可以采用其他可以实现序列拟合的方法得到辊温值偏差拟合曲线，这里不做限定。
在步骤S104，采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度。
在一些实施例中，采用位于张力辊两端的加速度传感器检测所述张力辊表面的振动频率信号，得到所述振动信号序列，具体实现时，也可以采用其他可以实现振动信号采集的装置或设备，这里不作限定。
需要说明的是，为便于后续温升耦合度的确定，所述振动信号序列中的振动信号与所述热成像图片的采集间隔一致，所述振动信号序列中的振动信号个数与所述热成像图片的个数一致，可采用对所述辊温值偏差序列进行拟合的相同方式对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，因此所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度与所述辊温值偏差拟合曲线的时间自变量区间长度一致。
需要说明的是，所述温升耦合度为时域上所述振动信号的强度改变对辊温值偏差数据的上升影响程度，优选的，在一些实施例中，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度具体可以包括：
获取所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度；
获取所述振动信号拟合曲线；
获取所述辊温值偏差拟合曲线；
根据所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度、所述振动信号拟合曲线和所述辊温值偏差拟合曲线/>确定温升耦合度，所述温升耦合度根据下式确定：
其中，为所述温升耦合度，/>为时间自变量，/>为所述时间自变量的微分。
在步骤S105，由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征；
可选的，在一些实施例中，所述温振相干度为频域上振动信号频谱与所述辊温值偏差频谱的相关程度，具体实现时，由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度具体可以包括：
根据所述振动信号序列，获取振动信号频谱；
根据所述辊温值偏差序列，获取辊温值偏差频谱，具体实现时，可采用频谱分析中常用的傅里叶变换法将离散的振动信号序列和辊温值偏差序列变换到频域中，从而获取所述振动信号频谱和辊温值偏差频谱；
根据所述振动信号频谱和所述辊温值偏差频谱/>，确定所述温振相干度，所述温振相干度根据下式确定：
其中，为所述温振相干度，/>为所述振动信号序列的方差值，/>为所述辊温值偏差序列的方差值，/>为所述振动信号频谱的共轭复数，/>为所述辊温值偏差序列的共轭复数，/>为归一化系数，用于对所述温振相干度进行归一化。
需要说明的是，放卷过程中，由于电机的机械振动导致卷材与张力辊之间的摩擦力变大，导致摩擦产热相应增加，因此根据辊温值偏差数据确定的负载张力也会随之产生增长误差，导致最终确定的负载张力偏离预期的值，所述张力生长特征即为确定负载张力时，由于电机的机械振动导致卷材与张力辊之间的摩擦力变大引起的张力增长比例。
可选的，在一些实施例中，由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征具体可以包括：
获取所述温升耦合度；
获取所述温振相干度；
获取所述振动信号序列中的各个振动信号的信号均值；
获取卷材密度和横截面积/>；
根据所述温升耦合度、温振相干度/>、所述振动信号序列中的各个振动信号的信号均值/>、卷材密度/>和横截面积/>获取张力生长特征，其中，所述张力生长特征根据下式确定：
其中，为所述张力生长特征，/>为预设的修正系数，标定为常数。
需要说明的是，放卷过程中，由于张力辊表面温度高于环境温度，因此张力辊表面与外界空气存在热交换，由所述辊温值偏差数据确定，并且环境中通过轴流风机或空气自然流动产生的风会加速热交换过程，导致辊温值偏差数据出现衰减、最终确定的负载张力偏离预期的值，所述张力衰减特征即为确定负载张力时，由于张力辊表面温度高于环境温度，张力辊与空气进行热交换引起的张力衰减比例。
可选的，在一些实施例中，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征之前还可以包括：采用温度传感器与风速传感器检测环境温度值与环境风速值；
根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征具体可以包括：
获取所述张力辊表面的换热系数，所述换热系数为单位时间内单位面积的张力辊表面向空气的热量传递量与温度差之间的比值，由所述张力辊的材料性质决定；
获取环境温度值；
获取环境风速值；
根据所述张力辊表面的换热系数、环境温度值/>和环境风速值/>，确定张力辊的张力衰减特征，所述张力衰减特征根据下式确定，即：
其中，为所述张力衰减特征，/>为所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值的平均值。
在步骤S106，由所述辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当所述负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分（PID，Proportional-Integral-Derivative）反馈控制调节放卷电机的输出转速。
优选的，在一些实施例中，由所述辊温值偏差序列、张力校正特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力具体可以包括：
获取所述张力生长特征；
获取所述张力衰减特征；
获取所述辊温值偏差序列的均值；
获取张力辊偏转角，所述张力辊偏转角为所述热成像图像的相机拍摄方向与所述卷材的出料方向的夹角；
获取所述张力辊与卷材材料间的动摩擦因数；
根据所述张力生长特征、张力衰减特征/>、所述辊温值偏差序列的均值/>、张力辊偏转角/>和所述张力辊与卷材材料间的动摩擦因数/>，确定放卷过程中的负载张力，所述负载张力根据下式确定：
其中，为所述负载张力，/>为张力辊的热容系数，依据所述张力辊的热容标定为常数。
需要说明的是，所述负载张力为对卷材进行放卷时，受到张力辊的拉力作用时，存在于其内部而垂直于两邻部分接触面上的相互牵引力，对卷材进行放卷时，负载张力会使得卷材与张力辊贴合，进而在放卷过程中使得卷材与张力辊表面进行摩擦传热，因此，可以根据辊温值偏差序列反推得到对卷材进行放卷时的负载张力，从而调整负载张力，确保放卷过程的稳定性和质量控制，避免放卷过程中卷材出现形变损伤。
当所述负载张力过大时，容易引起卷材形变损坏，因此，当所述负载张力高于预设阈值时，可采用PID反馈控制调节放卷电机的输出转速，具体实现时，可以将所述负载张力与预设的张力阈值之间的偏差信号作为PID控制器的输入信号，由所述PID控制器输出与所述张力辊连接的放卷电机的转速控制信号，从而降低所述放卷电机的转速，通过调整卷材的出料速度减少电机对卷材的拉伸张力，避免卷材因张力过大发生形变损毁。
另外，本申请的另一方面，在一些实施例中，本申请提供一种放卷张力控制系统，参考图2，该图是根据本申请一些实施例所示的放卷张力控制系统的示例性硬件和/或软件的示意图，该放卷张力控制系统200包括：热成像图像采集模块201、对象区域检测截取模块202、辊温值偏差拟合曲线确定模块203、温升耦合度确定模块204、张力生长衰减特征确定模块205和放卷张力控制模块206，分别说明如下：
热成像图像采集模块201，在本申请的一些具体的实施例中，热成像图像采集模块201主要用于在放卷过程中采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合；
对象区域检测截取模块202，在本申请的一些具体的实施例中，对象区域检测截取模块202主要用于对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取该对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合；
辊温值偏差拟合曲线确定模块203，在本申请的一些具体的实施例中，辊温值偏差拟合曲线确定模块203主要用于根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值，进而确定辊温值偏差序列，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线；
温升耦合度确定模块204，在本申请的一些具体的实施例中，温升耦合度确定模块204主要用于采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度；
张力生长衰减特征确定模块205，在本申请的一些具体的实施例中，张力生长衰减特征确定模块205主要用于由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征；
放卷张力控制模块206，在本申请的一些具体的实施例中，放卷张力控制模块206主要用于由所述辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当所述负载张力高于预设阈值时，采用PID反馈控制调节放卷电机的输出转速。
另外，本申请还提供一种计算机终端设备，所述计算机终端设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行上述的放卷张力控制方法。
在一些实施例中，参考图3，该图是根据本申请一些实施例所示的应用放卷张力控制方法的计算机终端设备的结构示意图。上述实施例中的放卷张力控制方法可以通过图3所示的计算机终端设备来实现，该计算机终端设备包括至少一个通信总线301、通信接口302、处理器303以及存储器304。
处理器303可以是一个通用中央处理器(central processing unit，CPU)、特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)或一个或多个用于控制本申请中的放卷张力控制方法的执行。
通信总线301可包括一通路，在上述组件之间传送信息。
存储器304可以是只读存储器（read-only memory，ROM）或可存储静态信息和指令的其它类型的静态存储设备，随机存取存储器（random access memory，RAM）或者可存储信息和指令的其它类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器（electricallyerasable programmable read-only memory，EEPROM）、只读光盘（compact disc read-only Memory，CD-ROM）或其它光盘存储、光碟存储（包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等）、磁盘或者其它磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其它介质，但不限于此。存储器304可以是独立存在，通过通信总线301与处理器303相连接。存储器304也可以和处理器303集成在一起。
其中，存储器304用于存储执行本申请方案的程序代码，并由处理器303来控制执行。处理器303用于执行存储器304中存储的程序代码。程序代码中可以包括一个或多个软件模块。上述实施例中张力衰减特征的确定可以通过处理器303以及存储器304中的程序代码中的一个或多个软件模块实现。
通信接口302，使用任何收发器一类的装置，用于与其它设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网（radio access network，RAN），无线局域网（wireless local areanetworks，WLAN）等。
可选地，上述计算机终端设备300还可以包括电源305，用于给实时计算机终端设备中的各种器件或电路提供电源。
在具体实现中，作为一种实施例，计算机终端设备可以包括多个处理器，这些处理器中的每一个可以是一个单核（single-CPU）处理器，也可以是一个多核（multi-CPU）处理器。这里的处理器可以指一个或多个设备、电路、和/或用于处理数据（例如计算机程序指令）的处理核。
上述的计算机终端设备可以是一个通用计算机终端设备或者是一个专用计算机终端设备。在具体实现中，计算机终端设备可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑（personal digital assistant，PDA）、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备或者嵌入式设备。本申请实施例不限定计算机终端设备的类型。
另外，在本申请的其他方面还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一条计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现上述放卷张力控制方法所执行的操作。
综上，本申请实施例公开的一种放卷张力控制方法及控制系统中，首先在放卷过程中采集张力辊的热成像图像集合，进而截取对象区域后得到张力辊对象图像集合，各个张力辊对象图像的辊温值以及辊温值偏差序列，对辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线，采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据辊温值偏差拟合曲线与振动信号拟合曲线确定温升耦合度，由振动信号序列和辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征，由辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当负载张力高于预设阈值时，采用PID反馈控制调节放卷电机的输出转速，提升了卷材放卷时张力的控制精度和稳定性，降低了放卷过程中卷材的损毁率。
以上所述的仅是本申请的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本申请技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本申请的保护范围，这些都不会影响本申请实施的效果和专利的实用性。
本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容，显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种放卷张力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
在放卷过程中采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合；
对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取该对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合；
根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值，进而确定辊温值偏差序列，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线；
采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度；
由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征；
由所述辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当所述负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分反馈控制调节放卷电机的输出转速。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合具体包括：
对所述热成像图像集合中的热成像图像分别进行灰度化处理，得到对应的热成像灰度图像；
对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点；
根据所述张力辊标志特征点在所述热成像灰度图像中确定对象区域，进而对所述热成像图像集合中的各个热成像图像分别进行对象区域截取，得到张力辊对象图像集合。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述热成像灰度图像进行背景检测，得到所述热成像灰度图像中的张力辊标志特征点之前还包括：对所述热成像灰度图像进行均值滤噪预处理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度具体包括：
获取所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度；
获取所述振动信号拟合曲线；
获取所述辊温值偏差拟合曲线；
根据所述振动信号拟合曲线的时间自变量区间长度、所述振动信号拟合曲线/>和所述辊温值偏差拟合曲线/>确定温升耦合度，所述温升耦合度根据下式确定：
其中，为所述温升耦合度，/>为时间自变量，/>为所述时间自变量的微分。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度具体包括：
根据所述振动信号序列，获取振动信号频谱；
根据所述辊温值偏差序列，获取辊温值偏差频谱；
根据所述振动信号频谱和所述辊温值偏差频谱/>，确定所述温振相干度，所述温振相干度根据下式确定：
其中，为所述温振相干度，/>为所述振动信号序列的方差值，/>为所述辊温值偏差序列的方差值，/>为所述振动信号频谱的共轭复数，/>为所述辊温值偏差序列的共轭复数，/>为归一化系数。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用线性插值法对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过热成像仪采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合。
8.一种放卷张力控制系统，其特征在于，包括：
热成像图像采集模块，用于在放卷过程中采集张力辊的热成像图像，得到所述张力辊的热成像图像集合；
对象区域检测截取模块，用于对所述热成像图像集合中的热成像图像进行对象区域检测，并截取该对象区域，得到仅包含对象区域图像的张力辊对象图像集合；
辊温值偏差拟合曲线确定模块，用于根据所述张力辊对象图像集合中图像的像素亮度值，确定所述张力辊对象图像集合中各个张力辊对象图像的辊温值，进而确定辊温值偏差序列，对所述辊温值偏差序列进行拟合，得到辊温值偏差拟合曲线；
温升耦合度确定模块，用于采集张力辊表面振动信号，得到振动信号序列，对所述振动信号序列进行拟合，得到振动信号拟合曲线，根据所述辊温值偏差拟合曲线与所述振动信号拟合曲线确定温升耦合度；
张力生长衰减特征确定模块，用于由所述振动信号序列和所述辊温值偏差序列进行温振相干检测，得到温振相干度，进而由所述温升耦合度、温振相干度和振动信号序列获取张力生长特征，根据环境温度及风速值，确定张力辊的张力衰减特征；
放卷张力控制模块，用于由所述辊温值偏差序列、张力生长特征和张力衰减特征确定放卷过程中的负载张力，当所述负载张力高于预设阈值时，采用比例-积分-微分反馈控制调节放卷电机的输出转速。
9.一种计算机终端设备，其特征在于，所述计算机终端设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行如权利要求1至7任一项所述的放卷张力控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有至少一条计算机程序，其特征在于，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1至7任一项所述的放卷张力控制方法所执行的操作。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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