CN206393886U - 一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，包括图像采集设备、图像预处理设备、运算设备、环境状态采集设备、紧急信息采集设备、控制器、显示设备、执行机构；还包括红外线光源以及图像采集设备盒；图像采集设备、图像预处理设备、运算设备与控制器、执行机构依次电路连接；环境状态采集设备、紧急信息采集设备、显示设备分别与控制器电路连接。本实用新型可以实现生产过程钢带自动纠偏的效果，保护操作人员、生产设备的安全，特别保证产品厚度稳定、良率高，每批次良率接近100%。

Description

一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统

技术领域

本实用新型涉及一种聚酰亚胺膜生产设备，具体涉及聚酰亚胺膜生产中环形钢带的自动纠偏系统。

背景技术

在制膜行业中，需要用到循环带状钢带，作为托举钢带完成薄膜铸片和定型和预烘干。由于薄膜定型和预烘干所用的工艺温度较高，并且限于现有装备的热平衡能力，托举钢带在运行过程中，不可避免的会出现左右偏斜，在出现这种偏斜时，必须及时的判定钢带偏斜的方向和变化速率，并予以及时的干预，使钢带运行平稳，并且要使钢带轴线和设备轴线基本稳定在重合位置。

目前，这样的调整大多还是采取人工方式完成。即操作者通过观察窗，按照一定的周期不断地观察、测量钢带的偏斜状态和偏斜速率，在根据操作经验，判定平采取相应的纠偏措施，使钢带稳定在一定的位置范围内。这样的操作方式，有几点不足：1、这种调整对操作者的要求比较高。操作者必须具备丰富的操作经验，并且对设备变动特性有较为深入的了解；2、提高设备车速，是提高产量最直接的方法，也是生产中经常会使用的调整方法。如果提高设备速度，人工观察与调整会跟不上设备的变动状况，导致不能及时把设备调整到最佳状态，从而不得不把设备车速限定在一定范围之内，这样不利于提高车速；3、由于高温设备的影响，观察和调整设备都需要在高温环境下进行，不利于员工保护；4、由于人工操作中观察、判断以及经验的局限性，不可能及时的发现较为细微的偏斜，存在误操作的可能性；5、目前生产领域中的趋势是设备自动化改造和控制系统的整合，而其中存在的手动环节不利于自动化设备的整合。

综上，迫切需要研发一种新型的钢带偏斜检测、调整以及配套的设备，以便尽可能提高设备的自动化程度，从而保障设备的稳定运行。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统。

针对人工操作的不利之处，本实用新型采用高清晰度的图像采集设备，为了稳定传感器的工作，使其不受现场高温和有害气体的影响，创造性的采用了密封、散热的强化结构腔，并使用镀膜光学玻璃作为图像采集窗口，还采用限定波长的红外线作为照明，使图像不受室内和设备内部照明的散射光的影响，本实用新型提供的系统操作简单、准确度高、具有很广阔的应用前景。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型的技术方案是：

一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，包括图像采集设备、图像预处理设备、运算设备、环境状态采集设备、紧急信息采集设备、控制器、显示设备、执行机构；所述图像采集设备、图像预处理设备、运算设备与控制器、执行机构依次电路连接；所述环境状态采集设备、紧急信息采集设备、显示设备分别与控制器电路连接。

本实用新型的自动纠偏系统还包括红外线光源以及图像采集设备盒；所述图像采集设备盒包括不锈钢壳体；所述不锈钢壳体设有图像采集孔；所述图像采集孔装有镀膜光学玻璃；所述图像采集设备位于不锈钢壳体内；红外线光源提供稳定的红外线照射，发射光谱狭窄，配合光谱滤光镜，可以最大限度的滤除干扰光线，使图像不受室内和设备内部照明的散射光的影响。图像采集单元配有封闭耐腐蚀的不锈钢壳体，所述不锈钢壳体内部配置液体冷媒循环冷却系统，比如冷却液循环管，采集窗孔采用镀膜光学玻璃，为红外线滤光镜，滤除其他干扰光线。

本实用新型的图像预处理设备包括视频同步分离模块和图像滤波模块，为市购产品；图像采集设备摄像头视频信号中除了包含图像信号之外，还包含场同步信号、场消隐信号、行同步信号、行消隐信号等等，图像预处理设备通过视频同步分离模块对频率信号进行处理，准确地把握各种信号间的逻辑关系，用图像滤波模块滤除干扰信号，用图像分离模块对视频信号进行同步分离，得到场同步信号与行同步信号，传输给运算设备。

本实用新型的运算设备提供两种功能，一个是边界提取，一个是趋势预判。边界提取实际上是一种图像分割技术。将图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程，是一种基本的计算机视觉技术。只有在图像分割的基础上才能对目标进行特征提取和参数测量，使得更高层的图像分析和理解成为可能。摄像头得到的图像实际上是一幅灰度图像，可以将图像分为几个区域，区域内部的灰度具有灰度相似性，而在区域边界上一般具有灰度不连续性，因此灰度图像分割一般可分为利用区域内灰度相似性的基于区域的方法和利用区域间灰度不连续性的基于边界的方法。运算设备为现有产品，其将图像转换成数字信号传输给控制器。钢带的偏斜是一个随时改变且非线性的系统，采用现有的单一的反馈控制会使系统存在不同程度的超调和振荡现象，无法得到理想的控制效果。根据制膜系统的特点，本实用新型引入了图像采集和图像预处理环节，改善了系统的动态特性；同时，利用运算设备具有对参数变化不敏感和Robust强的特点，有效地提高了控制系统的适应性和Robust，改善了系统的控制性能。实践表明，本实用新型有效克服了采集-控制-执行系统的偏差干扰给调整执行机构带来的不良影响，具有较好的控制效果。

本实用新型包括环境状态采集设备，由于控制设备必须根据钢带的实时状态决定对应的调整策略，因此必须对相关状态进行参数采集，其中包括钢带环境温度、湿度、运行车速等等，并将信号传输给控制器。显示设备为人机界面，主要用于参数设置、实时状态反馈等。

紧急信息采集设备是非常重要的一个单元。在实际生产环境中，会遇到各种突发状况，比如主系统会某个单元系统断电，传感器失灵，温度异常等等。这些意外状况会威胁生产的顺利进行，严重的时候会造成设备损毁的发生。因此必须对各种意外状况进行采集和判定，并将结果反馈到控制器中，以边界和其他因子对整个系统进行综合调控，为钢带纠偏提供参考。

本实用新型的控制器承接运算设备的推演数据，并结合来自来自环境状态采集设备、人机界面、紧急信息采集设备的数据，根据设定的行为规则，控制执行机构，纠正钢带偏斜；可以为市购PLC系统。

本实用新型的执行机构用于接收控制器的指令，对钢带进行调整，包括张紧辊以及与张紧辊连接的张紧电机；张紧电机与控制器连接，收到控制器的信号，可以调节张紧辊，从而实现钢带自动纠偏。

本实用新型采用高清晰度的图像采集设备，为了稳定摄像头的工作，使其不受现场高温和有害气体的影响，创造性采用了密封、散热的强化结构腔，并使用镀膜光学玻璃作为图像采集窗口，还采用特定波长的红外线作为照明，使图像不受室内和设备内部照明的散射光的影响，引入了图像采集和图像预处理环节，改善了系统的动态特性；同时，利用运算设备具有对参数变化不敏感和Robust强的特点，有效地提高了控制系统的适应性和Robust，改善了系统的控制性能。实践表明，本实用新型有效克服了采集-控制-执行系统的偏差干扰给调整执行机构带来的不良影响，具有较好的控制效果；本实用新型提供的系统操作简单、准确度高、具有很广阔的应用前景。

附图说明

图1为实施例一用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一

参见附图1，一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，包括图像采集设备、图像预处理设备、运算设备、环境状态采集设备、紧急信息采集设备、控制器、显示设备、执行机构；图像采集设备、图像预处理设备、运算设备与控制器、执行机构依次电路连接；环境状态采集设备、紧急信息采集设备、显示设备分别与控制器电路连接。

本实施例用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统还包括红外线光源以及图像采集设备盒，根据现场情况自行设计安装位；图像采集设备位于图像采集设备盒内，图像采集设备盒包括不锈钢壳体，不锈钢壳体设有图像采集孔，图像采集孔装有红外线滤光镜；图像预处理设备包括视频同步分离模块和图像滤波模块；显示设备为人机界面；执行机构包括张紧辊以及与张紧辊连接的张紧电机，根据现有技术与钢带结合；控制器为PLC系统，利用常规电线与其他部件传输数据。各设备的安装位以及具体的形状尺寸不影响本实用新型效果的发挥，根据本实用新型的设计，图像采集设备采集信息后经过预处理传输给运算设备形成数据信号传输给控制器，再结合环境信号、紧急信号、预输入信号，然后发送指令至执行机构，实现钢带自动纠偏。

在人机界面的预先设置（或者生产过程中的调整）钢带张紧力，PLC控制张紧辊左右两侧电机调整张紧辊的位移，在张紧辊的推动作用下，处于绷紧状态，并随着张紧辊的转动而运转。此时，环境状态采集设备采集到的钢带拉力、设备运行速度等相关现场数据，发送给PLC。PLC收到各项数据后，则根据知识库中的模糊子集隶属度，在规则库的限定下，做出执行判断，这一执行判断控制张紧电机工作。

例如，钢带向左偏斜，光源红外光投射到钢带以及张紧辊之上，由于张紧辊和钢带的反射率不同，图像采集的成像会形成明暗不同的图像，图像预处理强化图像对比度，并通过视频同步分离模块对视频信号进行同步分离，得到场同步信号与行同步信号，并将图像数据传递给运算器。运算器收到数据后，判断出边界，以及边界的运动轨迹、运动趋势、运动加速度，并形成数据集，发送给PLC。环境状态采集设备将此时的设备车速，张紧辊张力值采集并处理为标准数据格式，也传递给PLC。PLC收到各项数据，经过判定，预测出钢带向左偏斜，以及偏斜的加速度。由此做出调整对策，控制张紧辊两侧的张紧电机进行动作，使钢带左侧张力略大于右侧张力，在此张力作用下，钢带逐渐向右移动，回到预订位置。

当发生诸如主系统会某个单元系统断电，传感器失灵，温度异常等等异常状况时，紧急信息采集设备会通过中断方式通知PLC，PLC立即执行异常状况读取，采集现场数据，并接受紧急判定模块的异常报告。通过知识库和规则库的研判，形成异常状况报告以及对策报告，并将信息发送到人机界面报警。同时，根据规则库的预设，采取策略，首先保护人员安全，其次保护设备安全，再次通过设备调整，尝试各种替代方案例如启动应急电源，启用备用装备等，尽可能恢复正常生产。如果恢复正常生产失败，则转入关闭生产设备的程序。

本实用新型将市购各部件设计为一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，可以实现生产过程钢带自动纠偏的效果，保护操作人员、生产设备的安全，特别保证产品厚度稳定、良率高，每批次良率接近100%。

Claims (7)

1.一种用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，包括图像采集设备、图像预处理设备、运算设备、环境状态采集设备、紧急信息采集设备、控制器、显示设备、执行机构；所述图像采集设备、图像预处理设备、运算设备与控制器、执行机构依次电路连接；所述环境状态采集设备、紧急信息采集设备、显示设备分别与控制器电路连接。

2.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，其特征在于：所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统还包括红外线光源以及图像采集设备盒；所述图像采集设备位于图像采集设备盒内。

3.根据权利要求2所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，其特征在于：所述图像采集设备盒包括不锈钢壳体；所述不锈钢壳体设有图像采集孔；所述图像采集孔装有镀膜光学玻璃。

4.根据权利要求3所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，其特征在于：所述镀膜光学玻璃为红外线滤光镜。

5.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，其特征在于：所述图像预处理设备包括视频同步分离模块和图像滤波模块。

6.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，其特征在于：所述显示设备为人机界面。

7.根据权利要求1所述用于聚酰亚胺膜生产的钢带自动纠偏系统，其特征在于：所述执行机构包括张紧辊以及与张紧辊连接的张紧电机。