本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

飛剪常用于軋鋼，造紙等生產(chǎn)線上。在棒材車間里，它安放在軋制線的后部，將軋件切成定尺或僅切頭切尾。廣泛采用飛剪有利于使軋鋼生產(chǎn)迅速向高速化、連續(xù)化方向發(fā)展。因此，它是軋鋼生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。

傳統(tǒng)的剪切過(guò)程，對(duì)剪切動(dòng)作的步驟進(jìn)行預(yù)定義后，飛剪就按照預(yù)定義的動(dòng)作進(jìn)行工作，而對(duì)剪切效果缺乏基本的監(jiān)控，在棒材生產(chǎn)車間，就容易造成細(xì)長(zhǎng)坯的彎頭，擠壓或斷面粗糙等種種問(wèn)題。如果飛剪剪切效果不佳，就需要對(duì)成品進(jìn)行處理，造成材料的浪費(fèi)，降低了產(chǎn)量。所以，如何根據(jù)剪切效果情況對(duì)剪切過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化十分重要。

棒材坯料相對(duì)外形較小，不易采用傳統(tǒng)手段進(jìn)行快速檢測(cè)。測(cè)徑儀等儀表又不適合軋制過(guò)程的高溫工況，所以創(chuàng)新的檢測(cè)手段變得十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠獲得良好飛剪效果的基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括圖像采集子系統(tǒng)、模糊控制器以及飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)；

所述圖像采集子系統(tǒng)包括設(shè)置在飛剪后方的若干攝像頭以及與各所述攝像頭匹配的光源，各所述攝像頭與圖像處理模塊通訊連接；

所述模糊控制器與所述圖像處理模塊通訊連接，用于接收所述圖像處理模塊處理完畢的圖像信息、生成飛剪調(diào)節(jié)決策并將所述飛剪調(diào)節(jié)決策輸送給所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)；

所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括控制飛剪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)飛剪剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡以及力矩。

進(jìn)一步地，所述圖像采集子系統(tǒng)至少包括在飛剪后方朝向飛剪設(shè)置的斷面采集攝像頭和在棒材軸線側(cè)方設(shè)置的平直采集攝像頭。

進(jìn)一步地，所述攝像頭上設(shè)置有遮光箱。

進(jìn)一步地，所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)與飛剪剪刃的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制連接，所述飛剪剪刃的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為變頻電機(jī)；

或者，所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)與無(wú)級(jí)變速箱控制連接，所述無(wú)級(jí)變速箱的輸入軸和輸出軸分別與飛剪剪刃的驅(qū)動(dòng)裝置和飛剪剪刃傳動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，所述圖像采集子系統(tǒng)包括兩個(gè)間隔設(shè)置的斷面采集攝像頭，兩所述斷面采集攝像頭的軸線與所述棒材的軸線相交于一點(diǎn)。

進(jìn)一步地，所述平直采集攝像頭的軸線與所述棒材軸線所確定的平面與飛剪的剪切方向垂直。

本發(fā)明提出一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)，使飛剪的工作由開環(huán)工作方式變成閉環(huán)工作方式；模糊控制器進(jìn)行決策的飛剪剪切效果評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)棒材剪切工作的在線優(yōu)化；通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)這種非接觸式的檢測(cè)方式，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便工程實(shí)施和舊系統(tǒng)改造。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種能夠獲得良好飛剪效果的基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制方法，包括如下步驟：

s1采集并保存飛剪區(qū)域無(wú)棒材時(shí)的對(duì)照?qǐng)D像；

s2采集飛剪剪切完畢后的棒材圖像，將所述棒材圖像與對(duì)照?qǐng)D像進(jìn)行對(duì)比，獲得去除背景的棒材圖像；

s3計(jì)算去除背景的棒材圖像的彎曲程度以及斷面質(zhì)量；

s4將所述彎曲程度以及斷面質(zhì)量輸入到模糊控制器，模糊控制器依據(jù)彎曲程度及斷面質(zhì)量生成調(diào)節(jié)決策并將調(diào)節(jié)決策傳遞給飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)；

s5飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)依據(jù)調(diào)節(jié)決策對(duì)飛剪調(diào)節(jié)；

s6調(diào)節(jié)后的飛剪對(duì)下一根棒材進(jìn)行剪切并執(zhí)行s2。

進(jìn)一步地，所述s3之后還包括彎曲程度以及斷面質(zhì)量對(duì)比步驟，具體方法如下：獲取當(dāng)前棒材的彎曲程度和斷面質(zhì)量，將當(dāng)前棒材的彎曲程度和斷面質(zhì)量與上一根棒材的彎曲程度和斷面質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，并依據(jù)對(duì)比結(jié)果優(yōu)化模糊控制器的規(guī)則庫(kù)。

進(jìn)一步地，s1中還包括建立標(biāo)準(zhǔn)平直模型；

s3中計(jì)算棒材彎曲程度的具體過(guò)程如下：

將棒材的平直部分與標(biāo)準(zhǔn)平直模型進(jìn)行重合處理，從當(dāng)前棒材的軸線端部向所述標(biāo)準(zhǔn)平直模型的軸線做一條垂線，測(cè)量所述垂線的長(zhǎng)度并以該垂線的長(zhǎng)度作為當(dāng)前棒材彎曲程度的參數(shù)。

進(jìn)一步地，所述斷面質(zhì)量至少包括斷面半徑和斷面平整度兩個(gè)參數(shù)。

本發(fā)明提出一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制方法，使飛剪的工作由開環(huán)工作方式變成閉環(huán)工作方式；模糊控制器進(jìn)行決策的飛剪剪切效果評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)棒材剪切工作的在線優(yōu)化；通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)這種非接觸式的檢測(cè)方式，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便工程實(shí)施和舊系統(tǒng)改造。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)的系統(tǒng)流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明中的前是指軋線上原料方向，本發(fā)明中的后是指軋線上的成品方向。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括圖像采集子系統(tǒng)、模糊控制器以及飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)；

所述圖像采集子系統(tǒng)包括設(shè)置在飛剪后方的若干攝像頭以及與各所述攝像頭匹配的光源，各所述攝像頭與圖像處理模塊通訊連接；

所述模糊控制器與所述圖像處理模塊通訊連接，用于接收所述圖像處理模塊處理完畢的圖像信息、生成飛剪調(diào)節(jié)決策并將所述飛剪調(diào)節(jié)決策輸送給所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)；

所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括控制飛剪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)飛剪剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡以及力矩。

視頻監(jiān)測(cè)裝置由攝像頭、光源、視頻處理器和遮光箱體構(gòu)成。它實(shí)現(xiàn)了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的信息獲取和信息處理功能。模糊邏輯控制器根據(jù)視頻監(jiān)測(cè)裝置得到的信息，對(duì)剪切的情況進(jìn)行評(píng)估，可以設(shè)定剪切的若干指標(biāo)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，對(duì)各評(píng)價(jià)依據(jù)進(jìn)行模糊化處理，就構(gòu)成了模糊控制器的語(yǔ)言庫(kù)，在通過(guò)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)模糊規(guī)則庫(kù)進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)模糊控制器的控制決策功能。飛剪變頻傳動(dòng)控制器用于對(duì)飛剪機(jī)械設(shè)備進(jìn)行直接的傳動(dòng)級(jí)控制，通過(guò)變頻調(diào)速的方式，對(duì)飛剪的運(yùn)動(dòng)軌跡和力矩進(jìn)行控制。

下面以棒材切頭操作為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明：

其基本的控制流程如下：

s1：棒材長(zhǎng)坯料通過(guò)傳送輥道送到飛剪前；

s2：視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)坯料頭部進(jìn)行檢測(cè)，識(shí)別端部關(guān)鍵指標(biāo)，將關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)化；例如切面平整度、端部變形程度、半徑變化等；

s3：將參數(shù)化的指標(biāo)送到模糊邏輯控制器中，將該參數(shù)模糊化，通過(guò)決策系統(tǒng)給出剪切建議參數(shù)；

s4：模糊邏輯控制器將建議的剪切參數(shù)送到飛剪變頻傳動(dòng)控制器中，讓飛剪變頻機(jī)構(gòu)按照剪切參數(shù)執(zhí)行剪切動(dòng)作；

s5：視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)剪切效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，更新模糊邏輯控制器的規(guī)則庫(kù)。

本實(shí)施例提出一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制系統(tǒng)，使飛剪的工作由開環(huán)工作方式變成閉環(huán)工作方式；模糊控制器進(jìn)行決策的飛剪剪切效果評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)棒材剪切工作的在線優(yōu)化；通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)這種非接觸式的檢測(cè)方式，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便工程實(shí)施和舊系統(tǒng)改造。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1中的不同之處在于：所述飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)與無(wú)級(jí)變速箱控制連接，所述無(wú)級(jí)變速箱的輸入軸和輸出軸分別與飛剪剪刃的驅(qū)動(dòng)裝置和飛剪剪刃傳動(dòng)連接。

本實(shí)施例采用調(diào)節(jié)無(wú)級(jí)變速箱的方式也能夠調(diào)節(jié)飛剪剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡和力矩，能夠?qū)崿F(xiàn)與實(shí)施例1相同的調(diào)節(jié)作用。本實(shí)施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)根據(jù)控制策略調(diào)節(jié)無(wú)級(jí)變速箱。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制方法，包括如下步驟：

s1采集并保存飛剪區(qū)域無(wú)棒材時(shí)的對(duì)照?qǐng)D像；

s2采集飛剪剪切完畢后的棒材圖像，將所述棒材圖像與對(duì)照?qǐng)D像進(jìn)行對(duì)比，獲得去除背景的棒材圖像；

s3計(jì)算去除背景的棒材圖像的彎曲程度以及斷面質(zhì)量；

s4將所述彎曲程度以及斷面質(zhì)量輸入到模糊控制器，模糊控制器依據(jù)彎曲程度及斷面質(zhì)量生成調(diào)節(jié)決策并將調(diào)節(jié)決策傳遞給飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)；

s5飛剪調(diào)節(jié)子系統(tǒng)依據(jù)調(diào)節(jié)決策對(duì)飛剪調(diào)節(jié)；

s6調(diào)節(jié)后的飛剪對(duì)下一根棒材進(jìn)行剪切并執(zhí)行s2。

所述s3之后還包括彎曲程度以及斷面質(zhì)量對(duì)比步驟，具體方法如下：獲取當(dāng)前棒材的彎曲程度和斷面質(zhì)量，將當(dāng)前棒材的彎曲程度和斷面質(zhì)量與上一根棒材的彎曲程度和斷面質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，并依據(jù)對(duì)比結(jié)果優(yōu)化模糊控制器的規(guī)則庫(kù)。

s1中還包括建立標(biāo)準(zhǔn)平直模型；

s3中計(jì)算棒材彎曲程度的具體過(guò)程如下：

將棒材的平直部分與標(biāo)準(zhǔn)平直模型進(jìn)行重合處理，從當(dāng)前棒材的軸線端部向所述標(biāo)準(zhǔn)平直模型的軸線做一條垂線，測(cè)量所述垂線的長(zhǎng)度并以該垂線的長(zhǎng)度作為當(dāng)前棒材彎曲程度的參數(shù)。

所述斷面質(zhì)量至少包括斷面半徑和斷面平整度兩個(gè)參數(shù)。

本實(shí)施例提出一種基于機(jī)器視覺(jué)的棒材飛剪剪切優(yōu)化控制方法，使飛剪的工作由開環(huán)工作方式變成閉環(huán)工作方式；模糊控制器進(jìn)行決策的飛剪剪切效果評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)棒材剪切工作的在線優(yōu)化；通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)這種非接觸式的檢測(cè)方式，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便工程實(shí)施和舊系統(tǒng)改造。

以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。