一種胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法及檢測控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法及檢測控制系統(tǒng)，方法包括步驟：1)、設(shè)置胎坯寬度的檢測裝置；2)、預(yù)設(shè)胎坯寬度免調(diào)范圍和合格范圍，通過工業(yè)相機采集傳送帶上胎坯的圖像，工控機利用圖像處理算法計算出胎坯的實時寬度，并得出具體的控制方法，通過PLC的模擬電壓輸出控制變頻器，調(diào)節(jié)胎坯傳送帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)包括工業(yè)相機、光源、工控機、PLC、變頻器、檢測箱。本發(fā)明采用非接觸式的圖像處理技術(shù)，能對胎坯寬度進行在線實時檢測，檢測精度高；且能對胎坯傳送帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速進行在線自動調(diào)控，從而克服了因傳送速度波動導(dǎo)致的生產(chǎn)質(zhì)量問題；本發(fā)明對電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的時間短，次品率低，生產(chǎn)效率高，成本低。
【專利說明】
一種胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法及檢測控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及輪胎胎坯生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種輪胎胎坯的寬度檢測及傳送速 度的控制方法和設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國人口結(jié)構(gòu)的變化，勞動力的減少，以及市場需求的逐漸擴大，在許多工業(yè) 生產(chǎn)中，不得不面臨生產(chǎn)成本提高、生產(chǎn)效率低下、次品率高等問題的產(chǎn)生。為解決所面臨 的問題，工業(yè)自動化應(yīng)運而生。用自動控制技術(shù)控制生產(chǎn)過程，讓機器代替人工勞動，不僅 可以降低生產(chǎn)成本，形成大規(guī)模生產(chǎn)，還可提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品次品率，實現(xiàn)企業(yè)利益 的最大化。
[0003] 但是在工業(yè)向自動化發(fā)展的大環(huán)境下，我國仍然有許多行業(yè)的自動化發(fā)展水平較 低。如輪胎胎坯生產(chǎn)行業(yè)，在胎坯生產(chǎn)過程，仍然采用的是電磁調(diào)速電機來控制傳送帶的速 度，控制方式為手動控制，需要專人根據(jù)胎坯外形尺寸的實際變化調(diào)節(jié)變頻器輸出進行控 制，控制精度不高，自動化水平低下。
[0004] 針對當前的輪胎胎坯生產(chǎn)狀況，為了提高生產(chǎn)效率，解決因傳送帶速度波動導(dǎo)致 的胎坯外形尺寸變化等生產(chǎn)質(zhì)量問題，因此有必要設(shè)計出一套新的胎坯寬度在線檢測及傳 動速度控制系統(tǒng)。
[0005] 由于胎坯傳送帶驅(qū)動電機的理想轉(zhuǎn)速在工業(yè)實際中受擠出機擠出速度、擠出溫 度、喂料速度等多種因素影響，呈高階非線性、時變性等特點，其胎坯尺寸與轉(zhuǎn)速之間的機 理模型無法得到，因此傳統(tǒng)的基于模型的控制方法無法應(yīng)用在本系統(tǒng)中。其他常用的無模 型控制方法如PID控制，由于時變性則其PID參數(shù)難以整定，因而不可取。本系統(tǒng)在實時檢測 的基礎(chǔ)上運用分類逐步控制策略，有效的克服了時變性和高階非線性等因素對控制精度的 影響，采用逐步逼近的思想，減少控制時間，提高控制精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法及檢測控 制系統(tǒng)，以解決當前輪胎胎坯生產(chǎn)效率低，傳送帶速度波動導(dǎo)致胎坯外形尺寸不合格等問 題。
[0007] 本發(fā)明胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法，包括以下步驟：
[0008] 1)、設(shè)置胎坯寬度檢測裝置，所述胎坯寬度檢測裝置包括工業(yè)相機、光源、工控機、 以及固定工業(yè)相機和光源的檢測箱，所述檢測箱的上半部分采用遮光板封閉，且遮光板上 設(shè)置有供胎坯傳送帶穿過的圓弧形開口；所述工業(yè)相機設(shè)置在檢測箱頂部的中間，所述光 源設(shè)置在工業(yè)相機的右側(cè)和正下方；
[0009] 2)、預(yù)設(shè)定胎坯寬度免調(diào)范圍和合格范圍，通過工業(yè)相機采集胎坯傳送帶上胎坯 的圖像，工業(yè)相機將所采集的圖像信息傳送給工控機，工控機利用圖像處理算法計算出胎 坯的實時寬度，根據(jù)其寬度所屬范圍得出具體的控制方法，然后工控機通過OPC軟接口將調(diào) 控轉(zhuǎn)速信息傳送給PLC，最后通過PLC的模擬電壓輸出控制變頻器，調(diào)節(jié)胎坯傳送帶驅(qū)動電 機的轉(zhuǎn)速；
[00?0] 所述圖像處理算法為Robinson算法，所述Robinson算法的閾值通過公式：
[0011]
[0012]獲得，其中X為3*3鄰域的平均灰度值；
[0013] 在步驟2)中，所述根據(jù)其寬度所屬范圍得出具體的控制方法，即根據(jù)檢測結(jié)果分 別采取如下的控制方式：
[0014] 1 )、當寬度在免調(diào)范圍內(nèi)，保持以前的轉(zhuǎn)速；
[0015] 2)、當寬度超過免調(diào)范圍、但仍在合格范圍內(nèi)，采用以延遲時間為間隔、以調(diào)節(jié)頻 率為步長的調(diào)速方法；
[0016] 3)、當寬度超過合格范圍，采用以調(diào)節(jié)時間為間隔、以調(diào)節(jié)頻率為步長的調(diào)速方 法。
[0017] 進一步，所述的延遲時間設(shè)置為IOs;所述的調(diào)節(jié)時間設(shè)置為3s;所述調(diào)節(jié)頻率設(shè) 置為 0·05Ηζ。
[0018] 本發(fā)明還公開了一種胎坯寬度檢測及傳送速度控制系統(tǒng)，包括工業(yè)相機、光源、工 控機、PLC、控制胎坯傳送帶驅(qū)動電機的變頻器、以及固定工業(yè)相機和光源的檢測箱，所述檢 測箱的上半部分采用遮光板封閉，且遮光板上設(shè)置有供胎坯傳送帶穿過的圓弧形開口；所 述工業(yè)相機設(shè)置在檢測箱頂部的中間，所述光源設(shè)置在工業(yè)相機的右側(cè)和正下方；
[0019]所述工業(yè)相機與工控機電連接，工業(yè)相機用于采集胎坯的圖像，并將圖像信息傳 送給工控機；
[0020] 所述工控機與PLC連接，工控機用于對圖像信息進行處理、并獲得胎坯傳送帶驅(qū)動 電機的轉(zhuǎn)速調(diào)控方法，同時將調(diào)控信息通過OPC軟接口傳送給PLC;
[0021] 所述PLC與變頻器電連接，PLC用于控制變頻器以改變胎坯傳送帶驅(qū)動電機的工作 電源的頻率。
[0022]本發(fā)明的有益效果：
[0023] 本發(fā)明胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法及檢測控制系統(tǒng)，其適用于工業(yè)生產(chǎn)環(huán) 境，檢測裝置在設(shè)置好后不易產(chǎn)生形變和移位，不會影響生產(chǎn);本發(fā)明采用非接觸式的圖像 處理技術(shù)，能對胎坯外形的寬度尺寸進行在線實時檢測，檢測誤差小于〇.5mm;本發(fā)明根據(jù) 檢測到的胎坯外形尺寸，對胎坯傳送帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速進行在線自動調(diào)控，從而克服了因 傳送速度波動導(dǎo)致的生產(chǎn)質(zhì)量問題;本發(fā)明對電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的時間小于1分鐘，產(chǎn)品次品率 低于0.5%，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低；同時本發(fā)明還適用于多種胎坯類型的在線檢測和控 制任務(wù)，通用性好。
【附圖說明】
[0024] 圖1為胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法的流程圖；
[0025] 圖2為胎坯寬度檢測及傳送速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 附圖標記說明：1-工業(yè)相機，2-光源，3-工控機，4-PLC，5-變頻器，6-檢測箱，7-遮 光板，8-胎還傳送帶，9-胎還。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。
[0028] 本實施例胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法，包括以下步驟：
[0029] 胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法，包括以下步驟：
[0030] 1)、設(shè)置胎坯寬度檢測裝置，所述胎坯寬度檢測裝置包括工業(yè)相機1、光源2、工控 機3、以及固定工業(yè)相機和光源的檢測箱6,所述檢測箱的上半部分采用遮光板7封閉，且遮 光板上設(shè)置有供胎坯傳送帶穿過的圓弧形開口；所述工業(yè)相機設(shè)置在檢測箱頂部的中間， 所述光源設(shè)置在工業(yè)相機的右側(cè)和正下方；
[0031] 2)、預(yù)設(shè)定胎坯寬度免調(diào)范圍和合格范圍，本實施例中胎坯寬度免調(diào)范圍預(yù)設(shè)定 為45 · 5mm-45 · 8mm，合格范圍預(yù)設(shè)定為如45 · 2mm-46 · Omm,通過工業(yè)相機采集胎還傳送帶上 胎坯的圖像，工業(yè)相機將所采集的圖像信息傳送給工控機，工控機利用圖像處理算法計算 出胎坯的實時寬度，根據(jù)其寬度所屬范圍得出具體的控制方法，然后工控機通過OPC軟接口 將調(diào)控轉(zhuǎn)速信息傳送給PLC 4,最后通過PLC的模擬電壓輸出控制變頻器5,調(diào)節(jié)胎坯傳送帶 驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速；
[0032] 所述圖像處理算法為Robinson算法，所述Robinson算法的閾值通過公式：
[0033]
[0034] 獲得，其中X為3*3鄰域的平均灰度值;根據(jù)人眼對灰度值的敏感度函數(shù)關(guān)系T = 1'11^1*(1/256)~1'，1'1]^1為最大的灰度值，1為灰階，1'取值為2.2，可以得到人眼對灰度值較低 的時候比灰度值高的時候敏感，于是更容易分別出邊緣，因此在灰度值高的區(qū)域，閾值相對 也要設(shè)置的大一些。因此將灰度值分為(〇,200)和[200,255]兩個區(qū)間，根據(jù)最佳實驗數(shù)據(jù) 擬合可得上述公式。
[0035] 同時在運行本實施例胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法時，首先要在數(shù)據(jù)庫中寫 入胎坯的標準信息，包括胎坯的類型、胎坯寬度免調(diào)范圍和合格范圍以及胎坯傳送帶驅(qū)動 電機的工作電源初始頻率。
[0036] 在步驟2)中，所述根據(jù)其寬度所屬范圍得出具體的控制方法，即根據(jù)檢測結(jié)果分 別采取如下的控制方式：
[0037] 1)、當寬度在免調(diào)范圍內(nèi)，保持以前的轉(zhuǎn)速；
[0038] 2)、當寬度超過免調(diào)范圍、但仍在合格范圍內(nèi)，采用以延遲時間為間隔、以調(diào)節(jié)頻 率為步長的調(diào)速方法；
[0039] 3)、當寬度超過合格范圍，采用以調(diào)節(jié)時間為間隔、以調(diào)節(jié)頻率為步長的調(diào)速方 法。
[0040] 本實施例中所述PLC采用s7-200，PLC的模擬電壓輸出采用西門子的EM235CN模擬 量輸入輸出模塊實現(xiàn)。
[0041] 所述的延遲時間可以設(shè)置得較大，以保證轉(zhuǎn)速和胎坯的尺寸波動較小，本實施例 中所述延遲時間優(yōu)選設(shè)置為IOs;所述的調(diào)節(jié)時間可以設(shè)置得較小，以保證轉(zhuǎn)速和胎坯的尺 寸盡快落入合格范圍，本實施例中所述調(diào)節(jié)時間優(yōu)選設(shè)置為3S;因為變頻器的分辨率為 0.01Hz，選擇太小會使調(diào)節(jié)時間變長，選擇太大，會使調(diào)節(jié)波動變大，從而使調(diào)節(jié)時間邊長， 本實施例中所述調(diào)節(jié)頻率優(yōu)選設(shè)置為〇. 〇5Hz。
[0042] 采用以上分類逐步控制策略，在防止延遲帶來的誤差的同時，也可以提高調(diào)節(jié)精 度，節(jié)省調(diào)節(jié)時間。
[0043] 本實施例胎坯寬度檢測及傳送速度控制系統(tǒng)，包括工業(yè)相機1、光源2、工控機3、 PLC 4、控制胎坯傳送帶驅(qū)動電機的變頻器5、以及固定工業(yè)相機和光源的檢測箱6,所述檢 測箱的上半部分采用遮光板7封閉，且遮光板上設(shè)置有供胎坯傳送帶8穿過的圓弧形開口； 所述工業(yè)相機設(shè)置在檢測箱頂部的中間，所述光源對稱設(shè)置在工業(yè)相機的右側(cè)和正下方；
[0044] 所述工業(yè)相機與工控機電連接，工業(yè)相機用于采集胎坯9的圖像，并將圖像信息傳 送給工控機；
[0045]所述工控機與PLC電連接，工控機用于對圖像信息進行處理、并獲得胎坯傳送帶驅(qū) 動電機的控制方法，同時將調(diào)控信息通過OPC軟接口傳送給PLC;
[0046] 所述PLC與變頻器電連接，PLC用于控制變頻器以改變胎坯傳送帶驅(qū)動電機的工作 電源的頻率。
[0047] 本發(fā)明實施例中，檢測箱6采用扁鋼制作，工業(yè)相機1位于檢測箱頂部中心，頂部中 心懸掛工業(yè)相機，光源對稱置于工業(yè)相機右側(cè)和正下方，從而使檢測箱的重心穩(wěn)定，不易產(chǎn) 生位移；同時檢測箱上半部分被遮光板封閉，只在傳送帶方向留有圓弧形開口，從而使內(nèi)部 光線恒定，不受外界陰晴的影響；因此對胎坯寬度的檢測穩(wěn)定性好，提高了檢測精度。由于 本實施例中方法和系統(tǒng)只需要檢測胎坯的寬度，使得能將Robinson算法在原有的8個方向 上的邊緣檢測模板改為一個，從而能加快運行速度。由于傳統(tǒng)Robinson算法需要人為給定 閾值，并且閾值給定后大多不變，如果閾值偏小，則會出現(xiàn)偽邊緣的情況，如果閾值偏大，則 會出現(xiàn)邊緣間斷的現(xiàn)象，針對此缺點，本實施例中給出的閾值計算公式使得Robinson算法 能自適應(yīng)給定閾值，不再需要人為給Rob inson算法給定閾值。
[0048] 本實施例胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法及檢測控制系統(tǒng)，其適用于工業(yè)生產(chǎn) 環(huán)境，所采用的非接觸式的圖像處理技術(shù)，能對胎坯外形的寬度尺寸進行在線實時檢測，檢 測誤差小于〇.5mm;本發(fā)明實施例根據(jù)檢測到的胎坯外形尺寸，對胎坯傳送帶驅(qū)動電機的轉(zhuǎn) 速進行在線自動調(diào)控，從而克服了因傳送速度波動導(dǎo)致的生產(chǎn)質(zhì)量問題;本發(fā)明實施例對 電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的時間小于1分鐘，產(chǎn)品次品率低于〇. 5 %，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低；同時本 發(fā)明實施例還適用于多種胎坯類型的在線檢測和控制任務(wù)，通用性好。
[0049] 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本 發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1. 一種胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法，其特征在于:包括以下步驟： 1) 、設(shè)置胎坯寬度檢測裝置，所述胎坯寬度檢測裝置包括工業(yè)相機、光源、工控機、以及 固定工業(yè)相機和光源的檢測箱，所述檢測箱的上半部分采用遮光板封閉，且遮光板上設(shè)置 有供胎坯傳送帶穿過的圓弧形開口；所述工業(yè)相機設(shè)置在檢測箱頂部的中間，所述光源設(shè) 置在工業(yè)相機的右側(cè)和正下方； 2) 、預(yù)設(shè)定胎坯寬度免調(diào)范圍和合格范圍，通過工業(yè)相機采集胎坯傳送帶上胎坯的圖 像，工業(yè)相機將所采集的圖像信息傳送給工控機，工控機利用圖像處理算法計算出胎坯的 實時寬度，根據(jù)其寬度所屬范圍得出具體的控制方法，然后工控機通過OPC軟接口將調(diào)控轉(zhuǎn) 速信息傳送給PLC，最后通過PLC的模擬電壓輸出控制變頻器，調(diào)節(jié)胎坯傳送帶驅(qū)動電機的 轉(zhuǎn)速； 所述圖像處理算法為Robinson算法，所述Robinson算法的閾值通過公式：獲得，其中x為3*3鄰域的平均灰度值； 在步驟2)中，所述根據(jù)其寬度所屬范圍得出具體的控制方法，即根據(jù)檢測結(jié)果分別采 取如下的控制方式： 1) 、當寬度在免調(diào)范圍內(nèi)，保持以前的轉(zhuǎn)速； 2) 、當寬度超過免調(diào)范圍、但仍在合格范圍內(nèi)，采用以延遲時間為間隔、以調(diào)節(jié)頻率為 步長的調(diào)速方法； 3) 、當寬度超過合格范圍，采用以調(diào)節(jié)時間為間隔、以調(diào)節(jié)頻率為步長的調(diào)速方法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的胎坯寬度檢測及傳送速度控制方法，其特征在于： 所述的延遲時間設(shè)置為l〇s;所述的調(diào)節(jié)時間設(shè)置為3s;所述調(diào)節(jié)頻率設(shè)置為0.05Hz。3. -種胎坯寬度檢測及傳送速度控制系統(tǒng)，其特征在于:包括工業(yè)相機、光源、工控機、 PLC、控制胎坯傳送帶驅(qū)動電機的變頻器、以及固定工業(yè)相機和光源的檢測箱，所述檢測箱 的上半部分采用遮光板封閉，且遮光板上設(shè)置有供胎坯傳送帶穿過的圓弧形開口；所述工 業(yè)相機設(shè)置在檢測箱頂部的中間，所述光源設(shè)置在工業(yè)相機的右側(cè)和正下方； 所述工業(yè)相機與工控機電連接，工業(yè)相機用于采集胎坯的圖像，并將圖像信息傳送給 工控機； 所述工控機與PLC連接，工控機用于對圖像信息進行處理、并獲得胎坯傳送帶驅(qū)動電機 的轉(zhuǎn)速調(diào)控方法，同時將調(diào)控信息通過0PC軟接口傳送給PLC; 所述PLC與變頻器電連接，PLC用于控制變頻器以改變胎坯傳送帶驅(qū)動電機的工作電源 的頻率。
【文檔編號】B29L30/00GK106042327SQ201610560602
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】宋永端, 沈志熙, 陳旭陽
【申請人】重慶大學(xué)