专利名称：管材智能化成型检测及修正方法和管材成型系统的制作方法
技术领域：
本发明属于管材成型圆形管状体领域，涉及到一种基于JCO成型方式的管材成型 方法及系统，特别是针对人工输入参数不准确问题而改进为用计算机进行模拟与控制。
背景技术：
管坯JCO成型技术早已被人们所承认与利用，JCO成型过程是首先将平板管材的 一端进行加工，通过成型机对管材一端压成“J”型，再将管材的另一端加压，这样两边压后 形成倒“C ”型，最后再下压管材的中间部位，使“C”型的管材的两端向中间合拢，最终成型 为“0”型，成为闭合的钢管结构。但是，以往的JCO成型没有智能化电脑控制系统，完全靠操 作人员手动输入参数，对于每步压制的压力、下压距离、以及送进步长等参数无法精确的测 量与控制，使得效率低下，重复修正次数较多，甚至偶尔导致钢管成型失败。而且遇到钢板 每部分和不同钢板之间屈服强度差异大时，人工输入的数值往往不准确，压出的钢管很扁， 椭圆度很大；不能成为正圆形。
发明内容
本发明的目的是为了解决由于人工手动输入成型工作参数的不准确性而导致不 能按要求加工成型的技术难题，设计了管材智能化成型检测及修正方法和管材成型系统， 借助计算机智能控制系统来对成型机的实际工作参数进行自适应补偿，使成型的钢管截面 为正圆形。本发明为实现发明目的采用的技术方案是，管材智能化成型检测及修正方法，以 上方法基于JCO成型方式、以及具有控制器的管材成型机实现管材的成型过程，定位设置 具有采集卡的CCD摄像机、以及具有配套数据传输接口的计算机，计算机通过CPU主板与管 材成型机的控制器连接，计算机借助配套数字图像处理软件程序、借助曲线模拟以及直线 检测采集得到一组管材预压的初始标定点，并借助配套软件处理计算出管材弯曲角度的相 应理论性能参数，存入中间数据库，管材在第一个标定点位置预压开始，并进行以下步骤①、借助C⑶摄像机实时采集管材截面的正视弯曲图像，并通过数据传输接口将 图像发送至计算机；②、用配套识别软件采集管材弯曲角度相应的实际性能参数，调用计算机中间数 据库存储的理论性能参数，并进行对比；③、判定步骤②中采集的实际性能参数与理论性能参数误差的合理性，如果合理， 则进行步骤④，如果不合理，计算机发送控制信号至管材成型机的控制器，控制管材成型机 在初始标定点位置进行下压；④、进入下一个标定点位置的预压，重复步骤① ③，直至完成整个管材的成型。本发明还涉及到与上述方法配套实现的管材成型系统，管材成型系统的结构中包 括具有控制器的管材成型机，以上系统的结构中设置有实时采集模块以及与管材成型机通 讯的计算机，实时采集模块包括采集管材截面图像的CCD摄像机、采集管材成型机工作参数的压力传感器和位置传感器，将采集到的信息通过A/D转换电路实时传送给计算机，计算机计算处理后经D/A转换电路发送控制信号至管材成型机的控制器进行下压或修正。本发明的关键在于用摄像头捕捉每一步成型过程，再把捕捉拍摄到的信号抽象成 几何图形，送入电脑进行分析，由电脑程序自动计算压下量和送进步长等参数，从而能够避 免人工控制带来的误差，而且效率很高。通过闭环控制实现对成型过程的实时进行补偿与 修正，当系统移植到别的生产线上或者钢管的长度变更时，需要重新进行系统标定；当钢板 的钢级不同时，需要重新训练神经网络；其他参数可取默认值。经计算机预算过的结果，避免了人手工操作带来的模糊性，具有极强的精确性。而 且，整个系统具有较强的可调修正性，如果与实际生产情况存在偏差，我们可以不断地手动 修改补偿数值，达到更精确的效果。系统提供的参数压制的效果误差，由摄像装置自动判定，根据产生误差大小，自动 进行下一步的调整。整个过程方便快捷，即使计算机程序中数模的理论数据与现实不符，只 要测定的误差精确，系统可以根据误差进行重新计算和修正。下面结合附图对本发明进行详细说明。
图1是本发明的管材成型系统结构框图。附图中，1是管材成型机，2是CXD摄像机，3是压力传感器，4是位置传感器，5是 A/D转换电路，6是计算机，7是D/A转换电路，8是控制器。
具体实施例方式管材智能化成型检测及修正方法，以上方法基于JCO成型方式、以及具有控制器 的管材成型机实现管材的成型过程，定位设置具有采集卡的CCD摄像机2、以及具有配套数 据传输接口的计算机6，计算机6通过CPU主板与管材成型机1的控制器连接，计算机6借 助配套数字图像处理软件程序、借助曲线模拟以及直线检测采集得到一组管材预压的初始 标定点，并借助配套软件处理计算出管材弯曲角度的相应理论性能参数，存入中间数据库， 管材在第一个标定点位置预压开始，并进行以下步骤①、借助CXD摄像机2实时采集管材截面的正视弯曲图像，并通过数据传输接口将 图像发送至计算机6 ；②、用配套识别软件采集管材弯曲角度相应的实际性能参数，调用计算机6中间 数据库存储的理论性能参数，并进行对比；③、判定步骤②中采集的实际性能参数与理论性能参数误差的合理性，如果合理， 则进行步骤④，如果不合理，计算机6发送控制信号至管材成型机的控制器，控制管材成型 机1在初始标定点位置进行下压；④、进入下一个标定点位置的预压，重复步骤① ③，直至完成整个管材的成型。上述的步骤③中，如果不合理，可以暂停计算机6与CXD摄像机2的实时监控，采 取人工手动方式进行补偿修正。设置初始标定点采用Hough变换算法和最小二乘法，首先借助Hough变换算法初 识别直线参数，设定距离阈值将符合要求的点集进行归类，再利用最小二乘法对归类后的点集进行直线拟合，获得直线参量进行标定。将采集到的实际性能参数与理论性能参数比对分析的结果保存并生成历史成型 fn息ο一种与上述方法配套实现的管材成型系统，管材成型系统的结构中包括具有控制 器的管材成型机1，以上系统的结构中设置有实时采集模块以及与管材成型机1通讯的计 算机6，实时采集模块包括采集管材截面图像的CCD摄像机2、采集管材成型机1工作参数 的压力传感器3和位置传感器4，将采集到的信息通过A/D转换电路5实时传送给计算机 6，计算机6计算处理后经D/A转换电路7发送控制信号至管材成型机1的控制器8进行下 压或修正。在系统中设置与CXD摄像机2配合使用的照明光源。系统中设置用于CXD摄像机2采集管材截面图像的定位装置。本发明采用摄像头捕捉每一步成型过程，再把捕捉拍摄到的信号抽象成几何图 形，送入电脑进行分析，由电脑程序自动计算压下量和送进步长等参数，从而能够避免人工 控制带来的误差，且效率很高。具体流程如下1)、设置与标定将CXD摄像机2固定于生产线现场设备前，采用计算机6集成板 卡与管材成型机1的控制器8信号互通，在固定压下位置进行图像抓取，进行一次标定，确 定好模拟数值与实际压制参数的比例关系，并将具体压制参数设定正确。2)、进行图像采集模拟压制钢管时，每压一步，摄像头将拍摄到的压制图像抽象 模拟为曲线信号由有限元分析软件进行计算，最后输出较为准确的压下量参数指导生产。 经应用，采用此系统生产出的钢管圆度较好，达到预期水平。其中本发明还涉及到配套的用于计算机6智能控制与识别的软件算法和数学模 型，提出了 Hough变换和最小二乘法相结合的直线检测算法。首先采用Hough变换粗识别 直线参数，并设定距离阈值将粗识别直线附近的点集进行归类，剔除干扰点和噪声，然后利 用最小二乘法对归类后的点集进行直线拟合，获得精确的直线参量。数学模型采用了神经网络技术，神经网络技术与经典计算方法相比并非优越，但 当常规方法无法解决或效果不佳时神经网络就显示出其优越性。尤其是当对问题的机理等 规律不甚了解或不能用数学模型表示的系统，神经网络往往是最有力的工具。另外，神经 网络对处理大量原始数据而不能用规则或公式描述的问题，表现出极大的灵活性和自适应 性。通过对管坯JCO成型及弹复过程中的特征变量进行分析和研究，完成了神经网络识别 模型的输入、输出层设计，利用MATLAB编程语言，开发了管坯JCO成型过程中的参数识别和 预测程序。将弯曲力、弯曲行程和弹复后弯曲角等参数作为识别模型的输入层变量，材料性 能参数等参数作为识别模型的输出层变量。选择前馈BP网络作为识别和预测模型的神经 网络结构、最小二乘算法作为网络优化算法，提高了网络收敛和泛化精度。本发明还有一个优点，即虽然通过计算机进行控制，但是控制方式非常灵活，在计 算机实时监控状态下也可以根据实际需求进行人工操作，避免用机械的形式来完成复杂多 变的情况。
权利要求
管材智能化成型检测及修正方法，以上方法基于JCO成型方式、以及具有控制器的管材成型机实现管材的成型过程，其特征在于定位设置具有采集卡的CCD摄像机(2)、以及具有配套数据传输接口的计算机(6)，计算机(6)通过CPU主板与管材成型机(1)的控制器连接，计算机(6)借助配套数字图像处理软件程序、借助曲线模拟以及直线检测采集得到一组管材预压的初始标定点，并借助配套软件处理计算出管材弯曲角度的相应理论性能参数，存入中间数据库，管材在第一个标定点位置预压开始，并进行以下步骤①、借助CCD摄像机(2)实时采集管材截面的正视弯曲图像，并通过数据传输接口将图像发送至计算机(6)；②、用配套识别软件采集管材弯曲角度相应的实际性能参数，调用计算机(6)中间数据库存储的理论性能参数，并进行对比；③、判定步骤②中采集的实际性能参数与理论性能参数误差的合理性，如果合理，则进行步骤④，如果不合理，计算机(6)发送控制信号至管材成型机的控制器，控制管材成型机(1)在初始标定点位置进行下压；④、进入下一个标定点位置的预压，重复步骤①～③，直至完成整个管材的成型。
2.根据权利要求1所述的管材智能化成型检测及修正方法，其特征在于所述的步骤 ③中，如果不合理，可以暂停计算机(6)与CCD摄像机(2)的实时监控，采取人工手动方式 进行补偿修正。
3.根据权利要求1所述的管材智能化成型检测及修正方法，其特征在于设置初始标 定点采用Hough变换算法和最小二乘法，首先借助Hough变换算法初识别直线参数，设定距 离阈值将符合要求的点集进行归类，再利用最小二乘法对归类后的点集进行直线拟合，获 得直线参量进行标定。
4.根据权利要求1所述的管材智能化成型检测及修正方法，其特征在于将采集到的 实际性能参数与理论性能参数比对分析的结果保存并生成历史成型信息。
5.一种与权利要求1中所述方法配套实现的管材成型系统，管材成型系统的结构中包 括具有控制器的管材成型机(1)，其特征在于以上系统的结构中设置有实时采集模块以 及与管材成型机(1)通讯的计算机(6)，实时采集模块包括采集管材截面图像的(XD摄像机(2)、采集管材成型机(1)工作参数的压力传感器(3)和位置传感器(4)，将采集到的信息 通过A/D转换电路(5)实时传送给计算机(6)，计算机(6)计算处理后经D/A转换电路(7) 发送控制信号至管材成型机(1)的控制器(8)进行下压或修正。
6.根据权利要求5所述的一种管材成型系统，其特征在于在系统中设置与CCD摄像 机(2)配合使用的照明光源。
7.根据权利要求5所述的一种管材成型系统，其特征在于系统中设置用于CCD摄像 机(2)采集管材截面图像的定位装置。
全文摘要
管材智能化成型检测及修正方法和管材成型系统，解决由于人工手动输入成型工作参数的不准确性而导致不能按要求加工成型的技术难题，采用的技术手段是，计算机借助配套数字图像处理软件程序、通过曲线模拟以及直线检测采集得到一组管材预压的初始标定点，并借助配套软件处理得出管材弯曲角度的相应理论性能参数，管材在第一个标定点位置预压开始，通过摄像机的采集以及计算机的实时监控来完成管材成型过程。经计算机预算过的结果，避免了人手工操作带来的模糊性，具有极强的精确性。而且，整个系统具有较强的可调修正性，如果与实际生产情况存在偏差，我们可以不断地手动修改补偿数值，达到更精确的效果。
文档编号G05B19/4097GK101825883SQ20101014384
公开日2010年9月8日 申请日期2010年4月12日 优先权日2010年4月12日
发明者姚华, 惠懿伟, 朱敏, 王习彬, 王钢, 陈小伟 申请人:中国石油集团渤海石油装备制造有限公司;巨龙钢管有限公司