本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种带材表面清理方法及带材表面清理系统。
背景技术：
1、现如今在使用高压磨料水射流表面装置进行钢带表面清理时，由收卷机带动钢带进行平动，清理装置中的射流喷头使用高压水和磨料冲击钢带表面，达到去除表面杂质和氧化皮以及后续加工工艺要求的目的。为达到清理效果，需要预先通过经验判断和反复试洗，找到适合的收卷速度；在后续的钢带表面清理工作中，以试洗中找到的收卷速度匀速收卷钢带，带动钢带平动。
2、然而，在实际生产过程中，不同的钢带原料表面有较大的差异，且射流压力也有可能发生改变，导致传统的通过经验判断和反复试洗选择固定的钢带收卷速度匀速带动钢带进行清理的清理方法，无法很好地清理钢带的表面杂质。例如，在试洗时，当原料表面质量较好时，清理难度不大，根据经验和反复试洗选择采用较快的收卷速度，钢带在射流喷头下短时间便能达到清理的效果，此时选择了固定的、较快的收卷速度，降低能耗；但是当后续的钢带原料表面清理难度较大时，较快的收卷速度会较快地带动钢带平动，钢带在射流喷头下的时间过短，便无法达到清理的效果，此时应降低收卷速度，延长钢带在射流喷头下的清理时间，在原料表面清理难度较大时从收卷端看，如果经过清理后的钢带表面暗斑缺陷较多或暗斑面积过大，则到不到合格的标准，应当降低收卷速度保证清理质量。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于实时调速的带材表面清理方法及带材表面清理系统，用以解决在实际生产过程中，不同的钢带原料表面因存在较大差异、射流压力可能发生改变等，可能导致无法很好地清理钢带表面杂质的技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于实时调速的带材表面清理方法，所述方法包括以下步骤：
3、s1：启动高压水射流带材表面清理装置，使带材以预设的低速在收卷机带动下运动；
4、s2：在所述高压水射流带材表面清理装置的入料端，通过一第一视觉装置按预定的时间间隔t1对入料端进入的带材进行拍摄，获得一组带材表面图像集合{pn}，其中n为设定的图像张数，且n≥1；
5、s3：对所述{pn}这组图像进行预处理，再通过图像暗斑缺陷面积比较得到误差e，将e进行离散化至模糊论域，并根据预设的隶属度函数，得到e的模糊集合描述；
6、s4：以e的模糊集合描述作为输入，通过模糊计算，得到初始收卷速度的模糊集合描述，经过转化得到初始收卷速度的实际值；
7、s5：根据所述初始收卷速度的实际值调节所述收卷机的变频器，使收卷机以初始收卷速度的实际值输送带材。
8、上述的带材表面清理方法，优选的：步骤s3中，所述预处理包括边缘分割、轮廓查找和计算暗斑缺陷面积；
9、所述通过图像暗斑缺陷面积比较得到误差e，具体包括：将所述{pn}这组图像与预设的清理前带材表面标准图像的暗斑缺陷面积进行相减，获得n个误差量en，均值化后得到误差e。
10、上述的带材表面清理方法，优选的：步骤s4中，
11、所述模糊计算是指根据收卷速度控制规则进行模糊计算，得到初始收卷速度的模糊集合描述；
12、所述经过转化得到初始收卷速度的实际值是指，将初始收卷速度的模糊集合反模糊化，得到初始收卷速度在论域范围内的精确值，经过尺度变换得到初始收卷速度的实际值。
13、针对上述本发明的钢带表面清理中，可能未对收卷速度进行闭环控制，导致无法有效平衡能耗与清理质量两者的问题，上述的带材表面清理方法，优选的：步骤s5后还包括：
14、s6：带材经过高压水射流的表面清理后，在高压水射流带材表面清理装置的收卷端通过一第二视觉装置以设定的时间间隔t2对清理后的带材表面进行拍摄，获得的图像数据以队列形式存储于内存中；
15、s7：对s6所述队列中的图像数据进行预处理，再通过图像暗斑缺陷面积比较得到误差e’，将e’进行离散化至模糊论域，并根据预设的隶属度表，得到e’的模糊集合描述；
16、s8：以e’的模糊集合描述作为输入，通过模糊计算，得到中间收卷速度的模糊值，再转换成中间收卷速度的精确值v；
17、s9：根据所述中间收卷速度的精确值v调节所述收卷机的变频器（根据速度与频率的对应关系得到需要的变频器频率值f，以该f值控制变频器输出），使收卷机以调节后的中间收卷速度输送带材；
18、可选择地重复上述步骤s6~s9，以实现带材中间收卷速度的实时调整。
19、上述改进后的方法提出从高压水射流带材表面清理装置的入料端和收卷端两处建立钢带表面质量的视觉检测装置，并以检测的数据作为控制依据，形成闭环控制系统，根据实际生产情况动态调节收卷速度达到控制表面清理速度的目标，在保证了清理质量的同时还兼顾降低生产能耗。
20、上述的带材表面清理方法，优选的：步骤s7中，所述预处理包括边缘分割、轮廓查找和计算暗斑缺陷面积；
21、所述通过图像暗斑缺陷面积比较得到误差e’，具体包括：对s6所述队列中的第i张图像进行预处理后，将该图像的暗斑缺陷面积与预设的清理后带材表面标准图像的暗斑缺陷面积进行相减，获得误差e0，将e0与所述队列中的第i-1张图像对应的误差e0’相减，得到误差的变化率δe0（即缺陷面积的变化趋势），所述e’包括e0和δe0。
22、上述的带材表面清理方法，优选的：步骤s8中，
23、所述模糊计算是指根据收卷速度控制规则进行模糊计算，得到中间收卷速度的模糊值；
24、所述转换成中间收卷速度的精确值是指，用重心法将中间收卷速度的模糊值转化成对应的中间收卷速度的精确值v。
25、上述的带材表面清理方法，优选的：所述预处理具体包括：将每一帧图像进行灰度处理，通过预设阈值将灰度图像转化为二值图像；再通过边缘切割找出所述二值图像中暗斑缺陷对应的轮廓，并计算每一帧图像中暗斑缺陷的面积。
26、作为一个总的技术构思，本发明还提供一种带材表面清理系统，包括收卷机、变频器、视觉检测子系统和速度控制子系统；所述收卷机与变频器连接，所述视觉检测子系统的数据输出端与所述速度控制子系统连接，所述速度控制子系统连接的控制端与所述变频器连接；
27、所述收卷机用于在所述速度控制子系统及变频器的控制下输送带材；
28、所述视觉检测子系统用于在系统开机后实时拍摄带材清理前、后的带材表面图像并将图像数据传输到所述速度控制子系统；视觉检测子系统优选由高压水射流带材表面清理装置的入料端和收卷端两处视觉装置共同组成，该视觉装置可以固定的位置和固定的角度对钢带表面进行拍摄；该视觉检测子系统与速度控制子系统采用通信连接；清理入料端的第一视觉装置在收卷机开机的一段时间内拍摄一组图像，用于选择合适的初始收卷速度；收卷端的第二视觉装置则在表面清理过程中按时间间隔进行拍摄，用于检测清理后的带材表面质量并形成反馈，作为调节收卷速度的依据；
29、所述速度控制子系统用于预处理所述带材表面图像；根据预处理后的带材表面图像与带材表面标准图像之间的误差，通过模糊计算及数值转化得到收卷机的收卷速度调节值；再根据收卷速度调节值对应的变频器频率值，进而控制所述收卷机的收卷速度。
30、上述的带材表面清理系统，优选的：所述速度控制子系统可以是计算机、工控机、嵌入式控制器等，硬件包括中央处理器（cpu）、静态存储器（sram）、只读存储器（rom）、通讯接口等；软件则优选包括数据通信模块、数据存储模块、图像检测处理模块、控制规则处理与量化模块和变频器控制模块；
31、所述数据通信及存储模块，用于与所述视觉检测子系统进行通信，读取和存储来自所述视觉检测子系统的带材表面图像；具体包括读取和存储清理前的带材表面图像以形成带材表面图像集合{pn}；还包括读取并以队列形式存储清理后的带材表面图像以形成的带材表面图像队列；
32、所述图像检测处理模块，用于读取数据存储模块中的带材表面图像集合{pn}，并根据{pn}这组图像与预设的清理前带材表面标准图像的暗斑缺陷面积进行相减，获得n个误差量en，均值化后得到误差e；还用于读取数据存储模块队列中的第i张图像，将该图像的暗斑缺陷面积与预设的清理后带材表面标准图像的暗斑缺陷面积进行相减，获得误差e0，将e0与所述队列中的第i-1张图像对应的误差e0’相减，得到误差的变化率δe0（缺陷面积的变化趋势）；
33、所述控制规则处理与量化模块，用于接收来自图像检测处理模块的误差数据，并根据所述误差数据进行模糊化处理、数值转化，得到初始收卷速度的实际值和中间收卷速度的精确值，并输出所述变频器对应的运行频率；
34、所述变频器控制模块，用于根据所述控制规则处理与量化模块输出的运行频率调节变频器，进而控制所述收卷机的收卷速度，所述收卷速度包括初始收卷速度和中间收卷速度。
35、本发明具有以下有益效果：
36、本发明的带材表面清理方法避免了人工经验判断和反复试洗来选择固定收卷速度时，无法较好地清理钢带表面的技术难题，能够很好地改善钢带表面的清理效果；由于能够针对不同表面质量的钢带，由清理入口端视觉装置采集钢带清理前的数据，经速度控制子系统自动设定不同的初始钢带收卷速度，无需人工手动设置工作参数，能自动适应不同的钢带清理，使得本方法提高了钢带清理的效率。
37、更进一步的，针对不同表面质量的钢带，在自动设定不同的初始清理速度后，本发明的方法还可根据表面清理的情况，实时且自动改变钢带收卷速度，达到在线改变清理速度的目标，在保证清理质量的同时有效兼顾了能耗的平衡。而收卷速度控制规则、输入变量论域与输出量的计算可以在线灵活调整，确保该方法在面对不同参数的高压磨料水射流钢带表面清理装置时有良好的适应性。
38、本发明的带材表面清理系统中，视觉检测子系统可以实时拍摄钢带清理前、后的图像，使得本方案中具有清晰的前后对比图像数据；通过速度控制子系统，能够根据钢带清理前、后的图像计算钢带暗斑缺陷的面积变化趋势，使得本方案能清晰地识别和计算出钢带的清理程度，为后续钢带收卷速度的调整提供了数据支撑；在速度控制子系统中，根据钢带暗斑缺陷的面积变化趋势计算出了钢带收卷速度值，再根据钢带收卷速度值查询对应的频率值，进而以频率值输入变频器控制收卷机实时改变收卷速度，使得本方案能够根据钢带清理前、后的清理效果，通过速度控制子系统实时地调整收卷机的收卷速度，使得本方法能够自适应地清理钢带，在钢带清理不彻底时便实时调整收卷机速度，让钢带能够更好地被清理。
39、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。