专利名称：一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及变截面冷弯成型机控制领域，具体涉及通过机器视觉对变截面冷弯成型的板材进行检测并反馈控制信号，进而控制变截面冷弯成型机。
背景技术：
在现今的变截面冷弯成形工艺中，普遍采用编码器与光栅尺间接对轧辊的运动及位置进行检测反馈。但是现今的冷弯成型机采用编码器检测轧辊的转速近似等于板材的前进速度，用光栅尺来检测装有轧辊的挡板相对于板材运动垂直方向的位移近似等于轧辊的位移。检测出的信息反馈给控制器，对伺服电机进行控制。由于机械系统的间隙及轧辊与板材之间存在滑动等原因，这种方法检测出来的轧辊与板材的相对位置精度比较低。从而影响变截面冷弯成型产品的精度。现今在汽车、建筑等领域需要高精度的变截面冷弯成型产品，而依靠上述检测控制方法已不能满足生产要求。
发明内容
针对上述需求，本发明的解决的技术问题是，提供一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法。本发明的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法方案如下。一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，包括变截面冷弯成型机，所述变截面冷弯成型机包括伺服电机、机架和轧辊，所述变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，还包括伺服电机控制驱动器和图像采集处理控制系统，所述图像采集处理控制系统与所述伺服电机控制驱动器连接，所述伺服电机控制驱动器与所述伺服电机连接对所述伺服电机控制。优选的，所述图像采集处理控制系统包括光发射装置、图像采集装置和信息处理控制装置。优选的，所述光发射装置是一字激光发射器，所述图像采集装置包括CXD图像采集仪和图像采集卡，所述信息处理控制装置是工业控制计算机。优选的，所述图像采集卡安装在所述工业控制计算机的PCI插槽内，所述图像采集卡与所述CXD图像采集仪连接。优选的，所述一字激光发射器固定在所述变截面冷弯成型机的板材啮出轧辊后端的正上方，所述一字激光发射器在成型板材表面照射出明亮光带，所述一字激光发射器的光带射出方向垂直于所述板材的上表面。优选的，所述CCD图像采集仪固定在与所述一字激光发射器同一水平高度且与所述一字激光发射器照射到所述板材上的所述明亮光带成45°角的位置，所述CCD图像采集仪对焦于所述明亮光带上，对所述板材上的所述明亮光带进行图像采集。优选的，每个道次所述变截面冷弯成型机之间均装用所述的一字激光发射器与所述的CCD图像采集仪，每一个所述的CCD图像采集仪均与所述图像采集卡连接。一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制方法，包括如下步骤
Si，固定在所述变截面冷弯成型机的板材啮出轧辊后端正上方的所述一字激光发射器在所述成型板材表面照射出所述明亮光带；S2，固定在与所述一字激光发射器同一水平高度且与所述板材上的所述明亮光带成45°角的位置的所述CCD图像采集仪对所述板材上的所述明亮光带进行图像采集，所述CCD图像采集仪采集到的图像实时传输给所述工业控制计算机；S3，所述的工业控制计算机分析处理所述CXD图像采集仪采集到的所述明亮光带的图像，得到所述板材的截面轮廓曲线；S4，所述的工业控制计算机提取预存的标准板材模型在该道次应成型的截面曲线，并与步骤S3得到的所述板材的截面轮廓曲线比较，并得出偏离度；S5，所述的工业控制计算机将步骤S4得出的偏离度处理成所述的伺服电机控制驱动器能够识别的信号，并传输给所述的伺服电机控制驱动器，所述的伺服电机控制驱动器根据接收到的所述信号对下一道次的变截面冷弯成型机进行控制。优选的，步骤S2具体为所述的工业控制计算机控制所述的图像采集卡，进而控制所述的CCD图像采集仪根据所述板材的前进速度每隔一定时间进行一次图像采集。优选的，步骤S3具体为S31，所述的工业控制计算机对所述CCD图像采集仪采集到的所述明亮光带的图像，进行除噪、二值化、细化、拟合处理，提取出所述图像中的光带；S32，所述的工业控制计算机对提取出的所述光带进行矩阵转换，得到所述板材截面轮廓曲线。本发明的有益效果如下。本发明把变截面冷弯成型的控制与机器视觉有效的结合起来，有效的解决了变截面冷弯成型在成型过程中精度低的问题，能更好的满足实际生产的需求，拓展了变截面冷弯成型的检测控制领域，为生产高精度变截面冷弯成型产品提供了保证，可用于汽车、建筑等领域的零件与构件的制作。同时由于本发明是基于机器视觉的技术，有效的解决了在变截面冷弯成型生产过程中已出废品，却难以发现继续生产的问题，有效的减少了废品率节约成本。
图1是本发明变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置的主视图；图2是本发明变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置的俯视图；图3是本发明变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置的局部三维示意图；图4是本发明变截面冷弯成型轮廓检测与控制方法的步骤；图中1.变截面冷弯成型机；2. —字激光发射器；3. CCD图像采集仪；4.伺服电机；5.图像采集卡；6.工业控制计算机；7.伺服电机控制驱动器；8.滚珠丝杠；9.板材；10.成型轧辊。
具体实施例方式本发明的技术方案可以概括为在板材啮出轧辊后的正上方固定一字激光发射器2，所述的一字激光发射器2向下照射，在板材9上形成明亮光带，在与所述的一字激光发射器2水平位置固定所述的CXD图像采集仪3，且与所述板材9上的明亮光带成45°角，对所述板材9上的明亮光带进行图像采集，通过所述的工业控制计算机6控制所述的CCD图像采集仪3定时进行图像采集，将采集的图像通过所述图像采集卡5传输到所述的工业控制计算机6中，通过VisualC++进行编程，对所述图像进行后期处理提取出所述明亮光带，即成型板材9此时的截面轮廓曲线，通过所述工业控制计算机6将所得截面轮廓曲线与已有的理论截面轮廓曲线进行比较得出偏离度，传输给所述伺服电机控制驱动器7，对伺服电机4进行控制，进而控制轧辊的运动轨迹。以下结合附图对本发明的一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法进一步说明。本发明的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，包括变截面冷弯成型机1，所述变截面冷弯成型机1包括伺服电机4、机架和轧辊，所述变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，还包括伺服电机控制驱动器7和图像采集处理控制系统，所述图像采集处理控制系统与所述伺服电机控制驱动器7连接，所述伺服电机控制驱动器7与伺服电机4连接对伺服电机4控制。所述图像采集处理控制系统包括光发射装置、图像采集装置和信息处理控制装置。所述光发射装置是一字激光发射器2，所述图像采集装置包括CCD图像采集仪3和图像采集卡5，所述信息处理控制装置是工业控制计算机6。所述图像采集卡5安装在所述工业控制计算机6的PCI插槽内，所述图像采集卡5与所述CXD图像采集仪3连接。所述一字激光发射器2固定在所述变截面冷弯成型机1的板材啮出轧辊后端的正上方，所述一字激光发射器2是用于在成型板材9表面照射出明亮光带的一字激光发射器2。所述CCD图像采集仪3固定在与所述一字激光发射器2同一水平高度且与所述一字激光发射器2照射到所述板材9上的所述明亮光带成45°角的位置，所述CCD图像采集仪3对焦于所述明亮光带上，对所述板材9上的所述明亮光带进行图像采集。每个道次所述变截面冷弯成型机1之间均装用所述的一字激光发射器2与所述的CXD图像采集仪3，每一个所述的CXD图像采集仪3均与所述图像采集卡5连接。本发明的变截面冷弯成型轮廓检测与控制方法，包括如下步骤Si，固定在所述变截面冷弯成型机1的板材啮出轧辊后端正上方的所述一字激光发射器2在所述成型板材9表面照射出所述明亮光带；S2，固定在与所述一字激光发射器2同一水平高度且与所述板材9上的所述明亮光带成45°角的位置的所述CCD图像采集仪3对所述板材9上的所述明亮光带进行图像采集，所述CCD图像采集仪3采集到的图像实时传输给所述工业控制计算机6 ；S3，所述的工业控制计算机6分析处理所述CXD图像采集仪3采集到的所述明亮光带的图像，得到所述板材9的截面轮廓曲线；S4，所述的工业控制计算机6提取预存的标准板材模型在该道次应成型的截面曲线，并与步骤S3得到的所述板材9的截面轮廓曲线比较，并得出偏离度；S5，所述的工业控制计算机6将步骤S4得出的偏离度处理成所述的伺服电机控制驱动器7能够识别的信号，并传输给所述的伺服电机控制驱动器7，所述的伺服电机控制驱动器7根据接收到的所述信号对下一道次的变截面冷弯成型机1进行控制。步骤S2具体为所述的工业控制计算机6控制所述的图像采集卡5，进而控制所述的CCD图像采集仪3根据所述板材9的前进速度每隔一定时间进行一次图像采集。步骤S3具体为S31，所述的工业控制计算机6对所述CXD图像采集仪3采集到的所述明亮光带的图像，进行除噪、二值化、细化、拟合处理，提取出所述图像中的光带；S32，所述的工业控制计算机6对提取出的所述光带进行矩阵转换，得到所述板材9截面轮廓曲线。参照附图1所示的主视图、附图2所示的俯视图及附图3所示的局部三维示意图可知变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法所需成型机及硬件的安装方式。依照本发明的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法，在板材9啮出成型轧辊10后的正上方固定一字激光发射器2，所述一字激光发射器2发射出一字光带照射在所述板材9上，在所述板材9上形成明亮光带。在与所述一字激光发射器2同一水平高度且与所述板材9上的明亮光带成45°角的位置固定CCD图像采集仪3，对所述板材9上的所述明亮光带进行图像采集。所述CCD图像采集仪3将采集到的图像经过图像采集卡5传输给工业控制计算机6，所述工业控制计算机6通过VisualC++编程将所述CXD图像采集仪3采集到的图像进行除噪、二值化、细化、拟合等处理，提取出采集到的所述图像中的明亮光带拟合出的曲线，由于所述CCD图像采集仪3与板材9上的所述明亮光带成45°角，采集过程中所述图像发生畸变，故将所述工业控制计算机6提取出的所述明亮光带曲线进行矩阵转换，还原真实的明亮光带曲线，即所述板材9在成型此道次后的截面轮廓曲线。在所述板材9加工前所述工业控制计算机6中已存储的标准成型板材模型，根据实际所述板材9的前进速度，可以提取出所述CCD图像采集仪3拍照时标准板材截面轮廓曲线，将得到的实际截面轮廓曲线与标准截面轮廓曲线相比较，可以得出曲线之间的偏离度，进而求出轧辊运动的误差。所述工业控制计算机6将得到的轧辊运动误差传输给所述伺服电机控制驱动器7，进而控制下一道次伺服电机4。所述伺服电机4通过滚珠丝杆8使变截面冷弯成型机1上的成型轧辊10按所需要的运动轨迹运动。从而提高变截面冷弯成型产品的精度。上述说明为所述变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法的单道次说明，每一道次变截面冷弯成型均与该道次的检测控制方案相同。通过以上说明，可以看到所述变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法可以根据设计者的要求，加工出高精度的变截面冷弯成型产品。下面举例说明本发明的具体实施方法。如附图2俯视图所示，在变截面冷弯成型机1上电时，一字激光发射器2通电，向垂直正下方发射出一条明亮光带。当板材9进入第一道次变截面冷弯成型机1时，工业控制计算机6开始计时，通过图像采集卡5控制CCD图像采集仪3每隔一段时间对板材9上的明亮光带进行一次图像采集。在CCD图像采集仪3采集图像的同时，工业控制计算机6根据内存中存储的标准变截面型材计算出该点的理论截面轮廓曲线。CCD图像采集仪3将采集到的图像信息通过图像采集卡5传输给工业控制计算机6，工业控制计算机6通过Vi sualC++编写的程序对图像进行除噪、二值化、细化、拟合等处理，提取出采集到的图像中明亮光带的曲线，由于C⑶图像采集仪3与板材9上的明亮光带成45°角，采集过程中图像发生畸变，故将工业控制计算机6提取出的明亮光带曲线进行矩阵转换，还原真实的明亮光带曲线，即板材9在成型此道次后的截面轮廓曲线。将得到的实际截面轮廓曲线与标准截面轮
7廓曲线相比较，得出曲线之间的偏离度，进而求出轧辊运动的误差。工业控制计算机6将得到的轧辊运动误差处理为伺服电机控制驱动器7能够识别的信号并传输给伺服电机控制驱动器7，进而控制下一道次伺服电机4。伺服电机4通过滚珠丝杆8使变截面冷弯成型机1上的成型轧辊10按所需要的运动轨迹运动。本发明实现了真正的闭环控制，并且提高了变截面冷弯成型产品的精度，减少废品率。本发明把变截面冷弯成型的控制与机器视觉有效的结合起来，有效的解决了变截面冷弯成型在成型过程中精度低的问题，能更好的满足实际生产的需求，拓展了变截面冷弯成型的检测控制领域，为生产高精度变截面冷弯成型产品提供了保证，可用于汽车、建筑等领域的零件与构件的制作。同时由于本发明是基于机器视觉的技术，有效的解决了在变截面冷弯成型生产过程中已出废品，却难以发现继续生产的问题，有效的减少了废品率节约成本。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
权利要求
1.一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，包括变截面冷弯成型机，所述变截面冷弯成型机包括伺服电机、机架和轧辊，其特征在于，还包括伺服电机控制驱动器和图像采集处理控制系统，所述图像采集处理控制系统与所述伺服电机控制驱动器连接，所述伺服电机控制驱动器与所述伺服电机连接对所述伺服电机控制。
2.根据权利要求1所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，其特征在于所述图像采集处理控制系统包括光发射装置、图像采集装置和信息处理控制装置。
3.根据权利要求2所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，其特征在于所述光发射装置是一字激光发射器，所述图像采集装置包括CCD图像采集仪和图像采集卡，所述信息处理控制装置是工业控制计算机。
4.根据权利要求3所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，其特征在于所述图像采集卡安装在所述工业控制计算机的PCI插槽内，所述图像采集卡与所述CCD图像采集仪连接。
5.根据权利要求3所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，其特征在于所述一字激光发射器固定在所述变截面冷弯成型机的板材啮出轧辊后端的正上方，所述一字激光发射器在成型板材表面照射出明亮光带，所述一字激光发射器的光带射出方向垂直于所述板材的上表面。
6.根据权利要求3所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，其特征在于所述CCD图像采集仪固定在与所述一字激光发射器同一水平高度且与所述一字激光发射器照射到所述板材上的所述明亮光带成45°角的位置，所述CCD图像采集仪对焦于所述明亮光带上，对所述板材上的所述明亮光带进行图像采集。
7.根据权利要求3所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，其特征在于，每个道次所述变截面冷弯成型机之间均装用所述的一字激光发射器与所述的CCD图像采集仪，每一个所述的CCD图像采集仪均与所述图像采集卡连接。
8.一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制方法，其特征在于包括如下步骤Si，固定在所述变截面冷弯成型机的板材啮出轧辊后端正上方的所述一字激光发射器在所述成型板材表面照射出所述明亮光带；S2，固定在与所述一字激光发射器同一水平高度且与所述板材上的所述明亮光带成45°角的位置的所述CCD图像采集仪对所述板材上的所述明亮光带进行图像采集，所述CCD图像采集仪采集到的图像实时传输给所述工业控制计算机；S3，所述的工业控制计算机分析处理所述CCD图像采集仪采集到的所述明亮光带的图像，得到所述板材的截面轮廓曲线；S4，所述的工业控制计算机提取预存的标准板材模型在该道次应成型的截面曲线，并与步骤S3得到的所述板材的截面轮廓曲线比较，并得出偏离度；S5，所述的工业控制计算机将步骤S4得出的偏离度处理成所述的伺服电机控制驱动器能够识别的信号，并传输给所述的伺服电机控制驱动器，所述的伺服电机控制驱动器根据接收到的所述信号对下一道次的变截面冷弯成型机进行控制。
9.根据权利要求8所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制方法，其特征在于步骤S2具体为所述的工业控制计算机控制所述的图像采集卡，进而控制所述的CCD图像采集仪根据所述板材的前进速度每隔一定时间进行一次图像采集。
10.根据权利要求8所述的变截面冷弯成型轮廓检测与控制方法，其特征在于步骤S3具体为S31，所述的工业控制计算机对所述CCD图像采集仪采集到的所述明亮光带的图像，进行除噪、二值化、细化、拟合处理，提取出所述图像中的光带；S32，所述的工业控制计算机对提取出的所述光带进行矩阵转换，得到所述板材截面轮廓曲线。
全文摘要
本发明提供一种变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置及方法包括变截面冷弯成型机，所述变截面冷弯成型机包括伺服电机、机架和轧辊，所述变截面冷弯成型轮廓检测与控制装置，还包括伺服电机控制驱动器和图像采集处理控制系统，所述图像采集处理控制系统与所述伺服电机控制驱动器连接，所述伺服电机控制驱动器与伺服电机连接对伺服电机控制。本发明把变截面冷弯成型的控制与机器视觉有效的结合起来，有效的解决了变截面冷弯成型在成型过程中精度低的问题，能更好的满足实际生产的需求，拓展了变截面冷弯成型的检测控制领域，有效的解决了在变截面冷弯成型生产过程中已出废品，却难以发现继续生产的问题，有效的减少了废品率节约成本。
文档编号G05B19/19GK102553985SQ20121000581
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者李强, 李旭鹏, 钱波 申请人:北方工业大学