專利名稱：一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及變截面冷彎成型機控制領域，具體涉及通過機器視覺對變截面冷彎成型的板材進行檢測并反饋控制信號，進而控制變截面冷彎成型機。
背景技術：
在現今的變截面冷彎成形工藝中，普遍采用編碼器與光柵尺間接對軋輥的運動及位置進行檢測反饋。但是現今的冷彎成型機采用編碼器檢測軋輥的轉速近似等于板材的前進速度，用光柵尺來檢測裝有軋輥的擋板相對于板材運動垂直方向的位移近似等于軋輥的位移。檢測出的信息反饋給控制器，對伺服電機進行控制。由于機械系統的間隙及軋輥與板材之間存在滑動等原因，這種方法檢測出來的軋輥與板材的相對位置精度比較低。從而影響變截面冷彎成型產品的精度。現今在汽車、建筑等領域需要高精度的變截面冷彎成型產品，而依靠上述檢測控制方法已不能滿足生產要求。

發明內容
針對上述需求，本發明的解決的技術問題是，提供一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法。本發明的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法方案如下。一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，包括變截面冷彎成型機，所述變截面冷彎成型機包括伺服電機、機架和軋輥，所述變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，還包括伺服電機控制驅動器和圖像采集處理控制系統，所述圖像采集處理控制系統與所述伺服電機控制驅動器連接，所述伺服電機控制驅動器與所述伺服電機連接對所述伺服電機控制。優選的，所述圖像采集處理控制系統包括光發射裝置、圖像采集裝置和信息處理控制裝置。優選的，所述光發射裝置是一字激光發射器，所述圖像采集裝置包括CXD圖像采集儀和圖像采集卡，所述信息處理控制裝置是工業控制計算機。優選的，所述圖像采集卡安裝在所述工業控制計算機的PCI插槽內，所述圖像采集卡與所述CXD圖像采集儀連接。優選的，所述一字激光發射器固定在所述變截面冷彎成型機的板材嚙出軋輥后端的正上方，所述一字激光發射器在成型板材表面照射出明亮光帶，所述一字激光發射器的光帶射出方向垂直于所述板材的上表面。優選的，所述CCD圖像采集儀固定在與所述一字激光發射器同一水平高度且與所述一字激光發射器照射到所述板材上的所述明亮光帶成45°角的位置，所述CCD圖像采集儀對焦于所述明亮光帶上，對所述板材上的所述明亮光帶進行圖像采集。優選的，每個道次所述變截面冷彎成型機之間均裝用所述的一字激光發射器與所述的CCD圖像采集儀，每一個所述的CCD圖像采集儀均與所述圖像采集卡連接。一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制方法，包括如下步驟
Si，固定在所述變截面冷彎成型機的板材嚙出軋輥后端正上方的所述一字激光發射器在所述成型板材表面照射出所述明亮光帶；S2，固定在與所述一字激光發射器同一水平高度且與所述板材上的所述明亮光帶成45°角的位置的所述CCD圖像采集儀對所述板材上的所述明亮光帶進行圖像采集，所述CCD圖像采集儀采集到的圖像實時傳輸給所述工業控制計算機；S3，所述的工業控制計算機分析處理所述CXD圖像采集儀采集到的所述明亮光帶的圖像，得到所述板材的截面輪廓曲線；S4，所述的工業控制計算機提取預存的標準板材模型在該道次應成型的截面曲線，并與步驟S3得到的所述板材的截面輪廓曲線比較，并得出偏離度；S5，所述的工業控制計算機將步驟S4得出的偏離度處理成所述的伺服電機控制驅動器能夠識別的信號，并傳輸給所述的伺服電機控制驅動器，所述的伺服電機控制驅動器根據接收到的所述信號對下一道次的變截面冷彎成型機進行控制。優選的，步驟S2具體為所述的工業控制計算機控制所述的圖像采集卡，進而控制所述的CCD圖像采集儀根據所述板材的前進速度每隔一定時間進行一次圖像采集。優選的，步驟S3具體為S31，所述的工業控制計算機對所述CCD圖像采集儀采集到的所述明亮光帶的圖像，進行除噪、二值化、細化、擬合處理，提取出所述圖像中的光帶；S32，所述的工業控制計算機對提取出的所述光帶進行矩陣轉換，得到所述板材截面輪廓曲線。本發明的有益效果如下。本發明把變截面冷彎成型的控制與機器視覺有效的結合起來，有效的解決了變截面冷彎成型在成型過程中精度低的問題，能更好的滿足實際生產的需求，拓展了變截面冷彎成型的檢測控制領域，為生產高精度變截面冷彎成型產品提供了保證，可用于汽車、建筑等領域的零件與構件的制作。同時由于本發明是基于機器視覺的技術，有效的解決了在變截面冷彎成型生產過程中已出廢品，卻難以發現繼續生產的問題，有效的減少了廢品率節約成本。


圖1是本發明變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置的主視圖；圖2是本發明變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置的俯視圖；圖3是本發明變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置的局部三維示意圖；圖4是本發明變截面冷彎成型輪廓檢測與控制方法的步驟；圖中1.變截面冷彎成型機；2. —字激光發射器；3. CCD圖像采集儀；4.伺服電機；5.圖像采集卡；6.工業控制計算機；7.伺服電機控制驅動器；8.滾珠絲杠；9.板材；10.成型軋輥。
具體實施例方式本發明的技術方案可以概括為在板材嚙出軋輥后的正上方固定一字激光發射器2，所述的一字激光發射器2向下照射，在板材9上形成明亮光帶，在與所述的一字激光發射器2水平位置固定所述的CXD圖像采集儀3，且與所述板材9上的明亮光帶成45°角，對所述板材9上的明亮光帶進行圖像采集，通過所述的工業控制計算機6控制所述的CCD圖像采集儀3定時進行圖像采集，將采集的圖像通過所述圖像采集卡5傳輸到所述的工業控制計算機6中，通過VisualC++進行編程，對所述圖像進行后期處理提取出所述明亮光帶，即成型板材9此時的截面輪廓曲線，通過所述工業控制計算機6將所得截面輪廓曲線與已有的理論截面輪廓曲線進行比較得出偏離度，傳輸給所述伺服電機控制驅動器7，對伺服電機4進行控制，進而控制軋輥的運動軌跡。以下結合附圖對本發明的一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法進一步說明。本發明的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，包括變截面冷彎成型機1，所述變截面冷彎成型機1包括伺服電機4、機架和軋輥，所述變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，還包括伺服電機控制驅動器7和圖像采集處理控制系統，所述圖像采集處理控制系統與所述伺服電機控制驅動器7連接，所述伺服電機控制驅動器7與伺服電機4連接對伺服電機4控制。所述圖像采集處理控制系統包括光發射裝置、圖像采集裝置和信息處理控制裝置。所述光發射裝置是一字激光發射器2，所述圖像采集裝置包括CCD圖像采集儀3和圖像采集卡5，所述信息處理控制裝置是工業控制計算機6。所述圖像采集卡5安裝在所述工業控制計算機6的PCI插槽內，所述圖像采集卡5與所述CXD圖像采集儀3連接。所述一字激光發射器2固定在所述變截面冷彎成型機1的板材嚙出軋輥后端的正上方，所述一字激光發射器2是用于在成型板材9表面照射出明亮光帶的一字激光發射器2。所述CCD圖像采集儀3固定在與所述一字激光發射器2同一水平高度且與所述一字激光發射器2照射到所述板材9上的所述明亮光帶成45°角的位置，所述CCD圖像采集儀3對焦于所述明亮光帶上，對所述板材9上的所述明亮光帶進行圖像采集。每個道次所述變截面冷彎成型機1之間均裝用所述的一字激光發射器2與所述的CXD圖像采集儀3，每一個所述的CXD圖像采集儀3均與所述圖像采集卡5連接。本發明的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制方法，包括如下步驟Si，固定在所述變截面冷彎成型機1的板材嚙出軋輥后端正上方的所述一字激光發射器2在所述成型板材9表面照射出所述明亮光帶；S2，固定在與所述一字激光發射器2同一水平高度且與所述板材9上的所述明亮光帶成45°角的位置的所述CCD圖像采集儀3對所述板材9上的所述明亮光帶進行圖像采集，所述CCD圖像采集儀3采集到的圖像實時傳輸給所述工業控制計算機6 ；S3，所述的工業控制計算機6分析處理所述CXD圖像采集儀3采集到的所述明亮光帶的圖像，得到所述板材9的截面輪廓曲線；S4，所述的工業控制計算機6提取預存的標準板材模型在該道次應成型的截面曲線，并與步驟S3得到的所述板材9的截面輪廓曲線比較，并得出偏離度；S5，所述的工業控制計算機6將步驟S4得出的偏離度處理成所述的伺服電機控制驅動器7能夠識別的信號，并傳輸給所述的伺服電機控制驅動器7，所述的伺服電機控制驅動器7根據接收到的所述信號對下一道次的變截面冷彎成型機1進行控制。步驟S2具體為所述的工業控制計算機6控制所述的圖像采集卡5，進而控制所述的CCD圖像采集儀3根據所述板材9的前進速度每隔一定時間進行一次圖像采集。步驟S3具體為S31，所述的工業控制計算機6對所述CXD圖像采集儀3采集到的所述明亮光帶的圖像，進行除噪、二值化、細化、擬合處理，提取出所述圖像中的光帶；S32，所述的工業控制計算機6對提取出的所述光帶進行矩陣轉換，得到所述板材9截面輪廓曲線。參照附圖1所示的主視圖、附圖2所示的俯視圖及附圖3所示的局部三維示意圖可知變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法所需成型機及硬件的安裝方式。依照本發明的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法，在板材9嚙出成型軋輥10后的正上方固定一字激光發射器2，所述一字激光發射器2發射出一字光帶照射在所述板材9上，在所述板材9上形成明亮光帶。在與所述一字激光發射器2同一水平高度且與所述板材9上的明亮光帶成45°角的位置固定CCD圖像采集儀3，對所述板材9上的所述明亮光帶進行圖像采集。所述CCD圖像采集儀3將采集到的圖像經過圖像采集卡5傳輸給工業控制計算機6，所述工業控制計算機6通過VisualC++編程將所述CXD圖像采集儀3采集到的圖像進行除噪、二值化、細化、擬合等處理，提取出采集到的所述圖像中的明亮光帶擬合出的曲線，由于所述CCD圖像采集儀3與板材9上的所述明亮光帶成45°角，采集過程中所述圖像發生畸變，故將所述工業控制計算機6提取出的所述明亮光帶曲線進行矩陣轉換，還原真實的明亮光帶曲線，即所述板材9在成型此道次后的截面輪廓曲線。在所述板材9加工前所述工業控制計算機6中已存儲的標準成型板材模型，根據實際所述板材9的前進速度，可以提取出所述CCD圖像采集儀3拍照時標準板材截面輪廓曲線，將得到的實際截面輪廓曲線與標準截面輪廓曲線相比較，可以得出曲線之間的偏離度，進而求出軋輥運動的誤差。所述工業控制計算機6將得到的軋輥運動誤差傳輸給所述伺服電機控制驅動器7，進而控制下一道次伺服電機4。所述伺服電機4通過滾珠絲桿8使變截面冷彎成型機1上的成型軋輥10按所需要的運動軌跡運動。從而提高變截面冷彎成型產品的精度。上述說明為所述變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法的單道次說明，每一道次變截面冷彎成型均與該道次的檢測控制方案相同。通過以上說明，可以看到所述變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法可以根據設計者的要求，加工出高精度的變截面冷彎成型產品。下面舉例說明本發明的具體實施方法。如附圖2俯視圖所示，在變截面冷彎成型機1上電時，一字激光發射器2通電，向垂直正下方發射出一條明亮光帶。當板材9進入第一道次變截面冷彎成型機1時，工業控制計算機6開始計時，通過圖像采集卡5控制CCD圖像采集儀3每隔一段時間對板材9上的明亮光帶進行一次圖像采集。在CCD圖像采集儀3采集圖像的同時，工業控制計算機6根據內存中存儲的標準變截面型材計算出該點的理論截面輪廓曲線。CCD圖像采集儀3將采集到的圖像信息通過圖像采集卡5傳輸給工業控制計算機6，工業控制計算機6通過Vi sualC++編寫的程序對圖像進行除噪、二值化、細化、擬合等處理，提取出采集到的圖像中明亮光帶的曲線，由于C⑶圖像采集儀3與板材9上的明亮光帶成45°角，采集過程中圖像發生畸變，故將工業控制計算機6提取出的明亮光帶曲線進行矩陣轉換，還原真實的明亮光帶曲線，即板材9在成型此道次后的截面輪廓曲線。將得到的實際截面輪廓曲線與標準截面輪
7廓曲線相比較，得出曲線之間的偏離度，進而求出軋輥運動的誤差。工業控制計算機6將得到的軋輥運動誤差處理為伺服電機控制驅動器7能夠識別的信號并傳輸給伺服電機控制驅動器7，進而控制下一道次伺服電機4。伺服電機4通過滾珠絲桿8使變截面冷彎成型機1上的成型軋輥10按所需要的運動軌跡運動。本發明實現了真正的閉環控制，并且提高了變截面冷彎成型產品的精度，減少廢品率。本發明把變截面冷彎成型的控制與機器視覺有效的結合起來，有效的解決了變截面冷彎成型在成型過程中精度低的問題，能更好的滿足實際生產的需求，拓展了變截面冷彎成型的檢測控制領域，為生產高精度變截面冷彎成型產品提供了保證，可用于汽車、建筑等領域的零件與構件的制作。同時由于本發明是基于機器視覺的技術，有效的解決了在變截面冷彎成型生產過程中已出廢品，卻難以發現繼續生產的問題，有效的減少了廢品率節約成本。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，包括變截面冷彎成型機，所述變截面冷彎成型機包括伺服電機、機架和軋輥，其特征在于，還包括伺服電機控制驅動器和圖像采集處理控制系統，所述圖像采集處理控制系統與所述伺服電機控制驅動器連接，所述伺服電機控制驅動器與所述伺服電機連接對所述伺服電機控制。
2.根據權利要求1所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，其特征在于所述圖像采集處理控制系統包括光發射裝置、圖像采集裝置和信息處理控制裝置。
3.根據權利要求2所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，其特征在于所述光發射裝置是一字激光發射器，所述圖像采集裝置包括CCD圖像采集儀和圖像采集卡，所述信息處理控制裝置是工業控制計算機。
4.根據權利要求3所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，其特征在于所述圖像采集卡安裝在所述工業控制計算機的PCI插槽內，所述圖像采集卡與所述CCD圖像采集儀連接。
5.根據權利要求3所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，其特征在于所述一字激光發射器固定在所述變截面冷彎成型機的板材嚙出軋輥后端的正上方，所述一字激光發射器在成型板材表面照射出明亮光帶，所述一字激光發射器的光帶射出方向垂直于所述板材的上表面。
6.根據權利要求3所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，其特征在于所述CCD圖像采集儀固定在與所述一字激光發射器同一水平高度且與所述一字激光發射器照射到所述板材上的所述明亮光帶成45°角的位置，所述CCD圖像采集儀對焦于所述明亮光帶上，對所述板材上的所述明亮光帶進行圖像采集。
7.根據權利要求3所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，其特征在于，每個道次所述變截面冷彎成型機之間均裝用所述的一字激光發射器與所述的CCD圖像采集儀，每一個所述的CCD圖像采集儀均與所述圖像采集卡連接。
8.一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制方法，其特征在于包括如下步驟Si，固定在所述變截面冷彎成型機的板材嚙出軋輥后端正上方的所述一字激光發射器在所述成型板材表面照射出所述明亮光帶；S2，固定在與所述一字激光發射器同一水平高度且與所述板材上的所述明亮光帶成45°角的位置的所述CCD圖像采集儀對所述板材上的所述明亮光帶進行圖像采集，所述CCD圖像采集儀采集到的圖像實時傳輸給所述工業控制計算機；S3，所述的工業控制計算機分析處理所述CCD圖像采集儀采集到的所述明亮光帶的圖像，得到所述板材的截面輪廓曲線；S4，所述的工業控制計算機提取預存的標準板材模型在該道次應成型的截面曲線，并與步驟S3得到的所述板材的截面輪廓曲線比較，并得出偏離度；S5，所述的工業控制計算機將步驟S4得出的偏離度處理成所述的伺服電機控制驅動器能夠識別的信號，并傳輸給所述的伺服電機控制驅動器，所述的伺服電機控制驅動器根據接收到的所述信號對下一道次的變截面冷彎成型機進行控制。
9.根據權利要求8所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制方法，其特征在于步驟S2具體為所述的工業控制計算機控制所述的圖像采集卡，進而控制所述的CCD圖像采集儀根據所述板材的前進速度每隔一定時間進行一次圖像采集。
10.根據權利要求8所述的變截面冷彎成型輪廓檢測與控制方法，其特征在于步驟S3具體為S31，所述的工業控制計算機對所述CCD圖像采集儀采集到的所述明亮光帶的圖像，進行除噪、二值化、細化、擬合處理，提取出所述圖像中的光帶；S32，所述的工業控制計算機對提取出的所述光帶進行矩陣轉換，得到所述板材截面輪廓曲線。
全文摘要
本發明提供一種變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置及方法包括變截面冷彎成型機，所述變截面冷彎成型機包括伺服電機、機架和軋輥，所述變截面冷彎成型輪廓檢測與控制裝置，還包括伺服電機控制驅動器和圖像采集處理控制系統，所述圖像采集處理控制系統與所述伺服電機控制驅動器連接，所述伺服電機控制驅動器與伺服電機連接對伺服電機控制。本發明把變截面冷彎成型的控制與機器視覺有效的結合起來，有效的解決了變截面冷彎成型在成型過程中精度低的問題，能更好的滿足實際生產的需求，拓展了變截面冷彎成型的檢測控制領域，有效的解決了在變截面冷彎成型生產過程中已出廢品，卻難以發現繼續生產的問題，有效的減少了廢品率節約成本。
文檔編號G05B19/19GK102553985SQ20121000581
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者李強, 李旭鵬, 錢波 申請人:北方工業大學