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文檔簡介
螺紋鋼生產在線自動計數(shù)問題的研究
過去,螺旋鋼的包裝是根據(jù)重量進行包裝的。而對于用戶來說,通常希望購買定支數(shù)捆裝(打捆包裝)的螺紋鋼。由于螺紋鋼生產行業(yè)竟爭激烈,企業(yè)為占領市場,積極推行自動計數(shù)、定支打捆的生產工藝,并承諾缺支理賠。然而目前國內螺紋鋼生產廠家大多采用人工計數(shù)方法,導致勞動強度大、準確性低、生產能力下降。為此,冶金生產行業(yè)迫切需要解決螺紋鋼在線精確計數(shù)問題。以往工程上采用兩種處理辦法:光電檢測及圖像識別技術,但它們都只適用于螺紋鋼彼此分離的理想狀況,而實際上螺紋鋼在包裝傳輸過程中的運行和分布規(guī)律比較復雜,存在少量重疊現(xiàn)象,故這兩種方法難以滿足實際要求。為此,筆者采用多傳感器檢測技術和實時信號采集與數(shù)據(jù)處理技術,并結合多點探測、智能比較的計算方法,使得在不影響螺紋鋼生產能力的前提下,能達到自動計數(shù)的目的。1可實現(xiàn)螺紋鋼根數(shù)的模擬檢測圖1為螺紋鋼包裝過程示意圖。工藝設備由傳動鏈輪、傳輸鏈及螺紋鋼收集槽組成,傳輸鏈由傳動電機、傳動鏈輪(圖中未畫出)驅動。軋制好的成品螺紋鋼被輸送到傳輸平臺上由傳輸鏈帶動經過平臺并送至收集槽,達到給定支數(shù)后進行捆裝。因此必須在螺紋鋼進入收集槽之前,即在傳輸平臺上對之進行準確計數(shù)。如果假定螺紋鋼之間彼此不相重疊,則可采用光電檢測方法對螺紋鋼進行在線準確計數(shù)(如圖2所示),即當螺紋鋼經過光電探頭時,可根據(jù)其輸出的脈沖數(shù)來確定螺紋鋼的根數(shù)。但實際上螺紋鋼在傳輸過程中有時存在局部重疊現(xiàn)象(局部重合和局部交叉兩種情況),因此當光電探頭恰好掃描到螺紋鋼局部重疊點時,光電探頭的輸出脈沖會出現(xiàn)丟失,進而導致計數(shù)錯誤。因此,僅采用單一的光電傳感器進行檢測將無法實現(xiàn)準確計數(shù)。同樣,圖像識別技術也難以保證計數(shù)的準確性,其原理如圖3所示。它通過CCD攝像機把螺紋鋼的圖像轉換成視頻信號,并輸入圖像采集卡,通過A/D轉換將其變成不同灰度等級的數(shù)字圖像,然后由計算機分析其像素的灰度來測算通過的螺紋鋼的根數(shù)。顯然,當螺紋鋼發(fā)生重疊時,在重疊區(qū)域的像素灰度難以辨別。2多傳感器檢測原理2.1光纖接頭螺紋鋼的數(shù)目為克服單一光電傳感器無法對有重疊現(xiàn)象的螺紋鋼進行準確計數(shù)的缺點,筆者采用雙重傳感器檢測方法,即用光纖傳感器和光柵編碼器共同探測生產線上通過的螺紋鋼的根數(shù)。其工作原理為:在光纖傳感器掃描并探測是否有螺紋鋼通過的同時,利用光柵編碼器來精確測量螺紋鋼的運動位移(即通過光纖探頭的螺紋鋼的徑向距離),然后除以螺紋鋼的理論直徑,即可計算出通過光纖探頭的螺紋鋼的數(shù)目。如圖4所示,將光柵編碼器與傳輸鏈輪同軸安裝,設編碼器的分辨率為N(編碼器旋轉1周輸出的脈沖數(shù)),傳輸鏈輪的直徑為Φ1,螺紋鋼的直徑為Φ2。因此,若傳輸鏈輪旋轉1周,它將帶動螺紋鋼運行πΦ1的距離,此時編碼器恰好輸出N個脈沖,故每個脈沖對應螺紋鋼所走過的距離為d=πΦ1/N。所以,如果測量出光纖探頭被擋(即螺紋鋼通過光纖探頭時)期間光柵編碼器的脈沖輸出數(shù)目m,就可精確測量出經過光纖探頭的螺紋鋼(含重疊者)所走過的距離L為:L=md=mπΦ1N(1)L=md=mπΦ1Ν(1)而對應所通過的螺紋鋼的數(shù)目n為:n=LΦ2=mπΦ1NΦ2(2)n=LΦ2=mπΦ1ΝΦ2(2)測量過程中,光纖探頭和光柵編碼器輸出的脈沖信號時序如圖5所示。2.2與門的信號轉換檢測控制電路如圖6所示。當光纖探頭掃描到螺紋鋼(即光線被擋)時,光纖探頭輸出高電平,否則為低電平;光柵編碼器在測量過程中始終輸出脈沖序列波,其頻率在4000Hz以內。為進一步提高電路的抗干擾能力,這兩路脈沖信號采用放大整形電路調理后,又經過光電耦合器件隔離,再接到與門輸入端。由于光纖探頭輸出的脈沖信號頻率(45Hz以內)很低,因此它就起到與門的門控信號作用,從而保證當光纖探頭被擋(即有螺紋鋼通過探頭)時,光柵編碼器輸出的脈沖序列波將順利通過與門并被送到計數(shù)卡的第0通道(CLK0)進行計數(shù);而當光纖探頭掃描到螺紋鋼縫隙(即無螺紋鋼通過探頭)時,與門截止,光柵編碼器輸出的脈沖序列波將不能通過與門并進行計數(shù)。為保證實時準確地采集光柵編碼器輸出的每串脈沖序列波的數(shù)目,筆者還將光纖探頭輸出脈沖的門控信號輸入到計數(shù)卡的第1通道(CLK1)進行下降沿計數(shù),當計算機采集計數(shù)卡第1通道時,一旦發(fā)現(xiàn)其計數(shù)值有變化,即判斷有螺紋鋼經過,這時只要采集計數(shù)卡第0通道的計數(shù)值,再換算成螺紋鋼的徑向距離,并除以螺紋鋼的理論直徑,即可得出所通過的螺紋鋼的支數(shù)。2.3對光纖接頭的檢測顯然上述雙傳感器檢測方法能夠保證螺紋鋼有重合情況時的準確計數(shù)。但實際上在整個生產過程中,螺紋鋼在傳輸時還存在少量的交叉現(xiàn)象。如果在檢測過程中,兩根螺紋鋼的交叉點恰好正對光纖探頭,也將導致計數(shù)錯誤。因此僅采用1對光纖探頭將無法保證整個計數(shù)過程的準確性。解決的辦法是在螺紋鋼上方平行設置多對光纖探頭,而每對光纖探頭與光柵編碼器組成的雙傳感器共同工作均可探測并計算螺紋鋼通過的數(shù)目,其原理及電路組成如上所述。由于兩根螺紋鋼交叉時,其交叉點只有1個,因此只要有1對光纖傳感器未掃描到該交叉點,那么該對光纖傳感器與光柵編碼器的共同檢測結果即為螺紋鋼的準確支數(shù)。在設計系統(tǒng)軟件時,可對這些多組雙傳感器的共同檢測結果進行比較判別,以多數(shù)者為準進行校正,從而確保計數(shù)的準確性。2.4光纖接頭個數(shù)參見圖5,設第i組光纖傳感器與光柵編碼器計數(shù)控制電路在掃描過程中所產生的光柵編碼器脈沖序列波的脈沖數(shù)為:m(i)11(i),m(i)22(i),…,m(i)kk(i),…,m(i)NΝ(i)(k=1,2,…,N;i=1,2,…,M)。其中N為脈沖序列波的個數(shù),M為光纖探頭的總數(shù)。則第k個脈沖序列波所檢測的螺紋鋼的徑向距離為:L(i)kk(i)=m(i)kd(3)故所對應的螺紋鋼的支數(shù)為:N(i)k=L(i)kΦ2=m(i)kdΦ2(4)Νk(i)=Lk(i)Φ2=mk(i)dΦ2(4)因此第i組光纖傳感器-光柵編碼器計數(shù)控制電路所檢測的螺紋鋼總支數(shù)為:N(i)=Σk=1Nn(i)k=Σk=1Nm(i)kdΦ2(5)Ν(i)=Σk=1Νnk(i)=Σk=1Νmk(i)dΦ2(5)對M組光纖傳感器-光柵編碼器計數(shù)控制電路檢測的支數(shù)進行比較判別,可知螺紋鋼總支數(shù)的正確結果應為:N0=max{N(1),N(2),…,N(i),…N(M)}(6)檢測過程中,螺紋鋼計數(shù)校正的軟件流程如圖7所示。3實際螺紋鋼測試采用按筆者提出的技術原理和方法設計的螺紋鋼計數(shù)裝置對?14mm的螺紋鋼進行了實際測試,并將檢測對象按照各種可能出現(xiàn)的情況進行擺放,所得結果見表1。測試結果表明:計數(shù)準確率達到100%。該裝置投入生產現(xiàn)場進行工業(yè)性試驗的結果也充分表明其穩(wěn)定性和可靠性完全能滿足實際要求。4螺紋鋼在線自動計數(shù)系統(tǒng)的提出及實施通過分析螺
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