机器视觉的挤压机调速系统技术要点突破

　　1 引言

　　机器视觉系统是利用机器取代人眼视觉，进行测量和判断的系统。基本原理是通过图像摄取装置(分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。机器视觉自起步到现在，已有将近20年的发展历史。应该说机器视觉作为自动化技术的一个分支，其功能特点是随着整个工业自动化的发展而逐渐完善和发展的。在欧美，机器视觉在工业上得到了广泛的应用。在我国随着配套基础建设的完善，技术、资金的积累，各行各业对采用图像和机器视觉技术的智能化控制需求开始广泛出现。

　　国内某硬质合金集团有限公司型材厂是目前国内最大的棒材生产基地。其引进的山特维克的挤压机(D-120/250)可以挤压多种棒材:0.5mm、1mm的棒材，双孔1mm、双孔1.5mm、双孔2mm棒材，7×2.0、6×2.5、6×0.4、5.5×0.5管材，3×10、1.5×4扁材等。其调速系统的性能对棒材的质量影响至关重要，如其调速效果不好，很容易拉断或者堆积棒材。北京和利时电机公司应用机器视觉和基于伺服电机的运动系统对挤压机的调速系统进行了改造，大大提高了调速系统的性能，从而提升了工厂的产品质量和产量。

　　2 硬件简介

　　系统硬件配置的原则如下:

　　(1) 调速系统的灵敏性必须高、调速范围宽。

　　(2) 操作简单、可靠。

　　(3) 便于系统升级、扩展。

　　(4) 紧急情况下，具有自保护功能。

　　(5) 性能价格比高。

　　基于以上整体考虑，系统硬件结构如图1所示，主要包括:精度为亚象素级的嵌入式图像处理系统、具有很好的快速响应的交流伺服电机系统、编程灵活升级方便的PLC控制系统、方便地查看修改系统参数的工业触摸屏、过压过流保护系统。

　　图1 系统硬件结构

　　3 软件部分

　　3.1 控制原理

　　调速系统的主要目的:将挤出的棒材稳定在一定的区域，图2给出调速系统示意图,也就是将图像处理器检测到的棒材边缘点控制在平衡区内。这样棒材才可以正常挤出，不被拉断、产生堆料。同时还可以保证挤出棒材的均匀度。

　　图2 调速系统示意图

　　挤压机的挤压速度跟液压部分强弱、它所装料的多少、料的质量以及棒材粗细都有很大关系，很难建立线性模型，简单的PID控制很难得到较好的控制效果。面对实际情况，我们采用了三种控制手段来调节挤压机的挤压速度:对挤压机进行模糊建模、微分控制环节和平衡区控制。