螺紋鋼生產(chǎn)在線自動(dòng)計(jì)數(shù)問題的研究

螺紋鋼生產(chǎn)在線自動(dòng)計(jì)數(shù)問題的研究

過去，螺旋鋼的包裝是根據(jù)重量進(jìn)行包裝的。而對(duì)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(chǎn)行業(yè)竟?fàn)幖ち?企業(yè)為占領(lǐng)市場(chǎng),積極推行自動(dòng)計(jì)數(shù)、定支打捆的生產(chǎn)工藝,并承諾缺支理賠。然而目前國(guó)內(nèi)螺紋鋼生產(chǎn)廠家大多采用人工計(jì)數(shù)方法,導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度大、準(zhǔn)確性低、生產(chǎn)能力下降。為此,冶金生產(chǎn)行業(yè)迫切需要解決螺紋鋼在線精確計(jì)數(shù)問題。以往工程上采用兩種處理辦法:光電檢測(cè)及圖像識(shí)別技術(shù),但它們都只適用于螺紋鋼彼此分離的理想狀況,而實(shí)際上螺紋鋼在包裝傳輸過程中的運(yùn)行和分布規(guī)律比較復(fù)雜,存在少量重疊現(xiàn)象,故這兩種方法難以滿足實(shí)際要求。為此,筆者采用多傳感器檢測(cè)技術(shù)和實(shí)時(shí)信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù),并結(jié)合多點(diǎn)探測(cè)、智能比較的計(jì)算方法,使得在不影響螺紋鋼生產(chǎn)能力的前提下,能達(dá)到自動(dòng)計(jì)數(shù)的目的。1可實(shí)現(xiàn)螺紋鋼根數(shù)的模擬檢測(cè)圖1為螺紋鋼包裝過程示意圖。工藝設(shè)備由傳動(dòng)鏈輪、傳輸鏈及螺紋鋼收集槽組成,傳輸鏈由傳動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)鏈輪(圖中未畫出)驅(qū)動(dòng)。軋制好的成品螺紋鋼被輸送到傳輸平臺(tái)上由傳輸鏈帶動(dòng)經(jīng)過平臺(tái)并送至收集槽,達(dá)到給定支數(shù)后進(jìn)行捆裝。因此必須在螺紋鋼進(jìn)入收集槽之前,即在傳輸平臺(tái)上對(duì)之進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)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(cè)方法對(duì)螺紋鋼進(jìn)行在線準(zhǔn)確計(jì)數(shù)(如圖2所示),即當(dāng)螺紋鋼經(jīng)過光電探頭時(shí),可根據(jù)其輸出的脈沖數(shù)來確定螺紋鋼的根數(shù)。但實(shí)際上螺紋鋼在傳輸過程中有時(shí)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(dāng)光電探頭恰好掃描到螺紋鋼局部重疊點(diǎn)時(shí),光電探頭的輸出脈沖會(huì)出現(xiàn)丟失,進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。因此,僅采用單一的光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)將無法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。同樣,圖像識(shí)別技術(shù)也難以保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性,其原理如圖3所示。它通過CCD攝像機(jī)把螺紋鋼的圖像轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào),并輸入圖像采集卡,通過A/D轉(zhuǎn)換將其變成不同灰度等級(jí)的數(shù)字圖像,然后由計(jì)算機(jī)分析其像素的灰度來測(cè)算通過的螺紋鋼的根數(shù)。顯然,當(dāng)螺紋鋼發(fā)生重疊時(shí),在重疊區(qū)域的像素灰度難以辨別。2多傳感器檢測(cè)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(duì)有重疊現(xiàn)象的螺紋鋼進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)數(shù)的缺點(diǎn),筆者采用雙重傳感器檢測(cè)方法,即用光纖傳感器和光柵編碼器共同探測(cè)生產(chǎn)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(cè)是否有螺紋鋼通過的同時(shí),利用光柵編碼器來精確測(cè)量螺紋鋼的運(yùn)動(dòng)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(jì)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(shè)編碼器的分辨率為N(編碼器旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)1周,它將帶動(dòng)螺紋鋼運(yùn)行πΦ1的距離,此時(shí)編碼器恰好輸出N個(gè)脈沖,故每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)螺紋鋼所走過的距離為d=πΦ1/N。所以,如果測(cè)量出光纖探頭被擋(即螺紋鋼通過光纖探頭時(shí))期間光柵編碼器的脈沖輸出數(shù)目m,就可精確測(cè)量出經(jīng)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(duì)應(yīng)所通過的螺紋鋼的數(shù)目n為:n=LΦ2=mπΦ1NΦ2(2)n=LΦ2=mπΦ1ΝΦ2(2)測(cè)量過程中,光纖探頭和光柵編碼器輸出的脈沖信號(hào)時(shí)序如圖5所示。2.2與門的信號(hào)轉(zhuǎn)換檢測(cè)控制電路如圖6所示。當(dāng)光纖探頭掃描到螺紋鋼(即光線被擋)時(shí),光纖探頭輸出高電平,否則為低電平;光柵編碼器在測(cè)量過程中始終輸出脈沖序列波,其頻率在4000Hz以內(nèi)。為進(jìn)一步提高電路的抗干擾能力,這兩路脈沖信號(hào)采用放大整形電路調(diào)理后,又經(jīng)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(hào)頻率(45Hz以內(nèi))很低,因此它就起到與門的門控信號(hào)作用,從而保證當(dāng)光纖探頭被擋(即有螺紋鋼通過探頭)時(shí),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(jì)數(shù)卡的第0通道(CLK0)進(jìn)行計(jì)數(shù);而當(dāng)光纖探頭掃描到螺紋鋼縫隙(即無螺紋鋼通過探頭)時(shí),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(jìn)行計(jì)數(shù)。為保證實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(hào)輸入到計(jì)數(shù)卡的第1通道(CLK1)進(jìn)行下降沿計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)算機(jī)采集計(jì)數(shù)卡第1通道時(shí),一旦發(fā)現(xiàn)其計(jì)數(shù)值有變化,即判斷有螺紋鋼經(jīng)過,這時(shí)只要采集計(jì)數(shù)卡第0通道的計(jì)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(duì)光纖接頭的檢測(cè)顯然上述雙傳感器檢測(cè)方法能夠保證螺紋鋼有重合情況時(shí)的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。但實(shí)際上在整個(gè)生產(chǎn)過程中,螺紋鋼在傳輸時(shí)還存在少量的交叉現(xiàn)象。如果在檢測(cè)過程中,兩根螺紋鋼的交叉點(diǎn)恰好正對(duì)光纖探頭,也將導(dǎo)致計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。因此僅采用1對(duì)光纖探頭將無法保證整個(gè)計(jì)數(shù)過程的準(zhǔn)確性。解決的辦法是在螺紋鋼上方平行設(shè)置多對(duì)光纖探頭,而每對(duì)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(cè)并計(jì)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(shí),其交叉點(diǎn)只有1個(gè),因此只要有1對(duì)光纖傳感器未掃描到該交叉點(diǎn),那么該對(duì)光纖傳感器與光柵編碼器的共同檢測(cè)結(jié)果即為螺紋鋼的準(zhǔn)確支數(shù)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件時(shí),可對(duì)這些多組雙傳感器的共同檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較判別,以多數(shù)者為準(zhǔn)進(jìn)行校正,從而確保計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。2.4光纖接頭個(gè)數(shù)參見圖5,設(shè)第i組光纖傳感器與光柵編碼器計(jì)數(shù)控制電路在掃描過程中所產(chǎn)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(gè)數(shù),M為光纖探頭的總數(shù)。則第k個(gè)脈沖序列波所檢測(cè)的螺紋鋼的徑向距離為:L(i)kk(i)=m(i)kd(3)故所對(duì)應(yīng)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(jì)數(shù)控制電路所檢測(cè)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(duì)M組光纖傳感器-光柵編碼器計(jì)數(shù)控制電路檢測(cè)的支數(shù)進(jìn)行比較判別,可知螺紋鋼總支數(shù)的正確結(jié)果應(yīng)為:N0=max{N(1),N(2),…,N(i),…N(M)}(6)檢測(cè)過程中,螺紋鋼計(jì)數(shù)校正的軟件流程如圖7所示。3實(shí)際螺紋鋼測(cè)試采用按筆者提出的技術(shù)原理和方法設(shè)計(jì)的螺紋鋼計(jì)數(shù)裝置對(duì)?14mm的螺紋鋼進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試,并將檢測(cè)對(duì)象按照各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行擺放,所得結(jié)果見表1。測(cè)試結(jié)果表明:計(jì)數(shù)準(zhǔn)確率達(dá)到100%。該裝置投入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)的結(jié)果也充分表明其穩(wěn)定性和可靠性完全能滿足實(shí)際要求。4螺紋鋼在線自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)的提出及實(shí)施通過分析螺