[发明专利]一种基于图像处理的多线切割机张力控制系统

权利要求书

1.一种基于图像处理的多线切割机张力控制系统，其特征在于：包括切割线、主辊、放线辊、收线辊、放排线轮、导线轮Ⅰ、导线轮Ⅱ、收排线轮、上位机、人机交互模块、图像采集卡、数据采集卡、主辊电机、放线电机、收线电机、放排线电机、收排线电机以及对应的编码器；所述切割线从放线辊出发，经过放排线轮、导线轮Ⅰ、主辊、导线轮Ⅱ、收排线轮，到达收线辊；所述放排线轮和收排线轮下方各安装一个图像传感器对切割线进行拍摄，所述图像采集卡采集收线图像传感器和放线图像传感器的图像传输给上位机；所述数据采集卡采集主辊编码器、收线辊编码器和放线辊编码器的数据传输给上位机；所述人机交互模块完成收线张力、放线张力、走线速度以及设备参数的输入，并将重要数据进行显示；所述上位机包括收排线控制器、收排线偏移补偿器、收线张力估测器、收线张力控制器、收线控制器、主辊控制器、放线控制器、放线张力控制器、放线张力估测器、放排线偏移补偿器和放排线控制器，通过调节主辊电机、放线电机和收线电机的转速来控制线网张力；

所述上位机中的收线控制器的作用是根据走线速度的设定值，对收线电机的转速进行控制，包含如下步骤：

（1）按下式计算收线电机的期望转速：

；

其中，为收线辊直径，为切割线直径，为第个采样时刻切割线在收线辊上缠绕的层数；

（2）根据收线电机编码器计算出收线电机的实际转速，转速偏差；

（3）按下式计算收线电机转速控制值：

；

其中，为第时刻的转速偏差，和分别为收线控制的比例系数和积分系数。

2.根据权利要求1所述的基于图像处理的多线切割机张力控制系统，其特征在于，所述上位机中的收排线控制器的作用是控制收排线轮移动速度，使得切割线在收线轮上均匀分布，按下式计算收排线电机转速：

；

其中，为收线辊绕线间距，为第个采样时刻的收线电机转速，为收线电机转速位移比，所述收线电机转速位移比是指收线电机转速与收线辊绕线绕一圈的横向位移之比。

3.根据权利要求1所述的基于图像处理的多线切割机张力控制系统，其特征在于，所述上位机中的收排线偏移补偿器的作用是根据收排线倾斜角的测量值，对收排线轮移动速度进行补偿，形成闭环控制，提高切割线在收线轮上分布的均匀性，包含如下步骤：

1）在第个采样时刻，对所采集的放线图像数据，通过边缘提取、边缘锐化计算出切割线在图像中的轨迹，用最小二乘法将切割线轨迹拟合为直线，并计算拟合直线的倾斜角；

2）计算第个采样时刻的收排线倾斜角偏差；

3）按下式计算第个采样时刻的收排线电机转速补偿量：

；

其中和分别为第和个采样时刻的收排线倾斜角偏差，、 和分别为收排线偏移补偿的比例系数、积分系数和微分系数。

4.根据权利要求1所述的基于图像处理的多线切割机张力控制系统，其特征在于，所述上位机中的收线张力估测器的作用是对收线张力进行实时测量，包含如下步骤：

1）在第个采样时刻，对所采集的收线侧图像数据，通过边缘提取、边缘锐化计算出切割线在图像中的轨迹，找出切割线横向偏移最大的位置；

2）计算切割线偏移传播速度，其中为采样间隔，为第采样时刻的收线侧切割线横向偏移最大位置；

3）计算第个采样时刻的切割线收线张力估测值，其中为切割线线密度，为切割线的线速度。

5.根据权利要求4所述的基于图像处理的多线切割机张力控制系统，其特征在于，所述上位机中的收线张力控制器的作用是根据收线张力设定值和估测值，对收线电机转速进行补偿，形成收线张力的闭环控制，包含如下步骤：

1）计算收线张力误差，其中为收线张力设定值；

2）按下式计算收线电机转速补偿量：

；

其中，和分别为第和时刻的收线张力误差，、和分别为收线电机补偿的比例系数、积分系数和微分系数。