[发明专利]一种基于图像处理的多线切割机张力控制系统

说明书

一种基于图像处理的多线切割机张力控制系统，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。所述多线切割机张力控制系统采集切割线实时图像，根据切割线位移计算出线网张力，作为反馈量对放线电机和收线电机转速进行控制;根据切割线轨迹对排线电机进行控制，防止跳线和错排。本发明可以降低多线切割机制造成本和维护成本，缩短布线路径，提高系统可靠性。

技术领域

本发明涉及一种多线切割机张力控制系统。

背景技术

多线切割机具有批量、多片切割太阳能硅片、蓝宝石、碳化硅等硬脆性材料的功能，主要原理是将切割线在主辊之间形成网状，让切割线网高速运转，同时工作台带动工件垂直于线网运动方向进给，完成切割任务。在切割过程中，切割线网需要高速运行，同时保持给定的张力，所以对于自动控制系统的要求非常严格。多线切割机张力控制系统是多线切割机的核心技术。

现有张力控制技术主要采用张力重锤或张力摆杆等方式，需要增加张力锤、张力摆杆、导轮等机械部件，运行过程中不可避免的磨损增加了维护成本；同时增加了布线长度，增加了切割机的体积和重量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有多线切割机张力控制系统的不足，提供一种采用图像传感器非接触式测量线网张力，不需要额外增加机械部件，缩短布线路径，有效降低多线切割机的制造成本和维护成本的基于图像处理的多线切割机张力控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于图像处理的多线切割机张力控制系统，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。

进一步，所述上位机中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。

进一步，所述上位机中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。

进一步，所述上位机中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：