成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统的制作方法

本实用新型涉及成品铝箔生产企业及用户对合格产品离线后的高效率板形抽样检测，具体涉及一种成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统。

背景技术：

目前铸轧法加工超薄铝箔生产线终端箔材线速度约300-600m/min，板形控制主要采用轧制油分段冷却等方法间接控制。对铝箔成品板形数据的离线测量大多是通过人工完成，通过裁条或几何形状法获得板形数据，这两种方法虽然能够直接的获得铝箔成品的板形数据，但是这中方法操作繁琐、稳定性低、且效率不高，同时对操作者的经验水平要求较高，判断标准主观化。

本实用新型的关键技术：铝箔动态开卷恒张力控制控制部分，该部分由精密机械结构部分、伺服控制系统、人机交互设备以及变频器和三相异步电动机等构成，准确的实现了动态铝箔开卷过程中箔面张力恒定控制，并且能够实现箔面具体的张力值的精确控制。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够获得抽检段内箔面图像灰度值以及精确的板形数据的成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统，包括机械送箔系统、NX控制器以及人机交互界面；

所述机械送箔系统包括铝卷安装辅机、机架；所述铝卷安装辅机设置在机架的一侧；

所述机架上设置有控制柜；所述机架的一端上部设置有前稳定辊筒组、所述机架另一端的下部设置有自动预紧装置；所述机架的上方设置有竖向的圆柱直线导轨，所述圆柱直线导轨上滑动安装有过渡辊筒组，所述过渡辊筒组上设置有张力传感器；所述过渡辊筒组滑动安装在圆柱直线导轨上；所述机架下方设置有驱动过渡辊筒组沿圆柱直线导轨滑动的推杆电机；所述自动预紧装置下方设置有收箔盘；

所述过渡辊筒组与自动预紧装置之间设置有隔光箱体；所述铝卷安装辅机上设置有铝膜，所述铝膜的一端依次绕过前稳定辊筒组、过渡辊筒组，然后穿过隔光箱体，再绕过自动预紧装置回笼到收箔盘；所述隔光箱体内设置有采集铝膜表面视频图像的红外双目摄像头；

所述自动预紧装置包括安装板以及安装在安装板上的第一牵引导向辊、第二牵引导向辊、主动辊、调节螺栓、摇臂、连接轴、定位销轴、凸轮以及第三牵引导向辊；

所述第一牵引导向辊和第二牵引导向辊设置在同一水平位置；所述主动辊位于第三牵引导向辊与第一牵引导向辊之间；所述摇臂设置在主动辊的一侧，所述摇臂上设置有从动胶辊；所述从动胶辊通过离合式自动预紧装置压紧在主动辊上；

所述控制柜内设置有NX控制器；所述NX控制器用于控制铝卷安装辅机、主动辊以及推杆电机；所述NX控制器与人机交互界面双向通信连接。

进一步的，所述主动辊为精磨抛光的钢辊，所述从动胶辊为橡胶材质。

进一步的，所述离合式自动预紧装置包括设置在摇臂一侧的固定板，固定板上设置有调节螺栓，所述调节螺栓穿过固定板；所述调节螺栓穿过固定板的一端设置有阶梯凸台，所述阶梯凸台上套装有压簧；所述压簧压紧摇臂的一端，摇臂的中间位置与安装板铰接；所述摇臂的另一端设置有定位销轴；

所述摇臂上设置有与凸轮匹配的凹槽，所述凸轮位于凹槽内，所述凸轮上设置有手柄；所述凸轮与固定板分别位于摇臂的两侧。

进一步的，所述精密机械送箔系统还包括左右张力检测、调节装置，所述左右张力检测、调节装置设置在过渡辊筒组中的过渡辊筒上；所述左右张力检测、调节装置包括过渡辊筒以及分别设置在过渡辊筒两端的第一张力传感器和第二张力传感器；所述过渡辊筒具有的转轴的一端设置有自锁丝杠，所述自锁丝杠通过伺服电机驱动；所述过渡辊筒具有的转轴的另一端设置有万向轴承。

进一步的，所述隔光箱体内设置有直线导轨；所述红外双目摄像头沿直线导轨的长度方向均匀分布在直线导轨上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统具有以下优点：

1、该系统能够动态的对成品铝箔的板形进行自动检测，能够获得抽检段内箔面串泡面积定量值，以及精确的板形数据。

2、系统采用NX控制器，即欧姆龙NX系列控制器控制，对铝膜的送箔张力实时、定量、均衡控制，使整个检测过程的自动化水平大幅提升。

3、采用高清高速红外双目摄像头动态采集箔面视频图像信息，结合标准图像库使用上位机软件对采集的图像信息进行分析、对比、计算，得出了取样长度内成品铝箔板形的综合评定值，同时通过采用无线网络通信技术，将此值上传至云服务器供各车间控制室进行数据查询。

附图说明

图1是本实用新型实施例中成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中自动预紧装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中红外双目摄像头安装示意图；

图4是本实用新型实施例中铝箔左右张力自平衡机构简图；

图中标示：1-铝膜；2-铝卷安装辅机；3-前稳定辊筒组；4-机架；5-控制柜；6-过渡辊筒组；7-张力传感器；8-圆柱直线导轨；9-隔光箱体；10-红外双目摄像头；11-自动预紧装置；12-手柄；13-收箔盘；14-推杆电机；15-第一牵引导向辊；16-第二牵引导向辊；17-主动辊；18-从动胶辊；19-压簧；20-调节螺栓；21-摇臂；22-连接轴；23-定位销轴；24-凸轮；25-第三牵引导向辊；27.直线导轨；30-第一张力传感器；31-第二张力传感器；32-自锁丝杠；33-伺服电机；34-万向轴承。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图4所示，本实用新型所述的成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统，包括机械送箔系统、NX控制器以及人机交互界面；

所述机械送箔系统包括铝卷安装辅机2、机架4；所述铝卷安装辅机2设置在机架4的一侧；

所述机架4上设置有控制柜5；所述机架4的一端上部设置有前稳定辊筒组3、所述机架4另一端的下部设置有自动预紧装置11；所述机架4的上方设置有竖向的圆柱直线导轨8，所述圆柱直线导轨8上滑动安装有过渡辊筒组6，所述过渡辊筒组6上设置有张力传感器7；所述过渡辊筒组6滑动安装在圆柱直线导轨8上；所述机架4下方设置有驱动过渡辊筒组6沿圆柱直线导轨8滑动的推杆电机14；所述自动预紧装置11下方设置有收箔盘13；

所述过渡辊筒组6与自动预紧装置11之间设置有隔光箱体9；所述铝卷安装辅机2上设置有铝膜1，所述铝膜1的一端依次绕过前稳定辊筒组3、过渡辊筒组6，然后穿过隔光箱体9，再绕过自动预紧装置11回笼到收箔盘13；所述隔光箱体9内设置有采集铝膜1表面视频图像的红外双目摄像头10；

所述自动预紧装置11包括安装板以及安装在安装板上的第一牵引导向辊15、第二牵引导向辊16、主动辊17、调节螺栓20、摇臂21、连接轴22、定位销轴23、凸轮24以及第三牵引导向辊25；

所述第一牵引导向辊15和第二牵引导向辊16设置在同一水平位置；所述主动辊17位于第三牵引导向辊25与第一牵引导向辊15之间；所述摇臂21设置在主动辊17的一侧，所述摇臂21上设置有从动胶辊18；所述从动胶辊18通过离合式自动预紧装置压紧在主动辊17上；

所述控制柜5内设置有NX控制器；所述NX控制器用于控制铝卷安装辅机2、主动辊17以及推杆电机14；所述NX控制器与人机交互界面双向通信连接。

具体的所述机架4采用铝合金机架；所述NX控制器为欧姆龙NX系列中央处理器。

具体的，所述主动辊17为精磨抛光的钢辊，所述从动胶辊18为橡胶材质。主动辊17和从动胶辊18通过离合式自动预紧装置将铝膜1夹紧。其中所述离合式自动预紧装置包括设置在摇臂21一侧的固定板，固定板上设置有调节螺栓20，所述调节螺栓20穿过固定板；所述调节螺栓20穿过固定板的一端设置有阶梯凸台，所述阶梯凸台上套装有压簧19；所述压簧19压紧摇臂21的一端，摇臂21的中间位置与安装板铰接；所述摇臂21的另一端设置有定位销轴23；

所述摇臂21上设置有与凸轮24匹配的凹槽，所述凸轮24位于凹槽内，所述凸轮24上设置有手柄12；所述凸轮24与固定板分别位于摇臂21的两侧。手柄12可以上下摆动，控制凸轮24旋转，凸轮24的周向运动直接推动安装于摇臂21上从动胶辊18移动，这种装置实现了铝膜1夹紧力可调，方便铝膜的绕辊安装，同时使对铝箔表面的张力的检测转换为对主动辊上扭矩值的检测。

宽度尺寸较大的铝膜1运行时有两侧张力存在差异的现象，因此进一步的，所述精密机械送箔系统还包括左右张力检测、调节装置，所述左右张力检测、调节装置设置在过渡辊筒组6中的过渡辊筒上；所述左右张力检测、调节装置包括过渡辊筒以及分别设置在过渡辊筒两端的第一张力传感器30和第二张力传感器31；所述过渡辊筒具有的转轴的一端设置有自锁丝杠32，所述自锁丝杠32通过伺服电机33驱动；所述过渡辊筒具有的转轴的另一端设置有万向轴承34。精密机械送箔系统设计了左右张力检测、调节装置。第一和第二张力传感器分别安装于过渡辊筒组的一根轴两端，实时采集铝膜1横向左右两侧的张力值，传感器经A/D转换将铝箔左右两侧张力值F1、F2，反馈给NX控制器，控制器结合这两个值得出铝箔左右两侧的张力差△F，并通过此值来控制伺服电机，伺服电机带动丝杠转动完成张力检测箔辊适当的摆幅调整，最终实现铝箔左右两侧的张力均衡。左右两侧张力值F1、F2以及张力差△F均会显示在触摸屏内。

为了便于红外双目摄像头10的安装，进一步的，所述隔光箱体9内设置有直线导轨27；所述红外双目摄像头10沿直线导轨27的长度方向均匀分布在直线导轨27上。

上述成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统对成品铝箔板的检测进行自动控制的方法，包括以下步骤：

1)首先通过NX控制器调节变频器设定铝卷安装辅机2的送膜电机的初始输出转速和磁粉制动器的阻尼值；

2)通过人机交互界面设定主动辊17的转矩、主动辊17的转速、转换效率、膜宽、膜厚、修正系数、补偿系数；人机交互界面通过EtherNet通信将这些参数传递给NX控制器，NX控制器将控制参数发送至伺服驱动器，驱动主动辊17的伺服电机，伺服电机连接减速器驱动主动辊17拉膜；

3)在主动辊17拉膜和铝卷安装辅机2送膜共同作用下，当铝膜1的负荷达到设定转矩T0＝FR时保持动态恒定；式中F为铝箔表面设定张力值，R为主动辊的半径，在离合式预紧装置夹紧铝箔且铝箔不发生打滑的情况下，主动辊的转矩即可视为T＝FR；

并且在在伺服输出和主动辊17之间安装扭矩传感器；实时采集主动辊17实际扭矩数据作为反馈到NX控制器；NX控制器结合扭矩传感器的反馈值，实时调节伺服电机转速，当测定扭矩大于T0，伺服电机减速，反之伺服电机加速；从而实现对送箔张力实时、定量、均衡控制。

进一步的上述方法，采用的成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统还包括上位机；并且还包括以下步骤：

在上述的自动控制方法进行控制后，实现铝膜1自动稳定开卷；

通过红外双目摄像头10采集动态开卷的铝箔表面的视频图像，并将数据保存至上位机，通过上位机将采集到的图像信息与数据库中的标准图像进行对比分析，计算得出铝膜1的箔面缺陷的面积和数量；同时计算出摄像头到箔面的垂直距离；

具体的计算方法为：以铝膜1的箔面宽度方向为X轴，箔面长度方向为Y轴，垂直于箔面方向为Z轴，建立空间直角坐标系，不同的X值下，将有唯一的一条平行于YZ平面的空间曲线；通过计算机曲线拟合，计算出采样段内X1、X2、X3…Xn坐标时刻曲线的实际长度，由板形计算公式得出实际的板形值；对于铝箔表面串泡的面积的确定，由于在红外光的照射下，表面良好的铝箔与串泡缺陷处的铝箔图像灰度值不同，进一步的，通过图像处理可得到铝箔串泡面积的定量值；上位机将箔面缺陷的面积和数量以及实际的板形值传送到人机交互界面进行显示。其中通过图像处理采用现有的计算机图像处理技术，本实用性的改进不涉及对计算机图像处理技术的改进。

进一步的，人机交互界面采用触摸屏；触摸屏与NX控制器和上位机系统实时通信。触摸屏与NX控制器通信，传递控制参数，实现对运动器件的控制。触摸屏与上位机通信，传递上位机软件计算结果的数据信息。同时也可以通过上位机对NX控制器进行参数设置和控制命令的传达。

具体的应用中：

①过NX控制器控制铝卷安装辅机2将待检铝膜1夹紧，将铝膜1夹紧操作手柄12扳至下方，保持主动辊17和从动胶辊18之间一定的间间隙，将铝箔依次穿过三个辊筒组以及隔光箱体。安装好后将手柄12向上扳，调节螺栓20调节到一定范围，保持适当的夹紧力。

②通过控制推杆电机14将过渡辊筒组6升至最高点。

③将主动辊驱动伺服电机输出转矩T1、主动辊转速V、主动辊设定转矩T2其中T2＝T1×80减速比×K1转换效率、转换效率K1、膜宽W、膜厚mm、修正系数K2、补偿系数K3等参数输入至触摸屏。

④通过调节变频器设定好送膜电机的初始输出转速和磁粉制动器的阻尼值。

⑤点击控制柜6上的送膜启动按钮，等待5秒，点击控制柜5上拉膜启动，NX控制器自动判断铝箔左右两侧张力传感器反馈值，并控制伺服电机33适当调节箔辊的摆幅使铝箔左右张力均衡分配。

⑥当触摸屏上的扭矩传感器反馈值等于设定值且铝箔开卷速度达到15m/min时启动板形自动检测系统，间隔抽样的动态箔面视频图像信息将通过组合式红外双目摄像头10采集，并传送至上位机，上位机软件对图像信息进行分析、处理得出铝箔板形综合评定值，将结果反馈至触摸屏和云服务器。

综上所述，本实用新型所述的成品铝箔板形离线动态检测自动控制系统具有以下优点：

1、该系统能够动态的对成品铝箔的板形进行自动检测，能够获得抽检段内箔面串泡面积定量值，以及精确的板形数据。

2、系统采用NX控制器，即欧姆龙NX系列控制器控制，对铝膜的送箔张力实时、定量、均衡控制，使整个检测过程的自动化水平大幅提升。

3、采用高清高速红外双目摄像头动态采集箔面视频图像信息，结合标准图像库使用上位机软件对采集的图像信息进行分析、对比、计算，得出了取样长度内成品铝箔板形的综合评定值，同时通过采用无线网络通信技术，将此值上传至云服务器供各车间控制室进行数据查询。

4、本实用新型中精密机械送箔系统整体采用立式结构，结构紧凑占用空间小。