1 引言
機器視覺系統(tǒng)是利用機器取代人眼視覺，進行測量和判斷的系統(tǒng)。基本原理是通過圖像攝取裝置(分cmos和ccd兩種)將被攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。機器視覺自起步到現(xiàn)在，已有將近20年的發(fā)展歷史。應(yīng)該說機器視覺作為自動化技術(shù)的一個分支，其功能特點是隨著整個工業(yè)自動化的發(fā)展而逐漸完善和發(fā)展的。在歐美，機器視覺在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。在我國隨著配套基礎(chǔ)建設(shè)的完善，技術(shù)、資金的積累，各行各業(yè)對采用圖像和機器視覺技術(shù)的智能化控制需求開始廣泛出現(xiàn)。
國內(nèi)某硬質(zhì)合金集團有限公司型材廠是目前國內(nèi)最大的棒材生產(chǎn)基地。其引進的山特維克的擠壓機(d-120/250)可以擠壓多種棒材：0.5mm、1mm的棒材，雙孔1mm、雙孔1.5mm、雙孔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。其調(diào)速系統(tǒng)的性能對棒材的質(zhì)量影響至關(guān)重要，如其調(diào)速效果不好，很容易拉斷或者堆積棒材。北京和利時電機公司應(yīng)用機器視覺和基于伺服電機的運動系統(tǒng)對擠壓機的調(diào)速系統(tǒng)進行了改造，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的性能，從而提升了工廠的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。
2 硬件簡介
系統(tǒng)硬件配置的原則如下：
(1) 調(diào)速系統(tǒng)的靈敏性必須高、調(diào)速范圍寬。
(2) 操作簡單、可靠。
(3) 便于系統(tǒng)升級、擴展。
(4) 緊急情況下，具有自保護功能。
(5) 性能價格比高。
基于以上整體考慮，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：精度為亞象素級的嵌入式圖像處理系統(tǒng)、具有很好的快速響應(yīng)的交流伺服電機系統(tǒng)、編程靈活升級方便的plc控制系統(tǒng)、方便地查看修改系統(tǒng)參數(shù)的工業(yè)觸摸屏、過壓過流保護系統(tǒng)。
3 軟件部分
3.1 控制原理
調(diào)速系統(tǒng)的主要目的：將擠出的棒材穩(wěn)定在一定的區(qū)域，圖2給出調(diào)速系統(tǒng)示意圖，也就是將圖像處理器檢測到的棒材邊緣點控制在平衡區(qū)內(nèi)。這樣棒材才可以正常擠出，不被拉斷、產(chǎn)生堆料。同時還可以保證擠出棒材的均勻度。
擠壓機的擠壓速度跟液壓部分強弱、它所裝料的多少、料的質(zhì)量以及棒材粗細都有很大關(guān)系，很難建立線性模型，簡單的pid控制很難得到較好的控制效果。面對實際情況，我們采用了三種控制手段來調(diào)節(jié)擠壓機的擠壓速度：對擠壓機進行模糊建模、微分控制環(huán)節(jié)和平衡區(qū)控制。
(1)首先，通過對擠壓機的現(xiàn)場調(diào)速試驗，我們總結(jié)出了它的模糊模型-拋物線模型。越接近理想位置速度調(diào)節(jié)量越少，越遠離理想位置速度調(diào)節(jié)量越大，而且速度調(diào)節(jié)量跟與理想位置的差距為乘冪關(guān)系，如圖3所示：
(2)筆者在現(xiàn)場的試驗中發(fā)現(xiàn)，遇到突發(fā)情況，速度會發(fā)生急劇變化，嚴重影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加入微分環(huán)節(jié)后提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。比如，由于液壓系統(tǒng)的原因擠壓速度突然變快，這時系統(tǒng)要求加速，但是根據(jù)它的拋物線模型給它加速遠遠滿足不了系統(tǒng)需求，這時系統(tǒng)就會產(chǎn)生堆料，加入了微分環(huán)節(jié)，預(yù)測了這種情況，會采取給系統(tǒng)成倍加速，從而改善了系統(tǒng)的靈敏性，滿足了要求。
(3)筆者采用了平衡區(qū)控制。規(guī)定在理想位置附近的一定范圍內(nèi)為平衡區(qū)，認為這時的系統(tǒng)滿足了控制要求。當(dāng)棒材從加速區(qū)或者減速區(qū)進入平衡區(qū)時，筆者根據(jù)邊緣位置的變化量來反向調(diào)節(jié)速度。這樣可以起到緩沖效果，使得棒材可以在最短的時間內(nèi)停留在平衡區(qū)內(nèi)。比如，當(dāng)邊緣點在平衡區(qū)上界(參加圖2)，調(diào)速系統(tǒng)會減小速度使得棒材邊緣點下降，當(dāng)它進入平衡區(qū)時，平衡區(qū)控制開始起作用，邊緣位置下降，根據(jù)邊緣位置變化量增加速度值(這里的具體情況是邊緣位置下降，變化量為負值;邊緣位置上升，變化量為正值值。同時變化量的大小可以反映位置變化的距離程度)，這樣防止了速度降的太快沖過平衡區(qū)，從而引起系統(tǒng)的震蕩。
