基于阀岛技术的异性纤维清除系统结构与设计

基于阀岛技术的异性纤维清除系统结构与设计冯显英,任长志,解守华(山东大学机械工程学院,山东济南250061)摘要:与传统气动技术相比,阀岛技术具有很多优点,在自动化生产线上得到越来越广泛的应用。

本文给出了基于阀岛技术的异性纤维检测系统清除机构设计方案,并对系统关键技术进行了阐述。

试验结果表明,该系统能够获得很高清除率,该技术已被成功的应用到异性纤维检测装置上,并取得了良好的效果。

关键词:异性纤维;阀岛;控制策略中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:1001-3881(2006)11-139-2S tructure and D esign of a Fore i g n F iber s C leanup SystemBa sed on Pn euma tic Va lve Term i n a lsFENG Xianying,R EN Changzhi,XI E Shouhua(School ofMechanical Engineering,Shandong University,Jinan Shandong250061,China) Ab stra ct:Co mpa red t o traditi ona l pneu m atic technol ogie s,pneuma tic valve te r m inals ha sm any advantages and is used more and more wide ly in aut o m ati c line1The structure and design of a c l eanu p s ystem for the fore ig n fi bers i ns pec tion was p resented1The key techn o l ogies of subsystem swere discussed1The s ystem is p r oved that it can ge t very high clean up rati o by t he ex peri ment1T hen it ha s been mounted succe ssfull y in the foreign fibers i nspec tion device and works very we ll1Keywor ds:Foreign fibers;Pneumatic valve te r m ina ls;Contr ollingm ethod0　引言气动技术在自动化生产线上有着广泛应用。

气动系统具有快速、安全、可靠、低成本等特点,同时还具有卫生、无污染等一系列得天独厚的优势,使其在许多自动化生产线上显示了不可替代的重要作用。

但传统概念上的气动元件往往局限于单独的气动控制元件或执行器,设计人员在对这些单独元件进行选型时,必须根据实际情况进行繁琐的计算,并花费大量的时间自行设计或选择相关的机构和部件。

需要较长的设计和生产周期,设计结果是否合理在很大程度上取决于设计人员的经验和知识,难以确保设备质量。

将传统系统的多种单独元件和机构经过优化和专门化设计并有机地集成为一体成为系列的规范产品,已成为气动、机械一体化的显著特点。

近几年迅速发展起来的阀岛技术把多个电控换向阀采用总线结构集成在一起,缩小了体积,减少了控制线,非常便于安装、综合布线和计算机控制,大大简化了大型自动化设备的气动-电控系统的设计安装和调试过程。

笔者在异性纤维清除系统中采用阀岛技术,用来清除混入棉纤维中的异性纤维。

效果比较理想,本文对该系统的结构、工作原理以及控制策略进行了论述。

1　阀岛技术阀岛是近10年来在气-电一体化方面最为成功的产品之一,主要有以下几个方面的优点:(1)安装方便,可靠性高。

阀岛把多个电控换向阀集成在一起,由于采用了集中接线和多芯插座,使得布线占有空间小,接线、布线、检修作业简单,大大节约了拆装时间,可靠性大大提高。

(2)减少了控制线,便于远程控制。

电控换向阀的传统控制采用的是接线束方式,每个电磁铁都需要两根控制线。

阀岛采用了公共地线,大大减少了控制线的数量,便于采用多芯电缆进行远程控制。

(3)使用总线控制方式,便于众多电控换向阀的计算机控制。

计算机控制众多电控换向阀时,若采用传统的接线束控制方式,需要计算机对大量接线直接控制,这使得布线、安装上都很困难;使用总线控制方式,只需要一根控制电缆就可以完成控制。

2　系统组成及工作原理图1　清除机构系统组成异性纤维被检测出来后,最终要将其清除出去,所以在异性纤维检测装置中设有异性纤维清除机构。

对采集到的图像,经工控机的图像处理与识别系统处理后,由于杂质存在与否、存在数量、以及存在位置的不确定性,这就要求各个喷头能单独控制,根据识别的结果通过控制算法确定其中的一个或几个动作。

阀岛具有结构紧凑、便于安装、综合布线和采用计算机控制方便等特点,本系统通过计算机直接控制阀岛来完成清除任务,其系统组成如图1所示。

采用计算机控制时,需要在计算机总线插槽上插入一块I/O板,并用多芯电缆线与阀岛连接起来,然后通过编制控制策略程序来控制开关板各通道的通断,从而实现对阀岛的控制。

931《机床与液压》20061No1113　异性纤维清除控制图2　清除机构原理图为了有效清除异性纤维,在皮棉传送通道上,采用喷嘴线阵列结构将异性纤维清除。

结构如图2所示。

当被采集到的某一帧图像经异性纤维检测与识别系统检测到存在异性纤维时,在传送机构将皮棉及异性纤维传送过程中,启动相应的喷嘴动作。

计算机根据传送距离、传送速度以及检测识别处理时间等参数计算异性纤维到达对应喷嘴的时间,当异性纤维的质心将要到达喷嘴作用范围的中心位置时,提前启动喷嘴开始动作,提前时间将对喷嘴动作的延迟时间进行补偿,然后利用强气流将异性纤维及附带的皮棉喷除。

如图2所示。

异性纤维的动态定位是精确清除的重要前提。

首先利用图像处理技术对获取的图像进行去噪、滤波、聚色分割等处理后,将图像二值化,在二值化图像中,每一个异性纤维是一簇像素联合体,此像素联合体在8邻域范围内相互连接。

利用定位算法确定异性纤维的质心坐标,如公式(1)、(2)所示:x m =1N∑Ni =1x i(1)y m =1N∑Ni =1y i (2)式中:N 代表异性纤维的像素个数;　x i ,y i 分别代表异性纤维像素点的横坐标、纵坐标。

由于在线检测的需要,需动态确定某一时刻异性纤维运动位置坐标。

式(1)、(2)只能确定瞬间获取图像中异性纤维质心坐标。

而传送带上的异性纤维实际位置是不断变化的。

根据异性纤维质心坐标和皮棉传送速度,可确定异性纤维的动态位置坐标。

令皮棉传送速度v,确定某一时刻杂质所在的位置为:x =x m +v t =v t +1N∑Ni =1x i (3)y =y m +v t =v t +1N∑Ni =1y i (4)式(3)、(4)计算出的坐标位置(x,y )即为异性纤维的动态位置。

把计算出的动态位置信息传送给剔除系统,作为异性纤维剔除的位置控制信号。

设定系统坐标系,并设喷头到坐标原点的距离为L,皮棉在输送道里的速度为v ,异性纤维检测系统处理时间为Process_ti me ,则驱动相应的喷头清除异性纤维延时时间为:D elay_ti me =(L -Pr ocess_ti me v -y i Scale )/v(5)另外根据异性纤维模块质心的x 坐标,通过调用判别函数,可以确定该异性纤维落在哪一个喷头的哪一个分区内,然后根据控制策略,驱动相应的一个或几个喷头动作。

图3　喷头控制原理图本系统采集的图像每行有2048个像素,需要的喷头为32个,每个喷头分配64个像素宽度,并把64个像素分成3个区域,其中A 和C 为相邻喷头之间的过渡区,占据12个像素宽度,如果异性纤维落在过渡区,通过控制算法来确定其相邻的喷头协同动作以确保把异性纤维清除掉。

表1为喷头控制区的分配情况。

表1　喷头控制区域分配表A (±12)B (±20)C (±12)00～1212～4444～64164～76751～116116～1282128～140140～180180～1923192～104204～244244～256…………291856～18681868～19081908～1920301920～19321932～19721972～1984311984～19961996～20362036～20474　结论试验结果表明,该系统可以有效清除被检测到的异性纤维,清除率在9618%以上。

我们已经将该系统应用异性纤维自动检测装备上,并取得良好的效果。

参考文献【1】丁天怀1纤维红外吸收特性及其在皮棉杂质检测中的应用[J ]1农业工程学报,2004,20(3):104-108.【2】张玉龙1阀岛技术在自动化生产线上的应用[J ]1制造自动化,2002:47-48.【3】万金领,王仁人1气动阀岛的结构及控制方法[J ]1液压与气动,2000(3):4-5.【4】周洪1阀岛与现场总线技术及其应用[J ]1液压与气动,1998(3):15-18.作者简介:冯显英(1965—),男,教授,博士,主要研究方向:数控技术,智能检测与控制。

电话:0531-********。

E -mail :fxying@s du 1edu 1cn 。

任长志(1977—),男,在读研究生,主要从事智能检测与控制方面的研究。

解守华(1975—),男,工程师,主要从事气动系统的研究与开发。

收稿日期:2005-10-0841《机床与液压》20061No 111。