基于激光技术的防腐自动追管装置及追管方法与流程

包装,储藏,运输设备的制造及其应用技术1.本发明涉及防腐外涂领域，尤其是涉及基于激光技术的防腐自动追管装置及追管方法。背景技术：2.防腐外涂传送线生产工艺，要求前后管能连成一起，旋转前进进入中频及喷涂岗位，目前追接管控制，一部分钢管防腐厂由人工目视观察现场情况，对后面一根钢管进行加速操作，离前一根钢管较近距离时，人工对后一根钢管进行减速同步操作，使后面1根钢管追接上前1根钢管，然后一同进入下一个工序。3.人工操作的缺陷有：(1)自动化水平低下，追接过程中会出现对接不柔和，容易造成后1根钢管撞击前1根钢管，影响后续工序的喷涂质量。(2)人工操作不利于减少用工成本，且此处操作人员兼职到后续的水淋房工序倒运管端连接器，劳动强度大。一部分钢管厂采取的自动方式为传送线设立多个光电开关，记录管头管尾经过各光电开关的时间，采取光电开关感应距离加上时间差方式估算后面钢管需要追接的距离及速度。此方式追接的可靠性与管体椭圆度、旋转辊的渐进磨损情况关联性很大。为此我们提出基于激光技术的防腐自动追管装置及追管方法用于解决上述问题。4.中国专利文献cn106345662a记载了一种防腐钢管的自动生产线及生产方法，包括将钢管翻入除锈传输线前段，并向除锈传输线中段追管传送；对钢管在除锈传输线中段进行除锈处理；每根除锈处理后的钢管被传送到除锈传输线后段时进行脱管传送；钢管被翻入缠绕传输线前段，并向缠绕传输线中段追管传送且通过接管器连接；对多根钢管在缠绕传输线中段进行缠带处理；每根缠带处理后的钢管被传送到缠绕传输线后段时进行脱管传送。本发明利用速度可调的自动传输线协调配合自动除锈处理设备、自动缠带处理设备，达到自动化流水生产的目的，降低了劳动强度，提高了产品质量和生产效率。但是该方法追接的可靠性与管体椭圆度、旋转辊的渐进磨损情况关联性很大。使用存在缺陷，需要改进。技术实现要素：5.本发明提供了基于激光技术的防腐自动追管装置及追管方法，能够实现外涂传送线前后钢管的全自动追接，无需人工操作，减少人工成本，提高自动化水平，追接合拢瞬间平缓，并且追接过程中，不受管体椭圆度、旋转辊的渐进磨损情况影响。6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：基于激光技术的防腐自动追管装置及追管方法，包括11段辊道和2段辊道，1段辊道上用于运输后管，2段辊道用于运输前管，2段辊道两侧分别设有深色板和激光器，深色板水平铺设在2段辊道侧边的地面上，激光器与后管轴线倾斜一定角度，还设有摄像头，摄像头在深色板正上方；7.1段辊道一侧设有plc和工控机；8.激光器射出相对于后管轴线呈一定角度的激光，深色板用于显示透过前管和后管缝隙的激光，摄像头用于采集深色板上的激光长度。9.优选方案中，1段辊道底部设有1号光电开关和2号光电开关，2段辊道底部设有3号光电开关和4号光电开关，摄像头位于深色板正上方中心处。10.优选方案中，后管一侧设有支架，支架上设有多个待送管，待送管底部设有多个单体小车。11.优选方案中，1段辊道上设有1段辊道电机模块，2段辊道上设有2段辊道电机模块，1段辊道包括多个第一辊轮，电机模块包括多个1段电机，第一辊轮与1段电机连接，电机模块包括多个2段电机，2段辊道包括多个第二辊轮，第二辊轮与2段电机连接。12.优选方案中，工控机上设有通讯卡和板卡，通讯卡与plc连通，板卡与激光器连通，plc上设有di/do模块，工控机与摄像头连通，di/do模块分别与1号光电开关、2号光电开关、3号光电开关和4号光电开关连通。13.优选方案中，plc一侧设有变频器通讯控制模块和变频器ac-dc模块，plc与变频器通讯控制模块连通，变频器通讯控制模块与变频器ac-dc模块连通，di/do模块分别与变频器通讯控制模块、变频器ac-dc模块、1段辊道电机模块和2段辊道电机模块连通。14.基于激光技术的防腐自动追管方法，其方法是：s1、安装摄像头与激光器，确定激光器与后管轴线倾角，对摄像头进行软件标定，测出单位像素对应的实际尺寸；15.s2、对摄像头进行畸变矫正处理，包括径向畸变矫正和切向畸变矫正；16.s3、对激光器光线进行特征提取，对摄像头收集的图像进行二值化处理和开运算处理；17.s4、对处理后的区域进行线性拟合，对拟合后的直线做最小起点和最大终点坐标查找，计算两个极点之间的距离，求出深色板上激光线长度；18.s5、计算出前管与后管实际距离；19.s6、驱动多个单体小车，或者改变1段辊道电机模块、2段辊道电机模块的控制速度，以改变前管与后管合适的距离。20.优选方案中，s2中对摄像头(7)进行畸变矫正处理，径向畸变矫正数学模型：21.x0＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)22.y0＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)23.其中：(x_0，y_0)为畸变点的原始位置，(x，y)为畸变矫正后的位置，r是以光轴中心为原点的半径，k_i为光轴中心的点，畸变为0的泰勒展开式，一般取前两项；24.切向畸变模型可用q_1和q_2来表示，数学模型为：25.x0＝x+[2q1y+q2(r2+2x2)][0026]y0＝y+[2q2x+q1(r2+2y2)][0027]综合两类畸变模型，一共有5个畸变参数为k1，k2，k3，q1，q2，这5个为相机需要去顶的畸变参数。[0028]优选方案中，步骤s3中，需要进行区域划定、做区域相减；然后将rgb色彩空间转换到hsv色彩空间；接着对图像进行二值化处理，提取出感兴趣的区域；提取出来的区域可能会有一些孔洞，需要进行一次开运算，消除缺陷。[0029]优选方案中，步骤s6中，工控机将计算出的实际距离a传输给plc，plc控制多个1段电机或者多个2段电机改变输出速度；[0030]b1、当1号光电开关和2号光电开关上面感应无管，3号光电开关检测有下降沿时，驱动多个单体小车把钢管运送到1段辊道上；[0031]b2、当3号光电开关和4号光电开关上检测无管，2号光电开关检测有管时，驱动1段辊道以2×v基速度加速前进；[0032]b3、当4号光电开关感应到上升沿；[0033]当a＞50cm，控制1段辊道以2×v基速度前进；[0034]当10cm＜a＜50cm，控制1段辊道以1.5×v基速度行进；[0035]当a＜10cm，控制1段辊道以1.5×v基降为v基速度行进；[0036]v基为基本钢管基本运行速度，可在工控机上设置调整。[0037]本发明的有益效果为：市面上已经有的追管系统，多数是通过光电开关之间的固定距离及感应管头管尾时间差来进行相关追接距离和速度的粗略估算，追接的可靠性受管体椭圆度、旋转辊的磨损情况、辊道速度的稳定性影响，而本发明对于追接的前后管，无论管体椭圆度、旋转辊的磨损情况、辊道速度的稳定性如何，都能精准捕捉前后管在运动过程中的变化距离，实现精准对接，摄像头与激光器更换方面，便于后期维护。具有极大的推广价值。附图说明[0038]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：[0039]图1是本发明整体结构的俯视图；[0040]图2是本发明整体结构的正视图；[0041]图3是本发明局部结构示意图；[0042]图4是本发明局部结构示意图；[0043]图5是本发明整体结构连接示意图；[0044]图6是本发明流程示意图；[0045]图中：plc1；di/do模块2；变频器通讯控制模块3；变频器ac-dc模块4；1段辊道电机模块5；1段电机501；2段辊道电机模块6；2段电机601；摄像头7；工控机8；通讯卡9；板卡10；激光器11；1号光电开关12；2号光电开关13；3号光电开关14；4号光电开关15；深色板16；钢管17；前管1701；后管1702；待送管1703；支架18；单体小车19；1段辊道20；第一辊轮2001；2段辊道21；第二辊轮2101。具体实施方式[0046]实施例1：[0047]如图1-6中，基于激光技术的防腐自动追管装置及追管方法，包括1段辊道20和2段辊道21，1段辊道20上用于运输后管1702，2段辊道21用于运输前管1701，2段辊道21两侧分别设有深色板16和激光器11，深色板16水平铺设在2段辊道21侧边的地面上，激光器11与后管1702轴线倾斜一定角度，还设有摄像头7，摄像头7在深色板16正上方；[0048]1段辊道20一侧设有plc1和工控机8；[0049]激光器11射出相对于后管1702轴线呈一定角度的激光，深色板16用于显示透过前管1701和后管1702缝隙的激光，摄像头7用于采集深色板16上的激光长度。由此结构，摄像头7连续拍摄深色板16上的线阵激光，对线阵激光图像通过抗畸变算法、二值化算法、标定长度计算算法，换算出前管1701和后管1702的实时变化追接距离a，工控机8实时将追接距离数据a通过通讯卡9传输给plc1，通过改变1段辊道电机模块5和2段辊道电机模块6的运行速度，以实时调节前管1701和后管1702的实时距离。[0050]优选方案中，1段辊道20底部设有1号光电开关12和2号光电开关13，2段辊道21底部设有3号光电开关14和4号光电开关15，摄像头7位于深色板16正上方中心处。[0051]优选方案中，后管1702一侧设有支架18，支架18上设有多个待送管1703，待送管1703底部设有多个单体小车19。[0052]优选方案中，1段辊道20上设有1段辊道电机模块5，2段辊道21上设有2段辊道电机模块6，1段辊道20包括多个第一辊轮2001，电机模块5包括多个1段电机501，第一辊轮2001与1段电机501连接，电机模块6连接多个2段电机601，，2段辊道21包括多个第二辊轮2101，第二辊轮2101与2段电机601连接。[0053]优选方案中，工控机8上设有通讯卡9和板卡10，通讯卡9与plc1连通，板卡10与激光器11连通，plc1上设有di/do模块2，工控机8与摄像头7连通，di/do模块2分别与1号光电开关12、2号光电开关13、3号光电开关14和4号光电开关15连通。[0054]优选方案中，plc1一侧设有变频器通讯控制模块3和变频器ac-dc模块4，plc1与变频器通讯控制模块3连通，变频器通讯控制模块3与变频器ac-dc模块4连通，di/do模块2分别与变频器通讯控制模块3、变频器ac-dc模块4、1段辊道电机模块5和2段辊道电机模块6连通。[0055]基于激光技术的防腐自动追管方法，其方法是：s1、安装摄像头7与激光器11，确定激光器11与后管1702轴线倾角，对摄像头7进行软件标定，测出单位像素对应的实际尺寸；[0056]s2、对摄像头7进行畸变矫正处理，包括径向畸变矫正和切向畸变矫正；[0057]s3、对激光器11光线进行特征提取，对摄像头7收集的图像进行二值化处理和开运算处理；[0058]s4、对处理后的区域进行线性拟合，对拟合后的直线做最小起点和最大终点坐标查找，计算两个极点之间的距离，求出深色板上激光线长度；[0059]s5、计算出前管1701与后管1702实际距离；[0060]s6、驱动多个单体小车19，或者改变1段辊道电机模块5、2段辊道电机模块6的控制速度，以改变前管1701与后管1702合适的距离。[0061]优选方案中，s2中对摄像头7进行畸变矫正处理，径向畸变矫正数学模型：[0062]x0＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)[0063]y0＝y(1+k1r2+krr4+k3r6)[0064]其中：(x0，y0)为畸变点的原始位置，(x,y)为畸变矫正后的位置，r是以光轴中心为原点的半径，ki为光轴中心的点，畸变为0的泰勒展开式，一般取前两项；[0065]切向畸变模型可用q1和q2来表示，数学模型为：[0066]x0＝x+[2q1y+q2(r2+2x2)][0067]y0＝y+[2q2x+q1(r2+2y2)][0068]综合两类畸变模型，一共有5个畸变参数为k1，k2，k3，q1，q2，这5个为相机需要去顶的畸变参数。[0069]优选方案中，步骤s3中，需要进行区域划定、做区域相减；然后将rgb色彩空间转换到hsv色彩空间；接着对图像进行二值化处理，提取出感兴趣的区域；提取出来的区域可能会有一些孔洞，需要进行一次开运算，消除缺陷。[0070]优选方案中，步骤s6中，工控机8将计算出的实际距离a传输给plc1，plc1控制多个1段电机501或者多个2段电机601改变输出速度；[0071]b1、当1号光电开关12和2号光电开关13上面感应无管，3号光电开关14检测有下降沿时，驱动多个单体小车19把钢管17运送到1段辊道20上；[0072]b2、当3号光电开关14和4号光电开关15上检测无管，2号光电开关13检测有管时，驱动1段辊道20以2×v基速度加速前进；[0073]b3、当4号光电开关15感应到上升沿；[0074]当a》50cm，控制1段辊道20以2×v基速度前进；[0075]当10cm《a《50cm，控制1段辊道20以1.5×v基速度行进；[0076]当a《10cm，控制1段辊道20以1.5×v基降为v基速度行进；[0077]v基为基本钢管基本运行速度，可在工控机8上设置调整。[0078]实施例2：[0079]结合实施例1进一步说明，如图1～6所示，实际摄像机结构的光学透镜，导致成像发生扭曲，造成图像畸变，需要对打至深色板的激光线进行畸变矫正。[0080]由于钢管的尺寸从不等，因此为了满足各种尺寸的钢管，需要将摄像头架设在距离地面h的位置。这样摄像机拍照的畸变就会比较明显，对测量的实际精度有一定的影响。为了保证测量的精度，有必要进行畸变矫正处理。镜头的畸变一般分为径向畸变和切向畸变。[0081]径向畸变数学模型：[0082]x0＝x(1+k1r2+k2r4+k3r6)[0083]y0＝y(1+k1r2+k2r4+k3r6)[0084]其中：(x0，y0)为畸变点的原始位置，(x，y)为畸变矫正后的位置，r是以光轴中心为原点的半径，ki为光轴中心的点，畸变为0的泰勒展开式，一般取前两项。一般距离光新越近，偏移越小，即畸变越小；相反距离光心越远，畸变就越大。[0085]切向畸变模型可用q1，和q2，来表示，数学模型为：[0086]x0＝x+[2q1y+q2(r2+2x2)][0087]y0＝y+[2q2x+q1(r2+2y2)][0088]其中：(x0，y0)为畸变点的原始位置，(x,y)为畸变矫正后的位置，r是以光轴中心为原点的半径。[0089]综合两类畸变模型，一共有5个畸变参数，为k1，k2，k3，q1，q2，这5个参数就是相机需要去顶的畸变参数。求得这5个参数后，就可以矫正镜头畸变引起的图像失真问题。[0090]实施例3：[0091]结合实施例1进一步说明，如图1～6所示，如图3、图4所示，为摄像头7和激光器11安装位置示意图及钢管距离测量示意图。首先需要固定好摄像头7与激光器11，可以看出，摄像头7垂直安装，距离地面h，视野宽度为w；接着对摄像头7进行软件标定，测出单位像素对应的实际尺寸；然后以与水平方向成β角度安装激光器11，使得激光器11的光可以透过两个钢管之间的缝隙落在深色板16上。假如前管1701与后管1702的实际距离为x，激光器11透过钢管之间的缝隙落在地面上的尺寸为x1，通过测量可得出比例关系θ＝x/x1。因此，对于前管1701与后管1702之间的距离测量可以转化为对深色板16上激光线长度的测量，根据摄像头7标定得出像素比，即每个像素对应的实际物理尺寸，求出x1的长度，进而求出钢管1与钢管2之间的距离x＝x1*θ。每次生产一批钢管，只需软件标定1次。[0092]摄像头7标定时，通过软件内部生成标定棋盘格，将生成的棋盘格打印出来，做标定样板。结合拍照识别的实际样板，就可以计算出，实际的像素表示的大小，叫作像素比,将摄像头7固定，就可以根据拍照出来的物体像素，计算出实际尺寸。摄像头7标定只有做一次就好了，使用同一次标定的结果。激光器11的激光线类似平行光。在照射物体时，通过间隔区的激光线可能会存在一定的缩放。x与x1之间会有一个比例关系。钢管的直径越大，之间的比例会越大。这个比例是有误差的，但是在追急过程中，这些误差是可以忽略的。因为传统的工作是通过人眼动态调节，这里的误差要远小于人眼的误差，是完全可以满足生产使用的。这里通过3-5组测量，求。x与x1比的平均值，可以将x的精度控制在mm级。[0093]实施例4：[0094]结合实施例1～3进一步说明，如图1～6所示，完成摄像机的畸变矫正后，还需对激光器的光线进行特征提取。由于线性激光发出的光线是平行光，为了真实有效提取，首先需要进行区域划定、做区域相减；然后将rgb色彩空间转换到hsv色彩空间；接着对图像进行二值化处理，提取出感兴趣的区域；提取出来的区域可能会有一些孔洞，需要进行一次开运算，消除缺陷；最后需要对处理后的区域进行线性拟合，对拟合后的直线做最小起点和最大终点坐标查找，计算两个极点之间的距离，即可求出深色板上激光线长度x1，钢管1和钢管2的实际距离为x＝x1*θ，算法执行流程图如图6所示。[0095]工控机8实时将追接距离数据a通过通讯卡9传输给plc1，通过改变1段辊道电机模块5和2段辊道电机模块6的运行速度，以实时调节前管1701和后管1702的实时距离。[0096]当1号光电开关12和2号光电开关13上面感应无管，3号光电开关14检测有下降沿时，驱动多个单体小车19把钢管17运送到1段辊道20上；[0097]当3号光电开关14和4号光电开关15上检测无管，2号光电开关13检测有管时，驱动1段辊道20以2×v基速度加速前进；[0098]当4号光电开关15感应到上升沿；[0099]1a》50cm，控制1段辊道20以2×v基速度前进；[0100]210cm《a《50cm，控制1段辊道20以1.5×v基速度行进；[0101]3a《10cm，控制1段辊道20以1.5×v基降为v基速度行进；[0102]v基为基本钢管基本运行速度，可在工控机8上设置调整。[0103]其中摄像头7安装于摄像头安装支架上，激光器11安装于激光器安装支架上，深色板16安装于图1所示位置地面上，摄像头7正处于深色板16中心位置上方2米处，激光器11与摄像头分7立于钢管两侧，激光器11与地面距离1.2米，倾斜角度与钢管轴线成45度，线阵激光可照射到深色板16上。[0104]plc1网口使用profinet通讯线与变频器通讯控制模块3相连，变频器通讯控制模块3的drive-cliq接口使用专用drive-cliq通讯线与变频器ac-dc模块4的1号drive-cliq接口相连，变频器ac-dc模块4的2号drive-cliq接口采用专用drive-cliq通讯线与1段辊道电机模块5的1号drive-cliq接口相连，1段辊道电机模块5的2号drive-cliq接口采用专用drive-cliq通讯线与2段辊道电机模块6的drive-cliq接口相连。di/do模块2采用信号电缆分别连接变频器通讯控制模块3使能端子、变频器ac-dc模块4使能端子、1段辊道电机模块5使能端子、2段辊道电机模块6使能端子。摄像头7通过网线连接工控机8的网口，工控机8的pci插槽内安装有cp1613通讯卡9和研华6172板卡10，cp1613通讯卡9通过网线连接plc1的网口1，研华6172板卡10通过信号线缆连接激光器11。1号光电开关12、2号光电开关13、3号光电开关14、4号光电开关15均用信号电缆连di/do模块2。[0105]上述的实施案例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。









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