纺织品检测的运动控制系统设计

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摘要： 本文根据市场上的某款自动验布机，结合国内外验布机技术现状，提出了自动验布机数字化操作的思路，为后期的系统机器视觉研究设计奠定基础。同时，为解决实际生产问题提供了方法依据，具有一定的实用价值。

Abstract： According to an automatic cloth inspecting machine in the market， and combined with the cloth inspecting machine technology status at home and abroad， this article puts forward the idea of digital automatic inspecting machine operation， laying foundation for the research and design of machine vision system in the future. At the same time， methods are offered to solve the problem of actual production which has certain practical value.

关键词： 布匹疵点；验布机；运动控制

Key words： fabric defect；cloth inspecting machine；motion control

中图分类号：TS107 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）03-0049-02

0 引言

传统的布匹质量检测工作只能靠人工检测来完成，给企业增加巨大的人工成本和管理成本的同时，却仍然不能保证100%的检验合格率。本文研究直接来自本地某纺织企业对其设备改进的需求，主要是对原使用人工操作的**-A2500验布机运动控制系统进行改造，设计中通过对现有的验布机运动控制进行改进，通过LED灯进行照光，使用照相机来采集布料的数据，然后对采集到的数据进行分析处理来实现自动验布。这种针对布料的自动验布系统不仅能满足中小企业对于产品多样化、小批量生产的需求，同时更具经济性。

1 验布机运动控制

1.1 验布机结构 **-A2500验布机采用链条传动，多辊作业，链条传动部分安全防护罩完整、牢固可靠，验布机电气部位有保护箱，验布机控制箱要保证有良好接地和工作照明，验布机码布台平整完好，送布辊稳定，坚固。

**-A2500验布机变频器控制的主要电机是摊布和卷布的电机，而另外的分丝电机和追踪电机速度则是固定的。

1.2 系统总体构架 本系统采用PC+运动控制器的运动控制系统结构类型设计，主要由照明系统和运动控制系统构成。照明系统由LED阵列和亮度控制电路板构成，接收来自PC机的指令进行亮度调节；运动控制系统由主控指令接收电路板和变频器以及电机构成，接收上位机指令后产生动作触发电机运动。整个结构采用上位机PC机作为主体，并采用微机作为下位机进行接收命令，完成控制。

1.3 系统模块设计方案 ①电机选型。本设计选择采用三相异步电机为主，在尽量不拆卸机械结构的基础上进行改造运动控制系统，本设计中采用YS8024三相异步电机。②驱动器选型。本设计选用台达VFD-M变频器，进行控制电机启动、停止、调速等。③光照系统选择。考虑亮度等因素，本设计采用PWM（脉宽调制）调光，选择开关器件进行控制光源。通过上位机界面发送命令来程控LED电路板的频率，从而实现灯光亮度控制。通过此设计，一台PC机可以控制多台机台上的LED灯光亮度，可以大大提高效率。

2 验布机硬件系统设计

2.1 系统硬件总体设计 本设计的自动验布机从硬件结构上大体可以分为两部分：验布机照明系统和自动控制系统。照片模块为此系统的关键的一环，在课题中单独作为了一个模块。它拥有独立的电源系统和时钟系统，通过使用PWM控制的LED灯来调节光亮对布匹进行照亮，为照相机采集数据提供一个优良的环境。采集到的布料中的疵点和布匹的位置信息后传给上位机，然后上位机对采集回来的数据进行分析再一系列的命令到控制电路，随后控制电路对布匹进行调整，这样循环组成了自动验布机系统。

2.2 照明系统设计 照明系统为整个验布机系统中重要的组成部分，它的作用是为采集系统提供亮度可调的照光，只有照光优良，采集系统才能采集到正确的数据。在本课题中照明系统为一个独立的模块，以CVI界面为上位机实现控制参数的设置，以新华龙C8051F310为下位机，接收上位机数据产生PWM驱动信号，控制以LM3404HV以恒流方式驱动的LED灯串，达到调节LED灯串亮度的目的，串口电路采用RS485总线进行通讯。

2.3 通讯接口电路设计 ①串行通信的协议。串行通信的协议是一种用来规范通信双方数据格式、传送速度、同步方式、纠错方式、传送步骤及控制字符的统一规定。综合考虑本设计在实际运用中可能的远距离传输的要求，在总线协议中采用了485总线。同时，数据通信协议设为8位数据传送，以11.592KB波特率传送。②接口电路设计。本系统中，采用485协议，上位机提供232-485转接口，这部分不用进行电路设计。下位机的485差分电平转化为MOS电平，此部分将集成在驱动硬件板上。485转化较通用的芯片采用SP3481，同时加了120欧的匹配电阻。

3 系统软件设计及布匹张力控制

3.1 运动控制系统下位机软件设计 本设计下位机只需要和上位机配合，接收串口发送的数据。按照上位机设定的波特率，下位机串口波特率也设定为9600bps。采用串口通信方式1，每次接收8位数据，1个起始位，1个终止位。为了方便数据接收，采用串口中断方式接收数据。

下位机的软件主要是负责接收命令并确保执行该命令所指向的动作。其中在大程序循环中有定时器在进行定时中断执行PI算法进行布匹张力控制，其余动作均是较为简单的动作控制；串口中断程序中，应保证能够按顺序接收到各个字节，防止出现竞争冒险等错误情况。①布匹张力控制。本课题中张力为布匹的松紧程度，在人工检测时，由于不同材料的布匹会有不同的特性，因此需要张力调节以便于检测，而为了方面课题后期的机器视觉开发，张力也是不可少的，因此需要连同张力一起很好的控制。实际机台上，张力的控制靠一根横杆来的位置来体现出来。而横杆的位置信息是通过横杆连接的一个电位器来反馈出来，横杆位置一动，与之相连接的电位器便发生电信号变化。②PI控制及参数整定。本课题编程时参考使用PID增量式算式，经过实际工程实验测试整定PI参数为：

正半周期

PID.KP_Float8=1.5025；PID.KI_Float8=0.0025。

负半周期

PD.KP_Float8=1.5005；PID.KI_Float8=0.0005。

系统中采用的PI调节控制的是电位器的电压的大小。

3.2 同步控制 ①相机拍照与编码器同步。拍照用的相机型号为P2-49-08K40，为了满足调速系统与脉冲同步，18个脉冲触发1次扫描0.2mm，单片机计数编码器脉冲每18个脉冲使用一个I/O口触发一个高电平，以此来触发相机。本系统中，设计定时计数器每计数5个脉冲便从一个I/O口中发出一个脉冲来触发相机扫描，这样便能保证每隔一段准确的距离扫描一次图片达到同步，也能够在受负载扰动时，使得拍摄的画面保持均匀。②卷布、放布电机同步。在本设计中，把卷布电机作为系统中的主电机，通过设定主电机转速来使放布电机对主电机进行跟随，两台电机分别由两台变频器进行速度调节，同时设为主从控制模式。变频器的输入信号则由单片机控制，其转速值可通过上位机界面的调速按钮进行设定，上位机界面上调节的数字对应的都是电信号转化为电机的转速，具体速度值大小由现场工艺情况决定。主从电机跟随过程中如张力发生变化，则电位器反馈信号就会传至张力控制中心，控制中心再发出指令对电机转速作出适当调整，从而达到张力调整的目的。

3.3 人机界面及通信设计 系统通过上位机设计界面发送相关命令进入下位机，下位机得到数据，上下位机通过串口连接实现数据的传输，下位机根据运动控制信息实现控制信号的输出，控制执行机构运动工作。原先验布机操作平台上有操作按钮及旋钮，通过一系列的继电器，调压电路等实现对机器操作控制。本课题需要满足与这以操作平台相同的的功能，取而代之的是软件上的按钮旋钮。

4 总结

本文根据市场上部分的某款自动验布机，结合国内外验布机技术现状，提出了自动验布机数字化操作的系统设计以及将来进行机器视觉开发所需要的照明系统进行研究，为实现机器视觉减少人力投入提高效率奠定基础，该运动控制方案经现场调试并成功验证了合理和实用性。

参考文献：

[1]单亦杰.织物疵点检测算法及其基于DM642图象处理系统的软件实现[D].北京：北京服装学院，2007.

[2]李宁，陈桂.运动控制系统[M].北京：高等教育出版社，2004：7.

[3]熊田忠.运动控制技术与应用[M].北京：中国轻工业出版社，2009：6.