基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统
技术领域
本发明涉及钢厂混铁车接电控制领域，尤其涉及一种基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统。
背景技术
钢厂使用混铁车将炙热的铁水运到工作现场，通过接电装置将插头插座对接，使得混铁车与中控系统通电连接，实现控制混铁车倾倒铁水等工作任务。
传统接电装置为纯机械式结构：通过机械臂、导向柱、喇叭口对插头插座各自的位置进行机械式定位，通过振动电机实现对接时其他方向自由度的补偿，通过气缸推动实现插头插座对接。
但是传统纯机械式自动接电装置，精度不高、自动化程度不高、接电时间长，效率低、并且由于长时间生产，车体老化变形下陷，纯机械式自动接电装置难以对垂直(Z轴)方向进行补偿，需特定人员对车体进行改造和维护，维护工人的工作量巨大、维护成本提高，且影响正常生产进度。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了尤其涉及一种基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统，包括：
设置在混铁车插座上带有颜色的特征标志，该特征标志为两个；
用于采集现场混铁车插座处特征标志的图像信息的智能相机，所述智能相机将获取的数据信息传送至对接控制单元；
该系统还包括X轴伺服驱动器、Y轴步进驱动器和Z轴步进驱动器，所述X 轴伺服驱动器的输出端与X轴伺服电机相连接，所述Y轴步进驱动器的输出端与Y轴步进电机相连接，所述Z轴步进驱动器的输出端与Z轴步进电机相连接；所述对接控制单元将控制指令传送至X轴伺服驱动器、Y轴步进驱动器和Z轴步进驱动器，所述Y轴步进电机和Z轴步进电机带动插头在竖向和垂向走行、进行对中控制，所述X轴伺服电机带动插头在横向走行进行对接控制。
所述对接控制单元至少包括可编程控制器、信号传输模块、通信模块、网络交换机、以太网通讯电缆和双绞线通讯电缆，所述可编程控制器与网络交换机通过以太网通讯电缆数据通信，所述网络交换机与智能相机通过以太网通讯电缆数据通信，所述通信模块与X轴伺服驱动器通过双绞线通讯电缆数据通信。
所述可编程控制器与Y轴步进驱动器和Z轴步进驱动器通过硬线连接方式进行数据通讯。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的尤其涉及一种基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统，其中该系统可以应用在钢厂混铁车接电过程中，采用摄像法对混铁车接电用插座的位置和对中距离进行非接触式检测和计算，通过PLC向电机驱动器发送指令、控制电机运转、从而带动插头走行，将其与混铁车插座精准对中并对接，因此该系统提高了插头与混铁车插座对接的精准度，提升了检测设备及自动接电装置的自动化程度，提升了对接的工作效率，减少了人工后期维护及保养费用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统的结构原理图；
图2为本发明系统的网络拓扑图；
图3为本发明系统中Y轴步进驱动控制过程示意图；
图4为本发明系统中Z轴步进驱动控制过程示意图；
图5为本发明系统中伺服驱动控制接线图；
图6为本发明系统的方法流程图；
图7为本发明系统中混铁车插座中心点位置检测流程图
图中：1.1混铁车插座，1.2插头，1.3智能相机，10、对接控制单元，1.4、 Y轴步进电机、1.5、Z轴步进电机，1.6、X轴伺服电机，1.7、拖链电缆，1.8、特征标志；2.1、可编程控制器，2.2、信号传输模块，2.3、通信模块，2.4、网络交换机，2.7、以太网通讯电缆、2.8双绞线通讯电缆；3.1、Y轴步进驱动器，4.1、Z轴步进驱动器，5.1、X轴伺服驱动器，10、对接控制单元。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1和图2所示的一种基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统，该系统使用智能相机1.3对现场混铁车插座1.1进行图像采集；对特征标志 1.8进行图像分析和图像处理，通过特征标志中心点与混铁车插座中心点的相对位置，得到混铁车插座中心点的位置，智能相机1.3通过以太网通讯电缆2.7将 Y轴步进驱动器3.1以及Z轴步进驱动器4.1需要在Y轴和Z轴的走行距离传至可编程控制器2.1。
进一步的，如图2-图5所示，特征标志1.8采用如下方式获取，首先我们需要确定目标混铁车插座中心点，由于现场环境恶劣，普通的特征标志容易被影响，不易被锁定，所以我们通过摄像法确定标志为红色圆形进行锁定，通过红色圆形标志的中心点与混铁车插座中心点之间的相对位置，从而锁定混铁车插座中心点位置。由于插座1.2存在水平面旋转的情况，会导致红色圆形标志即特征标志1.8的中心点与混铁车插座1.1中心点在X轴方向不重叠、有偏差，所以我们设置了两个红色圆形标志构成特征标志1.8，通过两个红色圆形标志中心距离相加的一半，从而确定混铁车插座的中心点。
进一步的，接控制单元10包括可编程控制器2.1、信号传输模块2.2、通信模块2.3、网络交换机2.4、以太网通讯电缆2.7和双绞线通讯电缆2.8，所述可编程控制器2.1与网络交换机2.4通过以太网通讯电缆2.7数据通信，所述网络交换机2.4与智能相机1.3通过以太网通讯电缆2.7数据通信，通信模块2.3与X 轴伺服驱动器5.1通过双绞线通讯电缆2.8数据通信。
进一步的，可编程控制器2.1的型号可以是西门子S7-1214型PLC，其中可编程控制器2.1与Y轴步进驱动器3.1和Z轴步进驱动器4.1通过硬线连接方式进行数据通讯，与X轴伺服驱动器5.1通过通信模块2.3采用双绞线电缆2.8进行数据通讯，其中可编程控制器2.1向X轴伺服驱动器5.1、Y轴步进驱动器3.1 和Z轴步进驱动器4.1发出指令，分别对X轴伺服电机1.6、Y轴步进电机1.4 和Z轴步进电机1.5的走行进行控制，其中：控制Y轴和Z轴步进电机、带动插头在竖向和垂向走行、实现精准对中功能；控制X轴伺服电机1.6带动插头 1.2在横向走行、实现精准对接的功能。
进一步的，如图6和图7所示，一种基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统的控制方法，包括如下步骤：
当混铁车到达工作位时，可编程控制器2.1进行自检并将X/Y/Z三轴的位置进行初始化、置三轴于工作位待命，此时可编程控制器2.1发送拍摄指令至智能相机1.3，对混铁车插座的中心点进行第一次位置检测；
第一次位置检测：对摄像头进行标定，对目标区域图像进行高斯滤波处理，对图像进行RGB色彩模型分离，图像分割提取红色分量，使用傅里叶边缘提取函数对特征目标边缘进行提取，确定特征目标中心点位置，计算中心点在Y轴和Z 轴方向上的距离偏差，通过以太网通讯方式，将数值传送至可编程控制器2.1。
进行第一次对中：可编程控制器2.1向Y轴步进驱动器3.1发送指令，控制Y轴步进电机1.4在竖向方向运行相应距离，可编程控制器2.1向Z轴步进驱动器4.1发送指令，控制Z轴步进电机1.5在垂向方向运行相应距离。
可编程控制器2.1向X轴伺服驱动器5.1发送指令、控制X轴伺服电机1.6 在横向方向运行相应距离，当可编程控制器2的控制指令到来时，进行二次拍摄(其中二次拍摄形成闭环，增加系统可靠性)。
第二次对中：可编程控制器2.1向Y轴步进驱动器3.1发送指令，控制Y 轴步进电机1.4在竖向方向运行相应距离，可编程控制器2.1向Z轴步进驱动器4.1发送指令，控制Z轴步进电机1.5在垂向方向运行相应距离。
精准对接过程：可编程控制器2.1向X轴伺服驱动器5.1发送指令、控制X 轴伺服电机1.6在横向方向带动插头与混铁车插座精准对接、实现接电功能。
本发明公开的系统使用智能相机1.3作为主要检测设备、使用计算机视觉识别和图像处理技术处理图像以确定混铁车插座中心点位置，算法考虑了图像失真、粉尘和振动等因素。提升了设备的精确度、自动化程度、工作效率，减少了人工后期维修及保养费用。因摄像法是非接触式，对生产过程不具有干扰性，也不像其他传统接触式接电设备那样容易受车型、车体下陷等因素影响，具有独特的优势。本发明公开的一种基于摄像法的混铁车插座位置检测和对接控制系统及方法采用摄像法对混铁车接电插座的位置进行检测，通过PLC控制电机，带动插头走行，实现其与混铁车插座精准对中并对接的功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
