基于FPGA与数控技术的钢卷尺自动切零系统研究

　　钢卷尺是人们日常生活中常用的量具，在钢卷尺的生产过程中，钢卷尺印刷完成后卷成一盘上千米长的尺带盘，需对其进行切零。钢卷尺的切零质量直接影响着尺带的整体质量以及生产中产生废品的概率。目前我国许多钢卷尺生产企业的钢卷尺切零仍停留在半自动切阶段，由电机完成送带，人工进行尺带的瞄准和切带，存在人为因素多、劳动强度大、生产效率低等弊端。针对市场对能够自动快速地进行零位瞄准和切零位的高性价比钢卷尺自动切零设备的迫切需求，作者采用了FPGA微处理器和KTTOOB数控系统等开发了一套钢卷尺自动切零系统。

1 系统原理与结构

　　1．1 系统的工作原理

　　系统工作原理如图1所示。系统通过K1700B控制器，定长快速精确(±2mm)送带，中心控制器实时对CCD采集的图像进行处理并输出位置和瞄准信号。快速送带完成后，数控装置接收位置信号后，根据收到的位置信号控制送带方向，进行慢速精确瞄准，数控系统收到来自中心控制器的瞄准信号后，停止电机送带，自动冲切尺带，最后由出带机构完成自动出带。

图1 钢卷尺自动切零机原理结构图

　　1．2 零位动态识别一自动瞄准原理

　　钢卷尺自动切零的关键是瞄准刻度线的位置识别与自动瞄准，是通过中心控制器来实现的。通过对FPGA的编程实现在监视器上发生两条静态视频分划竖线。和一条动态视频横线旧，(竖线的左右位置以及横线的左右、上下、长短都可通过按键调节)。两条视频竖线作为瞄准基准线，通常企业选择18cm刻度线作为瞄准刻度线，切带位置和瞄准基准位置间距就为18cm。在钢卷尺的刻度线纹中，厘米刻度线比毫米刻度线长，利用这个特点可通过视频横线来选择瞄准对象。

　　瞄准刻度线的动态识别是通过动态扫描选中需要瞄准的刻度线，然后确定瞄准刻度线关于基准点的方位(基准点的左边还是右边)。为了防止在实际工作中钢卷尺在快速输运过程中产生上下窜动而引起误识别，系统采用动态扫描技术来确定瞄准刻度线。其原理如下，待调节好两竖线的间距(约为瞄准刻度线宽度的80％)和横线的长度、位置后(横线长度不超过10mm ，均布于竖线两侧)，在视频横线所覆盖的区域上，一旦有一根以上或没有刻度线时，视频横线就自动往下扫描(扫描区域设置为40行，扫描到最底端后，横线回到起始位置从新往下扫描)，直到横线所覆盖的区域上只有一根刻度线为止。在快速送带精度保证下，瞄准刻度线始终位于瞄准基准线±2mm范围之内，所以视频横线最多而且必定只选择瞄准刻度线作为瞄准对象。选中瞄准对象后系统进行位置识别，以左竖线与横线的交点为基准判断瞄准对象位置，分辨出瞄准刻度线位于基准点的哪一边，根据位置识别的结果，数控系统决定尺带做瞄准运动的方向，控制送带电机进而控制水平运动工作台带动尺带往相应的方向运动。瞄准系统实时进行瞄准工作，当瞄准刻度线即18cm刻度线与两视频竖线重合时瞄准系统发出瞄准信号，数控系统控制送带电机停止运动，以此实现钢卷尺切零位系统的自动瞄准。

　　1．3 系统组成

　　钢卷尺自动切零系统由3个子系统构成：进带系统、位置识别与瞄准系统、切带与出带系统。其原理结构图如图1所示。进带系统通过进带电机和送带电机实现快速送带过程。为了使送带过程平稳，防止损坏尺带，在两个电机间设置了一调节轮。调节轮的另一端与调节电位器相连。当送带电机转速比进带电机快时，调节轮被向上提起从而改变了电位器的阻值，使变频器输出的时钟脉冲频率变高，进带电机的转速也就越快，直到进带电机转速和送带电机转速相等时，变频器输出的时钟脉冲频率不变。反之，当送带电机降速时，进带电机也跟着降速，保证了进带和送带的同步性。定位瞄准系统主要由做水平瞄准运动的工作台和自动瞄准模块组成，在上带时，可通过调节手动手柄来微调零位位置，使尺带的“0”刻度线与冲切的刀具对齐。压带机构前端与尺带接触的压头设计成与尺带形状吻合的弧形结构，所用材料为尼龙，以防止压坏尺带。切带与出带系统由气缸、冲床、出带电机等组成。冲切气缸控制冲床向下冲压，切断尺带。出带电机处于常转状态，完成切带后，出带气缸控制出带压轮下压，在出带电机的带动下，将切好的尺带自动送出。