CN116912278B - 一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，包括建立待润滑设备的润滑区域图像处理模型，采集理想润滑区域图像通过润滑区域图像处理模型处理后生成第一二值化矩阵，切换充脂位控制充脂电路进行充脂，切换注脂位对待润滑设备的润滑区域进行新一轮注脂，控制注脂电路进行注脂，将润滑脂压入待润滑设备的润滑区域，采集待润滑设备的实际润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第二二值化矩阵，将第二二值化矩阵与第一二值化矩阵对比，直到注脂效果满足要求，本发明解决了人工注脂存在的注脂压力不足、费时费力、润滑不及时不充分的问题，且能够通过图像边缘检测的方法检测核对已润滑区域轮廓，评估注脂工作效果。

Description

一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及润滑脂润滑控制技术领域，具体涉及一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

润滑脂因为其耐压性强、适用温度范围大、使用寿命长、缓冲减震性能好等优点被大量用于大型机械设备的润滑，但目前大型机械设备的注脂工作主要依靠人工注脂，或者使用通过机械结构实现半自动化的注脂设备完成，但这些方式存在难以精确控制注脂量、注脂压力不足、费时费力、不能自动判断注脂是否完成的问题，因此无法实现全自动化注脂。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，通过伺服电动推杆推动液压缸注脂的方式，灵活、方便、精确地控制注脂实时流量与总注脂量，解决了难以精确控制注脂量的问题；本发明提供足够大的注脂压力，操作控制方便，解决了大型机械设备注脂过程中注脂压力不足、费时费力的问题；本发明通过图像边缘检测的方法检测核对已润滑区域轮廓，评估注脂工作效果，使用者只需在人机界面操作即可完成整个注脂过程，实现了注脂过程的全自动化。

本发明采用的技术方案为：

一种全自动注脂方法，包括以下步骤：

建立待润滑设备的润滑区域图像处理模型，通过对润滑区域图像边缘检测后，进行二值化处理获得二值化矩阵；

采集待润滑设备的理想润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第一二值化矩阵进行保存；

切换充脂位，控制充脂电路进行充脂，将润滑脂压入液压缸中；

切换注脂位，对待润滑设备的润滑区域进行新一轮注脂，控制注脂电路进行注脂，通过伺服电动推杆将液压缸中的润滑脂压入待润滑设备的润滑区域；

采集待润滑设备的实际润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第二二值化矩阵进行保存；

将第二二值化矩阵与第一二值化矩阵对比，结果表示为百分数的形式作为评估值，当评估值小于期望值时说明注脂效果未满足要求，继续注脂，直到注脂效果满足要求。

进一步地，边缘检测的方法为：

将润滑区域彩色图像转化为灰度图像，进行高斯滤波去除噪声；

对降噪后的润滑区域图像进行处理，得到图像梯度；

对计算图像梯度后得到的可能边缘进行非极大值抑制处理；

将极大值抑制后的单像素宽边缘进行双阈值筛选，使边缘符合润滑区域轮廓；

将润滑区域轮廓进行二值化处理，生成二值化矩阵。

进一步地，将彩色的图像转化为灰度图像，将灰度图像进行高斯滤波来去除图像中的噪声，二维的高斯公式计算如下：

式(1)

其中，为标准差，x为点的横坐标，y为点的纵坐标，f(x,y)为二维高斯函数；

对降噪后的图像计算图像梯度，得到可能的边缘，计算图像梯度的方法为使用Sobel算子对图像进行卷积，即可得到图像在x轴和y轴两个方向上的梯度矩阵，计算公式为：

式(2)

式(3)

其中，为图像x轴方向的梯度矩阵，/>为图像y轴方向的梯度矩阵，/>为灰度图像矩阵，/>和/>是Sobel算子，均为3×3的矩阵，分别为：

式(4)

式(5)

由两个方向的梯度矩阵计算总梯度，对点(x,y)的幅值和方向/>分别表示为：

式(6)

式(7)。

进一步地，非极大值抑制处理的方法为：

将每个像素点与其两个相邻像素点对比，若此点的梯度值不是这三个像素点中的极大值则对其进行抑制，即令此点为0，如此可将局部范围内梯度方向上灰度变化最大的点保留下来而剔除掉大部分点，将多个像素宽的边缘变为单像素宽的边缘。

进一步地，双阈值筛选的方法为：

设置两个阈值，一个为低阈值，一个为高阈值，直接剔除梯度值低于低阈值的边缘点，保留梯度值高于高阈值的边缘点作为强边缘，梯度值处于低阈值和高阈值中间的边缘点定义为弱边缘，强边缘直接保留，弱边缘是否保留的具体规则为若其附近存在强边缘点则保留，否则剔除，如此将强弱边缘结合获得完整的润滑区域轮廓。

进一步地，充脂电路包括设于液压缸上的磁性传感器、充脂安全阀、润滑脂泵电路，润滑脂泵电路包括与润滑脂泵依次相连的充脂接触器、充脂压力继电器、充脂中间继电器；

设置充脂压力继电器触发压力值，设置充脂安全阀安全值，若在充脂过程中存在堵塞导致润滑脂不能被压入液压缸、油路中压力不断上升，当压力上升至充脂压力继电器设置的触发压力值时，润滑脂泵电路断路，发出润滑脂泵电路异常断开信号，润滑脂泵停止工作，同时充脂安全阀出油口向外排出部分润滑脂，直至压力小于充脂安全阀安全值，待故障排除后继续充脂过程。

进一步地，注脂电路包括调压阀、注脂安全阀、伺服电动推杆电路，伺服电动推杆电路包括与伺服电动推杆依次相连的注脂接触器、注脂压力继电器、注脂中间继电器；

设置注脂压力继电器触发压力值，设置注脂安全阀安全值，若在注脂过程中存在堵塞导致润滑脂不能被压入待润滑设备、油路中压力不断上升，当压力上升至注脂压力继电器设置的触发压力值时，伺服电动推杆电路断路，发出伺服电动推杆异常断开信号，伺服电动推杆停止工作，同时注脂安全阀出油口向外排出部分润滑脂，直至压力小于注脂安全阀安全值，待故障排除后可继续注脂过程。

一种全自动注脂装置，包括：

润滑区域图像处理模型建立模块，用于建立待润滑设备的润滑区域图像处理模型，通过对润滑区域图像边缘检测后，进行二值化处理获得二值化矩阵；

理想润滑区域图像采集处理模块，用于采集待润滑设备的理想润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第一二值化矩阵进行保存；

充脂控制模块，用于切换充脂位，控制充脂电路进行充脂，将润滑脂压入液压缸中；

注脂控制模块，用于切换注脂位，对待润滑设备的润滑区域进行新一轮注脂，控制注脂电路进行注脂，通过伺服电动推杆将液压缸中的润滑脂压入待润滑设备的润滑区域；

实际润滑区域图像采集处理模块，用于采集待润滑设备的实际润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第二二值化矩阵进行保存；

评估模块，用于将第二二值化矩阵与第一二值化矩阵对比，结果表示为百分数的形式作为评估值，当评估值小于期望值时说明注脂效果未满足要求，继续注脂，直到注脂效果满足要求。

一种全自动注脂设备，包括：

润滑脂泵，用于将润滑脂压入液压缸中，所述液压缸设有磁性传感器；

伺服电动推杆，具备速度控制和行程控制功能，用于将液压缸中的润滑脂压入待润滑设备；

控制器，用于控制充脂电路和注脂电路；

电磁换向阀，用于切换充脂位或注脂位；

图像采集装置，包括工业相机和光源；

上位机，包括人机界面、处理器和用于存储能够在处理器上运行计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行上述任一项全自动注脂方法的步骤。

一种计算机存储介质，存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现上述任一项全自动注脂方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明提供的一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，具备注脂效果评估功能，通过图像边缘检测的方法检测核对已润滑区域轮廓，评估注脂工作效果，为注脂工作提供指导。

2、本发明提供的一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，通过伺服电动推杆推动液压缸注脂的方式可以做到灵活、方便、精确地控制注脂实时流量与总注脂量，解决了人工注脂存在的难以精确控制注脂量的问题；注脂装置可以提供足够大的注脂压力，解决了人工注脂存在的注脂压力不足的问题。

3、本发明提供的一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，可以实现全自动化的控制，用户只需通过在上位机搭载的人机界面中操作即可完成注脂工作，极大地降低了人工操作难度，解决了人工注脂存在的费时费力问题；具备故障检测报警功能，可以分析故障原因，定位故障位置，省去了人工故障排查的步骤，有助于快速修复故障，降低故障带来的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的注脂流程图；

图2为本发明的全自动注脂设备油路连接示意图；

图3为本发明的全自动注脂设备润滑脂泵电路连接示意图；

图4为本发明的全自动注脂设备伺服电动推杆电路连接示意图；

图5为本发明的图像采集装置结构示意图；

图6为本发明的图像采集过程示意图；

图7为本发明的全自动注脂系统技术方案图；

图8为本发明的注脂效果评估模块技术方案图；

其中：1、润滑脂泵；2、充脂压力继电器；3、充脂安全阀；4、电磁换向阀；5、液压缸；6、伺服电动推杆；7、磁性传感器；8、注脂压力继电器；9、注脂安全阀；10、调压阀；11、待润滑设备；12、上位机；13、PLC；14、充脂中间继电器；15、充脂接触器；16、注脂中间继电器；17、注脂接触器；18、工业相机；19、光源。

具体实施方式

下面将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、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征能够明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

相关技术中大型机械设备的注脂主要依靠人工注脂，或者使用通过机械结构实现半自动化的注脂设备完成，但这些方式存在难以精确控制注脂量、注脂压力不足、费时费力、不能实现全自动化注脂的问题。本发明提供一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，通过伺服电动推杆推动液压缸注脂的方式，灵活、方便、精确地控制注脂实时流量与总注脂量，解决了难以精确控制注脂量的问题；本发明提供足够大的注脂压力，操作控制方便，解决了大型机械设备注脂过程中注脂压力不足、费时费力的问题；本发明通过图像边缘检测的方法检测核对已润滑区域轮廓，评估注脂工作效果，使用者只需通过在人机界面操作即可完成整个注脂过程，实现了注脂过程的全自动化。

本发明提供一种全自动注脂方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1、建立待润滑设备的润滑区域图像处理模型，通过对润滑区域图像边缘检测后，进行二值化处理获得二值化矩阵；

步骤S2、采集待润滑设备的理想润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第一二值化矩阵进行保存；

步骤S3、切换充脂位，控制充脂电路进行充脂，将润滑脂压入液压缸5中；

步骤S4、切换注脂位，对待润滑设备的润滑区域进行新一轮注脂，控制注脂电路进行注脂，通过伺服电动推杆6将液压缸5中的润滑脂压入待润滑设备的润滑区域；

步骤S5、采集待润滑设备的实际润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第二二值化矩阵进行保存；

步骤S6、将第二二值化矩阵与第一二值化矩阵对比，结果表示为百分数的形式作为评估值，当评估值小于期望值时说明注脂效果未满足要求，继续注脂，直到注脂效果满足要求。

本发明提供的一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，具备注脂效果评估功能，通过图像边缘检测的方法检测核对已润滑区域轮廓，评估注脂工作效果，为注脂工作提供指导。

本发明提供的一种全自动注脂方法、装置、设备及存储介质，通过伺服电动推杆6推动液压缸5注脂的方式可以做到灵活、方便、精确地控制注脂实时流量与总注脂量，解决了人工注脂存在的难以精确控制注脂量的问题；注脂设备可以提供足够大的注脂压力，解决了人工注脂存在的注脂压力不足的问题。

本发明中，使用工业相机18结合光源19对润滑部位拍照来获取已润滑区域图像，润滑区域图像处理模型对方法为使用Canny算法进行边缘检测，获取实际润滑区域轮廓数据，并将其与理想润滑区域轮廓数据比较。

理想润滑区域轮廓数据制作方式为对理想润滑区域图像使用Canny算法进行边缘检测，获取理想润滑区域轮廓的第一二值化矩阵，将第一二值化矩阵作为理想润滑轮廓数据保存。

实际润滑区域轮廓数据制作方式为对实际润滑区域图像使用Canny算法进行边缘检测，获取实际润滑区域轮廓的第一二值化矩阵，将第二二值化矩阵作为实际润滑轮廓数据保存。

本发明中，边缘检测的方法为：

将润滑区域彩色图像转化为灰度图像，进行高斯滤波去除噪声；

对降噪后的润滑区域图像进行处理，得到图像梯度；

对计算图像梯度后得到的可能边缘进行非极大值抑制处理；

将极大值抑制后的单像素宽边缘进行双阈值筛选，使边缘符合润滑区域轮廓；

将润滑区域轮廓进行二值化处理，生成二值化矩阵。

具体地，将润滑区域彩色图像转化为灰度图像，将灰度图像进行高斯滤波来去除图像中的噪声，原理为根据高斯公式生成一个滤波算子，然后将待处理的像素点及邻域像素点的灰度值与这个滤波算子进行卷积运算来实现加权平均运算，以有效去除掉图像中的高频噪声，二维的高斯公式计算如下：

式(1)

其中，为标准差，x为点的横坐标，y为点的纵坐标，f(x,y)为二维高斯函数。

对降噪后的图像计算图像梯度，得到可能的边缘，原理为图像梯度即为图像中灰度变化明显的部分，而边缘也是图像中灰度变化明显的部分，故通过计算图像梯度即可以得到包含了所有边缘以及其他部分非边缘的集合，计算图像梯度的方法为使用Sobel算子对图像进行卷积，即可得到图像在x轴和y轴两个方向上的梯度矩阵，计算公式为：

式(2)

式(3)

其中，为图像x轴方向的梯度矩阵，/>为图像y轴方向的梯度矩阵，/>为灰度图像矩阵，/>和/>是Sobel算子，均为3×3的矩阵，分别为：

式(4)

式(5)

由两个方向的梯度矩阵可以计算总梯度，对点(x,y)的幅值和方向/>分别表示为：

式(6)

式(7)

非极大值抑制处理的方法为：

对计算图像梯度后得到的可能边缘进行非极大值抑制处理，具体为将每个像素点与其两个相邻像素点对比，若此点的梯度值不是这三个像素点中的极大值则对其进行抑制，即令此点为0，如此可将局部范围内梯度方向上灰度变化最大的点保留下来而剔除掉大部分点，将多个像素宽的边缘变为单像素宽的边缘。

将极大值抑制后的单像素宽边缘进行双阈值筛选，具体方式为设置两个阈值，一个为低阈值，一个为高阈值，直接剔除梯度值低于低阈值的边缘点，保留梯度值高于高阈值的边缘点作为强边缘，梯度值处于低阈值和高阈值中间的边缘点定义为弱边缘，强边缘直接保留，弱边缘是否保留的具体规则为若其附近存在强边缘点则保留，否则剔除，如此将强弱边缘结合获得完整的润滑区域轮廓。在制作理想润滑区域轮廓数据的过程中调试低阈值和高阈值的取值，使经双阈值过滤后的边缘符合润滑区域轮廓。

将润滑区域轮廓进行二值化处理，即轮廓点值设为1，其他点值均为0，生成二值化矩阵。

将实际润滑区域轮廓的二值化矩阵与理想润滑区域轮廓的二值化矩阵对比，结果表示为百分数的形式作为评估值，当评估值小于期望值时说明注脂效果未满足要求，应该重复步骤S4-步骤S6，直到评估值等于或大于期望值时说明注脂效果满足要求，注脂工作结束。

本发明中，图像采集过程如图6所示，光源19照射待润滑设备11注脂部位，为拍摄过程提供稳定的光照，防止外部光线变化影响采集的图像质量，进而影响检测结果；工业相机18与上位机12连接，拍摄润滑区域图像，并将图像上传至上位机12。

本发明还提供一种全自动注脂设备，包括：

润滑脂泵1，用于将润滑脂压入液压缸5中，液压缸5设有磁性传感器7；

伺服电动推杆6，具备速度控制和行程控制功能，用于将液压缸5中的润滑脂压入待润滑设备；

控制器，用于控制充脂电路和注脂电路；

电磁换向阀4，用于切换充脂位或注脂位；

图像采集装置，包括工业相机18和光源19；

上位机12，包括人机界面、处理器和用于存储能够在处理器上运行计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行上述任一项全自动注脂方法的步骤。

充脂电路包括设于液压缸上的磁性传感器7、充脂安全阀3、润滑脂泵1电路，润滑脂泵1电路包括与润滑脂泵1依次相连的充脂接触器15、充脂压力继电器2、充脂中间继电器14；

注脂电路包括调压阀10、注脂安全阀9、伺服电动推杆6电路，伺服电动推杆6电路包括与伺服电动推杆6依次相连的注脂接触器17、注脂压力继电器8、注脂中间继电器16；

本发明提供的一种全自动注脂设备，通过伺服电动推杆6推动液压缸5注脂的方式可以做到灵活、方便、精确地控制注脂实时流量与总注脂量，解决了人工注脂存在的难以精确控制注脂量的问题；注脂设备可以提供足够大的注脂压力，解决了人工注脂存在的注脂压力不足的问题。

本发明提供的一种全自动注脂设备，可以实现全自动化的控制，用户只需通过在上位机搭载的人机界面中操作即可完成注脂工作，极大地降低了人工操作难度。

本发明中，为了保证注脂和充脂过程不相互冲突，电磁换向阀4为二位四通换向阀，位转换由控制器输出控制，并且通过逻辑编程实现两位互锁，在同一时间电磁换向阀4只能有一位接通。

伺服电动推杆6电机转速与推杆位移速度之间存在确定的线性关系，用公式表示为：

式(8)

其中，为推杆速度，/>为伺服电动推杆6电机转速，/>为伺服电动推杆6电机转速与推杆速度间的转换系数，进一步能够得到伺服电动推杆6电机转速与注脂实时流量之间的计算关系如下：

式(9)

其中，为注脂实时流量，/>为液压缸5横截面积，若注脂过程中伺服电动推杆6电机转速不变，则总注脂量的计算公式如下：

式(10)

其中，为总注脂量，/>为注脂时间；如果注脂过程中伺服电动推杆6电机转速经常发生变化，能够根据伺服电动推杆6电机转过的总角度计算总注脂量，并且该方法也适用于伺服电动推杆6电机转速不变的情况，计算公式如下：

式(11)

其中，为注脂过程中液压缸5活塞杆总行程，也等于伺服电动推杆6总行程，因此通过控制伺服电动推杆6电机旋转的总角度/>能够精确地控制总注脂量；液压缸5的注脂压强计算公式如下：

(12)

其中，为注脂压强，/>为伺服电动推杆6推力，注脂压强较大且保持不变，通过调压阀10使油压降低至合适的出口压强后与待润滑设备11连接，进行注脂。

本发明中，控制器为PLC13。

如图2所示，所述全自动注脂设备油路连接，润滑脂泵1与电磁换向阀4充脂通道入口通过油管连接，且此段中间有第一三通接口，第一三通接口的顶部口经第二三通接口底部口接充脂安全阀3，第二三通接口的顶部口接充脂压力继电器2；电磁换向阀4充脂通道出口经第三三通接口底部口接液压缸5，第三三通接口顶部口经第四三通接口底部口、第五三通接口底部口接注脂安全阀9，第四三通接口顶部口接电磁换向阀4注脂通道入口，第五三通接口顶部口接注脂压力继电器8；电磁换向阀4注脂通道出口通过油管依次连接调压阀10和待润滑设备11。

如图3、图4所示，所述全自动注脂设备电路连接，以PLC13为中心，PLC13电源端由24V直流电源供电，输入端子公共端接0V，输出端子输出24V；充脂接触器15辅助触点、注脂接触器17辅助触点、伺服电动推杆6各输出信号线、磁性传感器8分别接PLC不同的输入端子，均为PNP型输出，输出24V高电平给PLC13输入端子；充脂中间继电器14线圈电源正极、注脂中间继电器16线圈电源正极、电磁换向阀4充脂位和注脂位信号线、伺服电动推杆6各输入信号线分别接PLC13不同的输出端子，由PLC13输出端子提供24V高电平；各硬件中，除PLC13外，电磁换向阀4、伺服电动推杆6各信号线、充脂中间继电器14线圈电源、注脂中间继电器16线圈电源、充脂接触器15辅助触点、注脂接触器17辅助触点、磁性传感器7均需要24V直流电源供电，当其电源两端中有一端接PLC13输入端子时，另一端应接24V，当其电源端中有一端接PLC13输出端子时，另一端应接0V，如此构成完整的24V直流供电回路；润滑脂泵1、充脂压力继电器2、注脂压力继电器8、伺服电动推杆6电源线、充脂中间继电器14负载、注脂中间继电器16负载、充脂接触器15线圈电源和主触点、注脂接触器17线圈电源和主触点、上位机12需要220V交流电源供电，其中充脂压力继电器2、充脂中间继电器14负载、充脂接触器15线圈电源串联，注脂压力继电器8、注脂中间继电器16负载、注脂接触器17线圈电源串联，润滑脂泵1与充脂接触器15主触点串联，伺服电动推杆6电源与注脂接触器17主触点串联，上述四种串联接线以及上位机12并联接220V交流电源；PLC13与上位机12之间通过网线连接。

如图5所示，图像采集装置由工业相机18、光源19组成，外部有金属制箱体结构保护，工业相机18在箱体结构内位置固定，朝向开口方向，光源19可以在一定范围内调节角度，箱体结构开有散热孔。

具体地，在本发明的一个实施例中，初次使用时根据油路中连接的所有硬件可承受压力的最小值设置充脂压力继电器2、充脂安全阀3、注脂压力继电器8、注脂安全阀9的参数值；整个注脂过程中所有动作均由上位机12发出命令，除工业相机18直接与上位机12通信外，其他硬件由PLC13接收命令后发出相应的电信号给目标硬件完成动作，发出的反馈信号首先传输至PLC13，再由PLC13发送给上位机12处理；上位机12连接PLC13建立通信，显示设备状态；上位机12发出切换至充脂模式命令，电磁换向阀4切换至充脂位；上位机12发出开始充脂命令，充脂中间继电器14线圈电源由PLC13输出端子供电接通、常开触点闭合，充脂接触器15常开触点闭合，润滑脂泵1电路接通，润滑脂泵1向液压缸5中压入润滑脂，充脂接触器15辅助常闭触点断开，发出润滑脂泵1电路接通信号，上位机12显示设备正在充脂状态，；液压缸5中充满润滑脂后，磁性传感器7状态改变，发出充脂完成信号，上位机12自动响应发出停止充脂命令，PLC13输出端子停止向充脂中间继电器14线圈电源供电，充脂中间继电器14常开触点断开，充脂接触器15常开触点断开，润滑脂泵1电路断开，润滑脂泵1停止工作，充脂接触器15辅助常闭触点闭合，发出润滑脂泵1电路断开信号，上位机12停止显示设备正在充脂状态；上位机12发出切换至注脂模式命令，电磁换向阀4切换至注脂位；根据注脂需求在上位机12搭载的全自动注脂系统中设置注脂实时流量、总注脂量，上位机12向伺服电动推杆6发出命令设置电机转速、总转角；上位机12发出开始注脂命令，注脂中间继电器16线圈电源由PLC13输出端子供电接通、常开触点闭合，注脂接触器17常开触点闭合，伺服电动推杆6电路接通，伺服电动推杆6开始工作，按设定的实时流量将润滑脂注入待润滑设备11，注脂接触器17辅助常闭触点断开，发出伺服电动推杆6电路接通信号，上位机12显示设备正在注脂状态；注脂达到设定的总注脂量后，伺服电动推杆6发出注脂到位信号，上位机12自动响应发出停止注脂命令，PLC13输出端子停止向注脂中间继电器16线圈电源供电，注脂中间继电器16常开触点断开，注脂接触器17常开触点断开，伺服电动推杆6电路断开，伺服电动推杆6停止工作，注脂接触器17辅助常闭触点闭合，发出伺服电动推杆6电路断开信号，上位机12停止显示设备正在注脂状态；上位机12发出评估注脂工作效果命令，光源19打开，工业相机18拍摄已润滑区域图像，调用润滑区域检测模型检测已润滑区域图像，给出匹配度，当匹配度等于或大于期望值时说明此次注脂工作效果达到要求，否则再次注脂，直到满足要求。

本实施例中，设备处于正在充脂状态时，若充脂过程中发生油路或设备堵塞，导致润滑脂在油路内堆积，油路压力不断上升，当油路压力超过充脂压力继电器2设定值时，充脂压力继电器2常闭触点断开，充脂接触器15常开触点断开，润滑脂泵1电路断开，润滑脂泵1停止工作以防油压进一步加大，充脂接触器15辅助常闭触点闭合，发出润滑脂泵1电路异常断开信号，上位机12显示充脂油路中存在油压过高故障，设备正在充脂状态解除，上位机12自动响应信号发出断开润滑脂泵1电路命令，使充脂中间继电器14常开触点断开，以便故障修复后重新启动继续充脂；充脂油路内压力达到充脂压力继电器2设定值后，充脂安全阀3阀门打开，排出部分润滑脂，保证油路内压力不会进一步增大，保护充脂油路内各硬件；设备处于正在注脂状态时，若注脂过程中发生油路或设备堵塞，导致润滑脂在油路内堆积，油路压力不断上升，当油路压力超过注脂压力继电器8设定值时，注脂压力继电器8常闭触点断开，注脂接触器17常开触点断开，伺服电动推杆6电路断开，伺服电动推杆6停止工作以防油压进一步加大，注脂接触器17辅助常闭触点闭合，发出伺服电动推杆6电路异常断开信号，上位机12显示注脂油路中存在油压过高故障，设备正在注脂状态解除，上位机12自动响应信号发出断开伺服电动推杆6电路命令，使注脂中间继电器16常开触点断开，以便故障修复后重新启动继续注脂；注脂油路内压力达到注脂压力继电器8设定值后，注脂安全阀9阀门打开，排出部分润滑脂，保证油路内压力不会进一步增大，保护注脂油路内各硬件。

本发明中，充脂压力继电器2触发压力值、注脂压力继电器8触发压力值、充脂安全阀3安全值、注脂安全阀9安全值由全自动注脂设备可承受压力决定，需在全自动注脂设备初次使用时进行设置，在其后使用过程中不需要重新设置，以上四个设备数值应保持一致，小于所有硬件的可承受压力的最小值。

本发明中，PLC13只有在充脂过程中才会接收磁性传感器7信号，磁性传感器7位置应设置在略小于液压缸5活塞推杆最大行程位置，当液压缸5活塞杆末端到达磁性传感器7所在位置时发出充脂完成信号，PLC13接收信号后将润滑脂泵电路断开，润滑脂泵1停止工作，充脂结束。

本发明中，通过控制伺服电动推杆电机6转速控制注脂过程中的实时流量，通过控制伺服电动推杆6电机总旋转角度控制总注脂量，液压缸5的注脂压强由伺服电动推杆6推力和液压缸5横截面积确定，根据实际注脂需求设置调压阀10出口压力，启动伺服电动推杆6注脂。

本发明中，电磁换向阀4通过PLC13内部逻辑编程实现两位互锁，保证同一时间只能有一位接通，防止充脂与注脂重合；因为磁性传感器7只能发出到位信号，不能用于液压缸5精确限位，所以磁性传感器7位置被设置在略小于液压缸5活塞推杆最大行程位置。

本发明中，全自动注脂系统技术方案如图7所示，该系统分为七个模块，分别是连接模块、信号处理模块、状态显示模块、控制命令模块、注脂效果评估模块、故障报警模块、系统日志模块，各模块的具体功能如下：

连接模块，用于将上位机12与PLC13和工业相机18连接，建立通信；

信号处理模块，接收传输至上位机12的所有信号，并根据信号内容做进一步处理，包括更新显示状态、等待用户操作下达控制命令、自动响应下达控制命令、显示故障信息，接收的具体信号如润滑脂泵1电路正常通断信号、润滑脂泵1电路异常断开信号、伺服电动推杆6电路正常通断信号、伺服电动推杆6电路异常断开信号、液压缸5充脂到位信号、伺服电动推杆6注脂到位信号等；

状态显示模块，综合系统各模块工作情况，实时显示简明易懂的系统与设备状态，如与PLC13通信状态、与工业相机18的通信状态、注脂设备运行状态、注脂设备运行模式、润滑脂泵1的工作状态、电磁换向阀4的当前阀位、液压缸5充脂是否到位、注脂实时流量、注脂压力、目标注脂总量、已注脂量、注脂工作效果评估值等；

控制命令模块，发出控制命令，如连接到PLC13、连接到工业相机18、润滑脂泵1的启动与停止、电磁换向阀4的阀位转换、设置注脂实时流量和总注脂量、伺服电动推杆6的启动与停止、评估注脂工作效果等；或者响应信号处理模块接收的部分信号向PLC13自动下达命令，如接收到液压缸5充脂到位信号后会自动响应下达停止充脂命令等；

注脂效果评估模块，由图像采集装置采集润滑区域图像，检测核对实际润滑区域轮廓，评估注脂工作效果，已润滑区域轮廓的获取方式为使用Canny算法对润滑区域图像进行边缘检测；

故障报警模块，监测设备运行状态，在信号处理模块接收到故障信号后发出报警，并给出故障信息，故障信息包括故障发生时间、故障发生位置、故障表现、故障原因，如充脂过程中因为油路内压力过大导致润滑脂泵电路异常断开时，故障信息为某时，充脂油路，压力过大，设备堵塞，在系统重新正常运行后故障报警自动解除；

系统日志模块，记录信号处理模块接收到的信号、系统与设备状态、控制命令历史、注脂效果评估历史、故障信息等，形成系统日志并保存，以备查阅。

上位机12搭载该全自动注脂系统，依据Modbus等通信协议与PLC13通信，除工业相机18外，其他硬件发出的信号经PLC13传输给上位机12程序读取处理，上位机12程序发出的所有命令发送至PLC13再控制各硬件执行。

该全自动注脂系统依据TCP/IP等通信协议与工业相机18通信，控制工业相机18采集图像，工业相机18将采集的图像传输给上位机12。

本发明中，注脂效果评估模块技术方案图如图8所示，首先由图像采集装置采集润滑区域图像，然后对图像先后进行将彩色图像转化为灰度图像并通过高斯滤波去除图像噪声、计算图像梯度获取所有可能的边缘、非极大值抑制处理获取单像素宽边缘、双阈值筛选获取完整的润滑区域轮廓、二值化处理得到二值化矩阵，最后将实际润滑区域轮廓二值化矩阵与理想润滑区域二值化矩阵对比，评估注脂效果。

本发明提供的一种全自动注脂系统，具备故障检测报警功能，可以分析故障原因，定位故障位置，省去了人工故障排查的步骤，有助于快速修复故障，降低故障带来的影响。

本发明提供的一种全自动注脂系统，具备注脂效果评估功能，通过图像边缘检测的方法检测核对已润滑区域轮廓，评估注脂工作效果，为注脂工作提供指导。

显然，本领域的技术人员能够对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种全自动注脂方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立待润滑设备的润滑区域图像处理模型，通过对润滑区域图像边缘检测后，进行二值化处理获得二值化矩阵；

采集待润滑设备的理想润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第一二值化矩阵进行保存；

切换充脂位，控制充脂电路进行充脂，将润滑脂压入液压缸中，充脂电路包括设于液压缸上的磁性传感器、充脂安全阀、润滑脂泵电路，润滑脂泵电路包括与润滑脂泵依次相连的充脂接触器、充脂压力继电器、充脂中间继电器；

设置充脂压力继电器触发压力值，设置充脂安全阀安全值，若在充脂过程中存在堵塞导致润滑脂不能被压入液压缸、油路中压力不断上升，当压力上升至充脂压力继电器设置的触发压力值时，润滑脂泵电路断路，发出润滑脂泵电路异常断开信号，润滑脂泵停止工作，同时充脂安全阀出油口向外排出部分润滑脂，直至压力小于充脂安全阀安全值，待故障排除后继续充脂过程；

切换注脂位，对待润滑设备的润滑区域进行新一轮注脂，控制注脂电路进行注脂，通过伺服电动推杆将液压缸中的润滑脂压入待润滑设备的润滑区域，注脂电路包括调压阀、注脂安全阀、伺服电动推杆电路，伺服电动推杆电路包括与伺服电动推杆依次相连的注脂接触器、注脂压力继电器、注脂中间继电器；

设置注脂压力继电器触发压力值，设置注脂安全阀安全值，若在注脂过程中存在堵塞导致润滑脂不能被压入待润滑设备、油路中压力不断上升，当压力上升至注脂压力继电器设置的触发压力值时，伺服电动推杆电路断路，发出伺服电动推杆异常断开信号，伺服电动推杆停止工作，同时注脂安全阀出油口向外排出部分润滑脂，直至压力小于注脂安全阀安全值，待故障排除后可继续注脂过程；

润滑脂泵与电磁换向阀充脂通道入口通过油管连接，且此段中间有第一三通接口，第一三通接口的顶部口经第二三通接口底部口接充脂安全阀，第二三通接口的顶部口接充脂压力继电器；电磁换向阀充脂通道出口经第三三通接口底部口接液压缸，第三三通接口顶部口经第四三通接口底部口、第五三通接口底部口接注脂安全阀，第四三通接口顶部口接电磁换向阀注脂通道入口，第五三通接口顶部口接注脂压力继电器；电磁换向阀注脂通道出口通过油管依次连接调压阀和待润滑设备；

采集待润滑设备的实际润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第二二值化矩阵进行保存；

将第二二值化矩阵与第一二值化矩阵对比，结果表示为百分数的形式作为评估值，当评估值小于期望值时说明注脂效果未满足要求，继续注脂，直到注脂效果满足要求。

2.根据权利要求1所述的全自动注脂方法，其特征在于，边缘检测的方法为：

将润滑区域彩色图像转化为灰度图像，进行高斯滤波去除噪声；

对降噪后的润滑区域图像进行处理，得到图像梯度；

对计算图像梯度后得到的可能边缘进行非极大值抑制处理；

将极大值抑制后的单像素宽边缘进行双阈值筛选，使边缘符合润滑区域轮廓；

将润滑区域轮廓进行二值化处理，生成二值化矩阵。

3.根据权利要求2所述的全自动注脂方法，其特征在于：

将彩色的图像转化为灰度图像，将灰度图像进行高斯滤波来去除图像中的噪声，二维的高斯公式计算如下：

式(1)

其中，为标准差，x为点的横坐标，y为点的纵坐标，f(x,y)为二维高斯函数；

对降噪后的图像计算图像梯度，得到可能的边缘，计算图像梯度的方法为使用Sobel算子对图像进行卷积，即可得到图像在x轴和y轴两个方向上的梯度矩阵，计算公式为：

式(2)

式(3)

其中，为图像x轴方向的梯度矩阵，/>为图像y轴方向的梯度矩阵，/>为灰度图像矩阵，/>和/>是Sobel算子，均为3×3的矩阵，分别为：

式(4)

式(5)

由两个方向的梯度矩阵计算总梯度，对点(x,y)的幅值和方向/>分别表示为：

式(6)

式(7)。

4.根据权利要求2所述的全自动注脂方法，其特征在于，非极大值抑制处理的方法为：

将每个像素点与其两个相邻像素点对比，若此点的梯度值不是这三个像素点中的极大值则对其进行抑制，即令此点为0，如此可将局部范围内梯度方向上灰度变化最大的点保留下来而剔除掉大部分点，将多个像素宽的边缘变为单像素宽的边缘。

5.根据权利要求2所述的全自动注脂方法，其特征在于，双阈值筛选的方法为：

设置两个阈值，一个为低阈值，一个为高阈值，直接剔除梯度值低于低阈值的边缘点，保留梯度值高于高阈值的边缘点作为强边缘，梯度值处于低阈值和高阈值中间的边缘点定义为弱边缘，强边缘直接保留，弱边缘是否保留的具体规则为若其附近存在强边缘点则保留，否则剔除，如此将强弱边缘结合获得完整的润滑区域轮廓。

6.一种全自动注脂装置，其特征在于，包括：

润滑区域图像处理模型建立模块，用于建立待润滑设备的润滑区域图像处理模型，通过对润滑区域图像边缘检测后，进行二值化处理获得二值化矩阵；

理想润滑区域图像采集处理模块，用于采集待润滑设备的理想润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第一二值化矩阵进行保存；

充脂控制模块，用于切换充脂位，控制充脂电路进行充脂，将润滑脂压入液压缸中，充脂电路包括设于液压缸上的磁性传感器、充脂安全阀、润滑脂泵电路，润滑脂泵电路包括与润滑脂泵依次相连的充脂接触器、充脂压力继电器、充脂中间继电器；

设置充脂压力继电器触发压力值，设置充脂安全阀安全值，若在充脂过程中存在堵塞导致润滑脂不能被压入液压缸、油路中压力不断上升，当压力上升至充脂压力继电器设置的触发压力值时，润滑脂泵电路断路，发出润滑脂泵电路异常断开信号，润滑脂泵停止工作，同时充脂安全阀出油口向外排出部分润滑脂，直至压力小于充脂安全阀安全值，待故障排除后继续充脂过程；

注脂控制模块，用于切换注脂位，对待润滑设备的润滑区域进行新一轮注脂，控制注脂电路进行注脂，通过伺服电动推杆将液压缸中的润滑脂压入待润滑设备的润滑区域，注脂电路包括调压阀、注脂安全阀、伺服电动推杆电路，伺服电动推杆电路包括与伺服电动推杆依次相连的注脂接触器、注脂压力继电器、注脂中间继电器；

设置注脂压力继电器触发压力值，设置注脂安全阀安全值，若在注脂过程中存在堵塞导致润滑脂不能被压入待润滑设备、油路中压力不断上升，当压力上升至注脂压力继电器设置的触发压力值时，伺服电动推杆电路断路，发出伺服电动推杆异常断开信号，伺服电动推杆停止工作，同时注脂安全阀出油口向外排出部分润滑脂，直至压力小于注脂安全阀安全值，待故障排除后可继续注脂过程；

润滑脂泵与电磁换向阀充脂通道入口通过油管连接，且此段中间有第一三通接口，第一三通接口的顶部口经第二三通接口底部口接充脂安全阀，第二三通接口的顶部口接充脂压力继电器；电磁换向阀充脂通道出口经第三三通接口底部口接液压缸，第三三通接口顶部口经第四三通接口底部口、第五三通接口底部口接注脂安全阀，第四三通接口顶部口接电磁换向阀注脂通道入口，第五三通接口顶部口接注脂压力继电器；电磁换向阀注脂通道出口通过油管依次连接调压阀和待润滑设备；

实际润滑区域图像采集处理模块，用于采集待润滑设备的实际润滑区域图像，通过润滑区域图像处理模型处理后生成第二二值化矩阵进行保存；

评估模块，用于将第二二值化矩阵与第一二值化矩阵对比，结果表示为百分数的形式作为评估值，当评估值小于期望值时说明注脂效果未满足要求，继续注脂，直到注脂效果满足要求。

7.一种全自动注脂设备，其特征在于，包括：

润滑脂泵，用于将润滑脂压入液压缸中，所述液压缸设有磁性传感器；

伺服电动推杆，具备速度控制和行程控制功能，用于将液压缸中的润滑脂压入待润滑设备；

控制器，用于控制充脂电路和注脂电路；

电磁换向阀，用于切换充脂位或注脂位；

图像采集装置，包括工业相机和光源；

上位机，包括人机界面、处理器和用于存储能够在处理器上运行计算机程序的存储器，处理器用于运行计算机程序时，执行上述权利要求1-5任一项全自动注脂方法的步骤。

8.一种计算机存储介质，存储介质中存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时，实现上述权利要求1-5任一项全自动注脂方法的步骤。