一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节系统及方法与流程

本发明涉及导体尺寸检测，具体是一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节系统及方法。

背景技术：

1、在现代制造业中，导体的尺寸精度对整个产品的质量和性能起着至关重要的作用。例如，在电线电缆、医疗导管等精密金属线材生产领域，对导体的尺寸精度要求极为苛刻。现有技术中，导体尺寸的检测多依赖于人工测量或者离线自动测量系统，尤其因为导体在生产过程中处于高温状态，只能通过远程观察的方式对导体的直径进行测量，而由于远程观测设备的精度一般难以达到尺寸精度要求，而且导体的生产设备往往也存在因磨损、老化等原因导致的导体直径出现偏差的问题；而更进一步的，目前对导体生产设备的控制参数的调节也往往是人工控制的，缺乏自适应的智能控制体系。

2、因此，需要一个对导体尺寸的误差进行纠偏，并根据纠偏后的导体尺寸对导体生产控制参数进行自适应调控的方法。

3、为此，本发明提出一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节系统及方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节系统及方法，解决了单一传感器数据存在偏差和噪声，很容易产生误判的问题，且根据纠偏后的导体直径，为下一单位时间的导体直径的控制参数的设置提供理论依据。

2、为实现上述目的，提出一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节系统，包括样本数据收集模块、尺寸预测模型训练模块、参数控制模型训练模块、监测数据收集模块以及卡尔曼滤波反馈模块；其中，各个模块之间通过电性方式连接；

3、样本数据收集模块，用于预先从测试环境收集工艺前时刻尺寸数据、训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据；

4、所述预先从测试环境收集前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据的方式为：

5、选择n1个导体生产设备作为测试设备，并使用每台测试设备生产测试导体，并在每次生产测试导体过程中，收集每一单位时刻的工艺参数训练特征集合和设备控制参数训练特征集合，并在每一单位时刻的导体生产后，使用尺寸测量设备测量导体的直径，作为直径标签，而在每一单位时刻的导体生产前，导体的当前直径为前时刻尺寸；其中，n1为选择的测试设备的数量；所有的单位时刻的工艺参数训练特征集合组成工艺训练样本数据，所有的设备控制参数训练特征集合组成工艺训练样本数据；所有的前时刻尺寸组成前时刻尺寸数据，所有的直径标签组成直径标签数据；

6、其中，所述工艺参数训练特征集合包括影响导体长度的工艺、环境和导体材料相关的工艺参数的参数值；

7、其中，所述设备控制参数训练特征集合包括导体生产设备在制造导体时所需要控制的设备控制参数的参数值；

8、所述样本数据收集模块将前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据发送至尺寸预测模型训练模块和参数控制模型训练模块；

9、尺寸预测模型训练模块，用于基于前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，训练预测下一单位时刻的导体直径的尺寸预测模型；

10、所述基训练预测下一单位时刻的导体直径的尺寸预测模型的方式为：

11、将每一时刻的前时刻尺寸、工艺参数训练特征集合、设备控制参数训练特征集合组成一组尺寸预测特征向量；

12、将每一单位时间的尺寸预测特征向量作为尺寸预测模型的输入，所述尺寸预测模型以对行为该时刻的下一时刻的导体直径的预测值作为输出，以该时刻的下一时刻的直径标签作为预测目标，以导体直径的预测值和下一时刻的直径标签之间的差值作为第一预测误差，以最小化第一预测误差的平方和作为训练目标；对尺寸预测模型进行训练，直至第一预测误差的平方和达到收敛时停止训练；所述尺寸预测模型为多项式回归模型；所述预测误差的平方和为均方误差；

13、所述尺寸预测模型训练模块将尺寸预测模型发送至卡尔曼滤波反馈模块；

14、参数控制模型训练模块，用于基于前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，训练输出设备控制参数的参数控制模型；

15、所述训练输出设备控制参数的参数控制模型，包括以下步骤：

16、步骤11：将每一单位时间的前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据和直径标签数据组成一组设备控制输入向量；

17、步骤12：采用向量到向量的编码器-解码器架构，对设备控制参数控制过程进行参数控制模型的建模；

18、所述参数控制模型的建模方式为：

19、所述编码器为mlp编码器；

20、所述解码器为mlp解码器；

21、步骤13：在解码器输出端构建n2个输出头，并联合学习n2种预测任务；具体的，每个所述输出头分别对应一个设备控制参数，例如生产机构拉力和生产机构速度等，每个输出头分别用来输出导体生产设备预期的设备控制参数；

22、步骤14：设置参数控制模型的综合损失函数；

23、所述综合损失函数的设置方式为：

24、对于每个设备控制参数，使用平方损失函数衡量实际值与预测值的差异；

25、将各个设备控制参数的平方损失函数加权求和，作为参数控制模型的综合损失函数；

26、步骤15：以每组设备控制输入向量作为参数控制模型的输入，对参数控制模型进行训练，直至参数控制模型的综合损失函数达到收敛；

27、所述参数控制模型训练模块将参数控制模型发送至卡尔曼滤波反馈模块；

28、监测数据收集模块，用于对于待监测导体，使用远程尺寸评估仪器实时收集当前单位时间的观测直径，并收集实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据；

29、所述使用远程尺寸评估仪器实时收集当前单位时间的观测直径的方式为：

30、所述远程尺寸评估仪器为光学图像捕获设备；

31、使用光学图像捕获设备实时收集待监测导体的实时图片，并使用计算机视觉技术评估待监测导体当前的直径作为观测直径；

32、所述收集实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据的方式为：

33、通过使用各项工艺参数对应的物理传感器，实时收集各项工艺参数的实时参数值，每一单位时间的各项工艺参数的实时参数值组成实时工艺参数数据；

34、从导体生产设备的控制终端中读取各个设备控制参数的实时参数值，组成实时设备控制参数数据；

35、所述监测数据收集模块实时将待监测导体的观测直径、实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据发送至卡尔曼滤波反馈模块；

36、卡尔曼滤波反馈模块，用于基于尺寸预测模型、参数控制模型、待监测导体的观测直径、实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据，使用卡尔曼滤波方法，纠正观测误差并为导体生产设备生成下一单位时间的设备控制参数；

37、所述使用卡尔曼滤波方法，纠正观测误差并为导体生产设备生成下一单位时间的设备控制参数的方式为：

38、将每单位时间标记为t；

39、获得尺寸预测模型，所述尺寸预测模型对应的函数表达式表示为dt+1＝f(dt，c，k)；其中，dt+1和dt分别为第t+1时刻和第t时刻待监测导体的观测直径，c为实时工艺参数数据对应的常量集合，k为实时设备控制参数数据对应的常量集合；

40、定义状态转移方程，所述状态转移方程的形式为：

41、x(t+1)＝dt+1+ε(t)；其中，x(t+1)为状态后验估计，ε(t)为过程噪声；

42、将第t个单位时间，待监测导体的观测直径标记为gt；

43、定义观测方程z(t+1)＝gt+δ(t)；

44、ε(t)是过程噪声；δ(t)是观测误差；

45、初始化x(0)和p(0)；其中，x(0)为待监测导体的初始直径，p(0)为初始直径估计方差，初始值为0；设置表示对第t个单位时间，对导体直径的估计值；将设置为x(0)；

46、对于任意的大于0的整数t，循环执行如下步骤：

47、步骤21：计算先验估计值计算公式如下：

48、

49、步骤22：计算先验估计协方差p(t+1|t)，计算公式如下：

50、

51、步骤23：计算卡尔曼增益k(t+1)，计算公式如下：

52、

53、步骤24：更新状态后验估计计算公式如下：

54、

55、可以理解的是，状态后验估计x(t+1)即为当前时刻导体的真实直径，在实际生产过程中，可以根据这个真实直径判断生产是否存在异常，也可以根据这个真实直径指导下一单位时间的生产；

56、步骤25：更新后验估计协方差p(t+1)，其中计算公式如下：

57、p(t+1)＝(1-k(t+1))×p(t+1|t)；

58、步骤26：收集下一单位时间预期直径，将状态后验估计x(t+1)、下一单位时间预期直径和实时工艺参数数据组成一组实时设备控制输入向量，将实时设备控制输入向量输入至参数控制模型中，获得参数控制模型输出的各项设备控制参数的参数值，输出的各项设备控制参数的参数值作为导体生产设备下一单位时间的控制参数。

59、提出一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节方法，包括以下步骤：

60、步骤一：预先从测试环境收集前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据；

61、步骤二：基于前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，训练预测下一单位时刻的导体直径的尺寸预测模型；

62、步骤三：基于前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，训练输出设备控制参数的参数控制模型；

63、步骤四：对于待监测导体，使用远程尺寸评估仪器实时收集当前单位时间的观测直径，并收集实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据；

64、步骤五：基于尺寸预测模型、参数控制模型、待监测导体的观测直径、实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据，使用卡尔曼滤波方法，纠正观测误差并为导体生产设备生成下一单位时间的设备控制参数。

65、提出一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，所述存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；

66、所述处理器通过调用所述存储器中存储的计算机程序，执行上述的一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节方法。

67、提出一种计算机可读存储介质，其上存储有可擦写的计算机程序；

68、当所述计算机程序在计算机设备上运行时，使得所述计算机设备执行上述的一种导体尺寸在线检测及自动反馈调节方法。

69、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

70、本发明通过设置样本数据收集模块预先从测试环境收集工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，设置尺寸预测模型训练模块基于前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，训练预测下一单位时刻的导体直径的尺寸预测模型，设置参数控制模型训练模块基于前时刻尺寸数据、工艺训练样本数据、设备控制训练样本数据和直径标签数据，训练输出设备控制参数的参数控制模型，设置监测数据收集模块对于待监测导体，使用远程尺寸评估仪器实时收集当前单位时间的观测直径，并收集实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据，卡尔曼滤波反馈模块基于尺寸预测模型、参数控制模型、待监测导体的观测直径、实时工艺参数数据和实时设备控制参数数据，使用卡尔曼滤波方法，纠正观测误差并为导体生产设备生成下一单位时间的设备控制参数；通过训练尺寸预测模型，获得对导体直径尺寸的理论预计值，再通过使用远程尺寸评估仪器获得导体直径尺寸的观测值，从而使用卡尔曼滤波方法解决了单一传感器数据存在偏差和噪声，很容易产生误判的问题，且进一步的通过训练参数控制模型，实现了根据纠偏后的导体直径，为下一单位时间的导体直径的控制参数的设置提供理论依据。