一種板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統及方法與流程

2023-09-12 06:55:50 3

本發明涉及板帶矯直機的工作輥撓度測量技術領域，特別是涉及一種板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統及方法。

背景技術：

目前，冶金工業中矯直機的應用已經十分廣泛，然而由於板帶矯直機在生產過程中的工作輥撓度值只能靠理論計算得到，因此無法提供實時的工作輥撓度值給矯直機二級模型，從而使得矯直二級模型在設定輥縫時的精度無法進一步提高，進而影響矯直質量。

由此可見，目前亟需一種實時檢測工作輥撓度值的技術方案，以解決現有技術中不能夠實時檢測板帶矯直機的工作輥撓度的問題。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統及方法，用以解決現有技術中不能實時檢測板帶矯直機的工作輥撓度的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明實施例提供一種板帶矯直機的工作輥撓度的實時檢測系統，該系統包括：線結構光投射單元、圖像傳感單元、檢測及計算單元；其中，

所述線結構光投射單元，用於檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，將線結構光投射到所述工作輥的表面，所述線結構光通過所述工作輥的表面反射到所述圖像傳感單元的成像面；

所述圖像傳感單元，用於按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像；

所述檢測及計算單元，用於檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。

優選地，所述檢測及計算單元具體用於：

檢測所述圖像中的各像素點的數字灰度值，並將各像素點的數字灰度值分別與預設的數字灰度閾值進行對比；

將數字灰度值大於所述數字灰度閾值的像素點確認為所述光線對應的像素點，且將數字灰度值小於所述數字灰度閾值的像素點確認為背景像素點；

計算所述光線對應的各像素點分別與預設基準線的距離，將像素點與預設基準線的距離確定為相應像素點相對於預設基準線的位移量。

優選地，所述結構光投射單元採用線結構光發射器實現。

優選地，所述圖像傳感單元採用面陣互補金屬氧化物半導體CMOS圖像傳感器或面陣電荷耦合CCD圖像傳感器實現。

優選地，所述檢測單元採用中央處理器CPU、圖形處理器GPU、微處理器MPU、數位訊號處理器DSP、現場可編程門陣列FPGA或集成電路晶片實現。

優選地，所述線結構光為雷射。

基於上述系統，本發明實施例提供了一種板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測方法，該方法包括：

線結構光投射單元檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，將線結構光投射到所述工作輥的表面，所述線結構光通過所述工作輥表面反射到圖像傳感單元的成像面；

所述圖像傳感單元按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像；

檢測及計算單元檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。

優選地，所述檢測及計算單元檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量，包括：

所述檢測及計算單元檢測所述圖像中的各像素點的數字灰度值，並將各像素點的數字灰度值分別與預設的數字灰度閾值進行對比；

將數字灰度值大於所述數字灰度閾值的像素點確認為所述光線對應的像素點，且將數字灰度值小於所述數字灰度閾值的像素點確認為背景像素點；

計算所述光線對應的各像素點分別與預設基準線的距離，將像素點與預設基準線的距離確定為相應像素點相對於預設基準線的位移量。

優選地，所述線結構光為雷射。

如上所述，本發明提供的板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測系統及方法，包括：線結構光投射單元、圖像傳感單元、檢測及計算單元；其中，所述線結構光投射單元，用於檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，將線結構光投射到所述工作輥的表面，所述線結構光通過所述工作輥表面反射到所述圖像傳感單元的成像面；所述圖像傳感單元，用於按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像；所述檢測及計算單元，用於檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。如此，本發明實施例在不影響矯直機生產的條件下，能夠對板帶矯直機的工作輥撓度進行實時檢測，為矯直機二級模型實時提供工作輥撓度檢測值，從而提高矯直機二級模型設定精度，達到提高矯直質量的目的。

附圖說明

圖1顯示為本發明的板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測系統的組成結構示意圖；

圖2顯示為本發明的板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測方法的流程示意圖；

圖3顯示為本發明的成像面示意圖；

圖4顯示為本發明的測量光學系統圖；

圖5顯示為本發明的具體實施例中的板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測系統的組成結構示意圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。

本發明實施例應用於對板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測，能夠在不影響矯直機生產的條件下，對板帶矯直機的工作輥撓度進行實時檢測，為矯直機二級模型實時提供工作輥撓度的檢測值，從而提高矯直機二級模型的設定精度，達到提高矯直質量的目的。

下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細的說明。

圖1為本發明實施例中提供的板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統的結構示意圖，如圖1所示，該系統包括：線結構光投射單元100、圖像傳感單元101、檢測及計算單元102；其中，

所述結構光投射單元100，用於檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，將線結構光投射到所述工作輥的表面，所述線結構光通過所述工作輥表面反射到所述圖像傳感單元101的成像面；

所述圖像傳感單元101，用於按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像；

所述檢測及計算單元102，用於檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。

其中，所述線結構光為雷射。

具體的，所述檢測及計算單元102具體用於：

檢測所述圖像中的各像素點的數字灰度值，並將各像素點的數字灰度值分別與預設的數字灰度閾值進行對比；

將數字灰度值大於所述數字灰度閾值的像素點確認為所述光線對應的像素點，且將數字灰度值小於所述數字灰度閾值的像素點確認為背景像素點；

計算所述光線對應的各像素點分別與預設基準線的距離，將像素點與預設基準線的距離確定為相應像素點相對於預設基準線的位移量。

進一步地，所述系統還包括：

存儲單元103，用於存儲檢測的工作輥撓度值。

以上功能單元的劃分方式僅為本發明實施例給出的一種優選實現方式，功能單元的劃分方式不構成對本發明的限制。為了描述的方便，以上所述系統的各部分以功能分為各種單元分別描述。該系統可以是分布式系統或集中式系統，若為分布式系統，則上述功能單元可分別由硬體設備實現，各硬體設備之間通過通信網絡交互；若是集中式系統，則上述各功能單元可集成在一個硬體設備中實現。

在實際應用中，所述板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統可以採用分布式結構，所述結構光投射單元100及圖像傳感單元101可布置在前端，所述結構光投射單元100可採用線結構光發射器實現，所述圖像傳感單元101可採用面陣互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)圖像傳感器或面陣電荷耦合(Charge Coupled Device，CCD)圖像傳感器實現；所述檢測單元102及所述存儲單元103可集成在一個後臺數據處理伺服器中實現，所述檢測單元102可由位於所述數據處理伺服器中的中央處理器(Central Processing Unit，CPU)、圖形處理器(raphics Processing Unit，GPU)、微處理器(Micro Processor Unit，MPU)、數位訊號處理器(Digital signal Processor，DSP)、現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或集成電路晶片實現，所述存儲單元103可由位於所述數據處理伺服器中的存儲器實現。

基於相同的技術構思，本發明實施例提供了一種板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測方法，由於該板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測方法解決問題的原理與系統相似，因此方法的實施過程及實施原理均可以參見前述系統的實施原理，重複之處不再贅述。

本發明實施例提供了一種板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測方法，如圖2所示，該方法包括：

步驟S200：線結構光投射單元100檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，將線結構光投射到所述工作輥的表面，所述線結構光通過所述工作輥表面反射到圖像傳感單元101的成像面。

本步驟中，所述線結構光為雷射。

本步驟中，線結構光投射單元100檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，才將線結構光投射到所述工作輥的表面；否則，自動關閉並停止將線結構光投射到所述工作輥的表面。

步驟S201：圖像傳感單元101按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像。

本步驟中，線結構光投射單元100檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，才將線結構光投射到所述工作輥的表面，此時，圖像傳感單元101按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像；線結構光投射單元100檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，自動關閉並停止將線結構光投射到所述工作輥的表面，相應的，圖像傳感單元101也停止採集圖像。

本步驟中，可以根據需要及實際情況設定採集圖像的頻率，優選地，可以將採集圖像的頻率設定為50ms，這裡對採集圖像的頻率不作具體限定。

步驟S202：檢測及計算單元102檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。

本步驟中，可以預先對所述圖像進行預處理以提高所述圖像的質量，這裡對圖像預處理算法不作具體限定，可以採用現有圖像預處理算法對所述圖像進行圖像預處理，重複之處不再贅述。

本步驟中，反射的線結構光在所述成像面形成的光線在工作輥未受力發生撓曲變形時為直線，在工作輥受力發生撓曲變形時為曲線；下面對如何檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量進行詳細說明：

檢測所述圖像中的各像素點的數字灰度值，並將各像素點的數字灰度值分別與預設的數字灰度閾值進行對比；

將數字灰度值大於所述數字灰度閾值的像素點確認為所述光斑對應的像素點，且將數字灰度值小於所述數字灰度閾值的像素點確認為背景像素點；

計算所述光線對應的各像素點分別與預設基準線的距離，將像素點與預設基準線的距離確定為相應像素點相對於預設基準線的位移量。

具體的，若以所述成像面的中心點為原點o建立二維坐標系xoy，如圖3所示，橫向為x軸，縱向為y軸；那麼，預設的基準線即為y軸，所述光線對應的各像素點分別與預設基準線y軸的距離即為各像素點i的x軸坐標xi的絕對值|xi|，各像素點與y軸的距離|xi|即為各像素點相對於預設基準線y軸的位移量。

需要說明的是：圖3僅為示例，並不構成對本發明的限制。

本步驟中，將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值，下面對為何將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值進行說明：

如果工作輥(被測物體)沿線結構光軸移動或所述工作輥的表面變化而導致入射的線結構光沿入射光軸移動，那麼圖像傳感單元101的成像面上的成像點也會隨之移動，根據物象之間的關係從而確入射的線結構光在工作輥表面的位移量與反射的線結構光在成像面的位移量之間的關係；

測量光學系統圖如圖4所示，依據圖4中的工作輥的表面、入射的線結構光、反射的線結構光、光學透鏡以及成像面的空間關係，當入射的線結構光在工作輥的表面由基準點o移到a時，反射的線結構光在成像面將偏離主光軸由基準點o'移至a'，ao為入射的線結構光在工作輥表面的位移量，a'o'為反射的線結構光在成像面的位移量；由直射光三角法測距原理可知，a'o'延長線及光學成像透鏡應與入射的線結構光交於p點；令：ao＝dl，ao1＝x，a'o1'＝x'，a'o'＝y，則：x＝dl sinθ，其中，θ為入射的線結構光與成像透鏡的法平面之間的夾角，為成像面與成像透鏡法平面之間的夾角；據三角形相似定理得到：

其中，d0為點a到成像透鏡的距離，d1為交點o'到成像透鏡的距離；

將x和y代入式(1)可得式(2)：

根據式(2)得到入射的線結構光在工作輥表面的位移量dl與反射的線結構光在成像面的位移量y之間的關係式：

根據撓度定義：細長物體(如梁或柱)的撓度是指在變形時其軸線上各點在該點處軸線法平面內的位移量，由此可知，反射的線結構光在成像面的位移量y即為板帶矯直機的工作輥撓度值。

需要說明的是：上述a'點為所述最大位移量對應的像素點。

進一步地，所述方法還包括：

步驟S203：存儲單元存儲檢測到的工作輥撓度值。

下面在實際應用中結合圖5，對所述板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測系統的具體組成結構及實現過程進行詳細說明：

如圖5所示，所述板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統安裝在所述板帶矯直機8的傳輸輥道10兩旁的地面上，安裝的具體位置在板帶矯直機的出口位置；該板帶矯直機的工作輥撓度實時檢測系統包括：線結構光發射器1，設置成出光面朝向所述板帶矯直機的工作輥；面陣CCD圖像傳感器3，設置成其成像面位於預設光路上；數據處理伺服器6，與所述面陣CCD圖像傳感器3通信連接；支架5；

其中，所述支架5的中軸線與所述板帶矯直機8的中軸線對齊，所述面陣CCD圖像傳感器3和所述線結構光發射器1設置於所述支架5的中軸線，且所述線結構光發射器1設置於所述面陣CCD圖像傳感器3的上方；所述線結構光發射器1和所述面陣CCD圖像傳感器3套設於帶有可調節的刻度的連接軸4與所述支架5相連，所述工作輥撓度實時檢測系統設有供設置所述支架5的工位，且於所述工位設有限制所述面陣CCD圖像傳感器和所述線結構光發射器1轉動的限位結構；所述線結構光發射器1和所述面陣CCD圖像傳感器3通過所述連接軸4能夠相對於所述支架5運動，但在所述線結構光發射器1和所述面陣CCD圖像傳感器3進入工作位後相對於所述支架5靜止，且所述支架5與所述板帶矯直機8不能有相對運動。若所述矯直機8的入口設有導板擋住所述線結構光發射器1投射線結構光，則可以通過在所述導板的合適位置開孔來解決這一問題。

該系統的具體實現過程為：所述線結構光發射器1檢測所述板帶矯直機8的工作輥9滾動時，將線結構光2投射到板帶矯直機8的工作輥9的表面，所述線結構光通過所述工作輥的表面反射到所述面陣CCD圖像傳感器3的成像面；面陣CCD圖像傳感器3按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像，再將採集的圖像通過數據傳輸線7傳送到所述數據處理伺服器6，由所述數據處理伺服器6檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。

綜上所述，本發明提供的板帶矯直機工作輥撓度的實時檢測系統及方法，包括：線結構光投射單元、圖像傳感單元、檢測及計算單元；其中，所述線結構光投射單元，用於檢測到所述板帶矯直機的工作輥滾動時，將線結構光投射到所述工作輥的表面，所述線結構光通過所述工作輥的表面反射到所述圖像傳感單元的成像面；所述圖像傳感單元，用於按照設定頻率採集反射的線結構光在所述成像面形成的圖像；所述檢測及計算單元，用於檢測所述圖像中反射的線結構光在所述成像面形成的光線，並計算所述光線對應的各像素點分別相對於預設基準線的位移量；將計算出的最大位移量確定為所述板帶矯直機的工作輥撓度值。如此，本發明實施例能夠在不影響矯直機生產的條件下，按照設定頻率對板帶矯直機的工作輥撓度進行實時檢測，為矯直機二級模型實時提供工作輥撓度的檢測值，從而提高矯直機二級模型的設定精度，達到提高矯直質量的目的。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。