基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統及方法
2023-12-11 17:35:02 1
專利名稱：基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統及方法。
背景技術：
目前，鋼鐵行業對帶鋼軋制生產線的效率及檢測精度要求越來越高，特別是中厚板板材自動生產線，由於其在輥道上輸送速度極高，這給中厚板平面輪廓在線檢測帶來了極大的困難，這就要求輪廓檢測系統不僅要具備高速的圖像採集頻率，更要求具備高效的圖像處理算法來提取圖像中有效信息。中厚板板材作為鋼鐵行業的一種特殊鋼種，由於其表面材質、紋理的易變性和生產線工況的多變性，採用普通光源的照明方式容易受到外界不確定因素的幹擾而引起一定的檢測誤差。因此，要進一步提高輪廓檢測系統中的抗幹擾能力，需要改變其照明方式。由於軋制的中厚板板材頭、尾輪廓形狀存在很大的不確定性，採用傳統的檢測原理無法精確地這部分的輪廓信息，甚至不能對其進行檢測。再者，現有的基於CXD圖像傳感器的輪廓檢測儀無法獨立地完成帶鋼輪廓的檢測，因為其無法測量出帶鋼表面相對輥道平面的高度信息，而是依賴於上一級系統或者其他高度檢測設備，這嚴重限制了輪廓檢測儀的應用範圍。
發明內容
本發明的目的是針對當前中厚板輪廓檢測儀技術的不足，提供一種基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統及方法。基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統包括中厚板輪廓檢測裝置和控制裝置；中厚板輪廓檢測裝置包括傳感器櫃、線雷射源、面陣CMOS相機、相機鏡頭、面陣 CMOS相機的安裝位置、雷射都卜勒測速儀、螺絲、兩相鄰面陣CMOS相機的視覺重疊區域、被測帶鋼、帶鋼輸送輥道、相機軸線與相機安裝點所形成的平面和左面陣CMOS相機的軸線、 光電開關接收器和光電開關發射器；傳感器櫃內在等高平面上設有兩個面陣CMOS相機，在面陣CMOS相機上裝有相機鏡頭，且在其面陣CMOS相機的兩側分別設有多個線雷射源，線雷射源與面陣CMOS相機軸線之間的夾角為2-12度，雷射都卜勒測速儀通過螺絲固定在傳感器櫃的下端，帶鋼輸送輥道上設有被測帶鋼，在被測帶鋼上設有兩相鄰面陣CMOS相機的視覺重疊區域，面陣CMOS相機的安裝位置與左面陣CMOS相機的軸線形成相機軸線與相機安裝點所形成的平面，光電開關接收器安裝在傳感器櫃的正前方，光電開關發射器安裝在光電開關接收器的正下方形成對射，且光電開關發射器安裝在低於帶鋼輸送輥道的平面的高度平面上，面陣CMOS相機與相機工控機相連，雷射都卜勒測速儀與前端工控機相連，且前端工控機通過網線與相機工控機相連，傳感器櫃放置在龍門架上；
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控制裝置包括面陣CMOS相機、雷射都卜勒測速儀、基於CPCI接口的圖像採集卡、 相機工控機、基於CPCI接口的串口擴展卡、模擬信號採集卡、數字I/O控制卡、前端工控機；前端工控機分別與相機工控機和基於CPCI接口的串口擴展卡相連，相機工控機與基於CPCI接口的圖像採集卡相連，基於CPCI接口的圖像採集卡與兩個面陣CMOS相機相連，基於CPCI接口的串口擴展卡分別與雷射都卜勒測速儀、模擬信號採集卡和數字I/O信號控制卡相連。面陣CMOS相機拍攝的圖像通過Camera Link通信傳輸給基於CPCI接口的圖像採集卡，基於CPCI接口的圖像採集卡對拍攝圖像進行預處理，並將處理後的圖像經CPCI通信接口傳輸給相機工控機，相機工控機通過TCP/IP乙太網與前端工控機進行數據交互，雷射都卜勒測速儀測得的速度信息通過RS232通信協議傳輸給基於CPCI接口的串口寬展卡，模擬信號採集卡和數字I/O信號控制卡通過RS485通信協議與基於CPCI接口的串口寬展卡進行數據交互，基於CPCI接口的串口寬展卡通過CPCI通信接口與前端工控機進行數據交互。基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法的步驟如下1)利用帶鋼輸送輥道將被測帶鋼輸送到傳感器櫃的下方，線雷射源2入射到被測帶鋼表面形成一條橫跨整個帶鋼的雷射線；2)利用光電開關接收器和光電開關發射器同步面陣CMOS相機拍攝入射在被測帶鋼表面上的雷射線和雷射都卜勒測速儀測量帶鋼表面沿其長度方向上的速度；3)面陣CMOS相機拍攝的圖像信息經Camera Link接口傳輸到相機工控機上的圖像採集卡，相機計算上的圖像採集卡負責對圖像進行預處理，包括中值濾波和感謝區域的裁剪，並將預處理後的圖像通過CPCI接口傳輸給相機工控機；4)雷射都卜勒測速儀將被測帶鋼的速度數據通過RS232通信協議傳輸給前端工控機；5)在相機工控機中，利用第一次投影算法對預處理後的圖像進行處理，以提取圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標，圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標反映了帶鋼表面的高度信息，結合相機視覺標定就可以通過提取圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標測量出帶鋼表面的高度；6)以上述圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標為基準，上下各取2行共5行作為提取圖像中雷射線端點位置坐標的目標行；7)利用第二次投影算法對上述5行目標行的每一行分別進行處理，獲取每一行上雷射線端點的亞像素位置坐標，對比各行雷射線的端點位置坐標，去掉其中的最大值和最小值，然後對剩餘的三行雷射線的端點位置坐標取平均值，將該平均值作為圖像中雷射線的端點位置坐標，圖像中雷射線的端點位置坐標反映了帶鋼邊緣的空間位置坐標，結合相機視覺標定和帶鋼表面的高度可以將圖像中雷射線的端點位置坐標轉換成帶鋼邊緣的空間位置坐標；8)通過TCP/IP通信協議將帶鋼邊緣的空間位置坐標傳輸到前端工控機，並將帶鋼邊緣的空間位置坐標與雷射都卜勒測速儀測得的速度進行一一匹配生成帶鋼的輪廓數據，並以曲線的形式將帶鋼的輪廓數據顯示給用戶。
9)模擬信號採集卡與溫度傳感器相連，負責對傳感器櫃內的溫度進行實時採集， 並將採集的溫度信號通過RS485通信協議傳輸給基於CPCI接口的串口擴展卡，數字I/O信號控制卡負責對輪廓檢測儀系統的狀態信息進行監控，並負責輸出輪廓檢測儀系統中的數位訊號以控制水冷和風冷循環系統。所述的第一次投影算法為將圖像中每一行所有像素點的灰度值投影到該行的縱向坐標上，即得到該行上所有像素點灰度值的累加和記為凡。
權利要求
1.一種基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統，其特徵在於包括中厚板輪廓檢測裝置和控制裝置；中厚板輪廓檢測裝置包括傳感器櫃(1)、線雷射源O)、面陣 CMOS相機(3)、相機鏡頭、面陣CMOS相機的安裝位置(5)、雷射都卜勒測速儀(6)、螺絲 (7)、兩相鄰面陣CMOS相機的視覺重疊區域(8)、被測帶鋼(9)、帶鋼輸送輥道(10)、相機軸線與相機安裝點所形成的平面(11)和左面陣CMOS相機的軸線(12)、光電開關接收器(13) 和光電開關發射器(14)；傳感器櫃(1)內在等高平面上設有兩個面陣CMOS相機(3)，在面陣CMOS相機(3)上裝有相機鏡頭G)，且在其面陣CMOS相機(3)的兩側分別設有多個線雷射源0)，線雷射源(2)與面陣CMOS相機(3)軸線之間的夾角為2-12度，雷射都卜勒測速儀(6)通過螺絲(7)固定在傳感器櫃(1)的下端，帶鋼輸送輥道(10)上設有被測帶鋼(9)， 在被測帶鋼(9)上設有兩相鄰面陣CMOS相機的視覺重疊區域(8)，面陣CMOS相機( 的安裝位置與左面陣CMOS相機的軸線(12)形成相機軸線與相機安裝點所形成的平面(11)，光電開關接收器(13)安裝在傳感器櫃(1)的正前方，光電開關發射器(14)安裝在光電開關接收器(13)的正下方形成對射，且光電開關發射器(14)安裝在低於帶鋼輸送輥道(10)的平面的高度平面上，面陣CMOS相機(3)與相機工控機相連，雷射都卜勒測速儀(6)與前端工控機相連，且前端工控機通過網線與相機工控機相連，傳感器櫃(1)放置在龍門架上；控制裝置包括面陣CMOS相機、雷射都卜勒測速儀、基於CPCI接口的圖像採集卡、相機工控機、 基於CPCI接口的串口擴展卡、模擬信號採集卡、數字1/0控制卡、前端工控機；前端工控機分別與相機工控機和基於CPCI接口的串口擴展卡相連，相機工控機與基於CPCI接口的圖像採集卡相連，基於CPCI接口的圖像採集卡與兩個面陣CMOS相機相連，基於CPCI接口的串口擴展卡分別與雷射都卜勒測速儀、模擬信號採集卡和數字1/0信號控制卡相連；面陣 CMOS相機拍攝的圖像通過CameraLink通信傳輸給基於CPCI接口的圖像採集卡，基於CPCI 接口的圖像採集卡對拍攝圖像進行預處理，並將處理後的圖像經CPCI通信接口傳輸給相機工控機，相機工控機通過TCP/IP乙太網與前端工控機進行數據交互，雷射都卜勒測速儀測得的速度信息通過RS232通信協議傳輸給基於CPCI接口的串口寬展卡，模擬信號採集卡和數字1/0信號控制卡通過RS485通信協議與基於CPCI接口的串口寬展卡進行數據交互， 基於CPCI接口的串口寬展卡通過CPCI通信接口與前端工控機進行數據交互。
2.一種使用如權利要求1所述系統的基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法，其特徵在於它的步驟如下1)利用帶鋼輸送輥道(10)將被測帶鋼(9)輸送到傳感器櫃(1)的下方，線雷射源O) 入射到被測帶鋼(9)表面形成一條橫跨整個帶鋼的雷射線；2)利用光電開關接收器(13)和光電開關發射器(14)同步面陣CMOS相機(3)拍攝入射在被測帶鋼(9)表面上的雷射線和雷射都卜勒測速儀(6)測量帶鋼表面沿其長度方向上的速度；3)面陣CMOS相機(3)拍攝的圖像信息經CameraLink接口傳輸到相機工控機上的圖像採集卡，相機計算上的圖像採集卡負責對圖像進行預處理，包括中值濾波和感謝區域的裁剪，並將預處理後的圖像通過CPCI接口傳輸給相機工控機；4)雷射都卜勒測速儀( 將被測帶鋼(9)的速度數據通過RS232通信協議傳輸給前端工控機；5)在相機工控機中，利用第一次投影算法對預處理後的圖像進行處理，以提取圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標，圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標反映了帶鋼表面的高度信息，結合相機視覺標定就通過提取圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標測量出帶鋼表面的高度；6)以圖像中雷射線中心線的縱向位置坐標為基準，上下各取2行共5行作為提取圖像中雷射線端點位置坐標的目標行；7)利用第二次投影算法對上述5行目標行的每一行分別進行處理，獲取每一行上雷射線端點的亞像素位置坐標，對比各行雷射線的端點位置坐標，去掉其中的最大值和最小值， 然後對剩餘的三行雷射線的端點位置坐標取平均值，將該平均值作為圖像中雷射線的端點位置坐標，圖像中雷射線的端點位置坐標反映了帶鋼邊緣的空間位置坐標，結合相機視覺標定和帶鋼表面的高度將圖像中雷射線的端點位置坐標轉換成帶鋼邊緣的空間位置坐標；8)通過TCP/IP通信協議將帶鋼邊緣的空間位置坐標傳輸到前端工控機，並將帶鋼邊緣的空間位置坐標與雷射都卜勒測速儀( 測得的速度進行一一匹配生成帶鋼的輪廓數據，並以曲線的形式將帶鋼的輪廓數據顯示給用戶。9)模擬信號採集卡與溫度傳感器相連，負責對傳感器櫃(1)內的溫度進行實時採集， 並將採集的溫度信號通過RS485通信協議傳輸給基於CPCI接口的串口擴展卡，數字I/O信號控制卡負責對輪廓檢測儀系統的狀態信息進行監控，並負責輸出輪廓檢測儀系統中的數位訊號以控制水冷和風冷循環系統。
3.如權利要求2所述的一種基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法， 其特徵在於所述的第一次投影算法為將圖像中每一行所有像素點的灰度值投影到該行的縱向坐標上，即得到該行上所有像素點灰度值的累加和記為凡。
4.如權利要求2所述的一種基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法， 其特徵在於所述的第二次投影算法為針對圖像中上述五行中的其中一行，截取包含雷射線端點的部分進行處理，對兩相鄰像素點之間按照其灰度值進行等間隔線性插值，使兩相鄰像素點之間包含多點，在第j列上像素點之後第η個插入點所對應的橫坐標<為
全文摘要
本發明公開了一種基於二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統及方法。在該檢測系統中利用面陣CMOS相機獲取入射在中厚板帶鋼表面的線雷射的圖像，再利用二次投影算法對拍攝的圖像進行處理，精確地提取出圖像中雷射線縱向位置坐標和雷射線的端點位置坐標，通過雷射線縱向位置坐標可以計算出中厚板表面的高度信息，通過中厚板表面的高度信息和雷射線端點的位置坐標結合相機的視覺標定可以確定被測帶鋼邊緣的空間位置坐標，再結合雷射都卜勒測速儀測量的帶鋼的速度數據，經計算機處理之後可以得到中厚板帶鋼的輪廓曲線。本發明不僅實現了中厚板帶鋼兩側輪廓的在線非接觸式高速檢測，還實現了中厚板帶鋼頭、尾輪廓的在線非接觸式高速檢測。
文檔編號G01B11/24GK102538705SQ201210009350
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者劉日明, 唐志峰, 胡旭曉 申請人:杭州浙大精益機電技術工程有限公司