專利名稱：基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
目前，鋼鐵行業(yè)對帶鋼軋制生產(chǎn)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(chǎn)線，由于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(tǒng)不僅要具備高速的圖像采集頻率，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(yè)的一種特殊鋼種，由于其表面材質(zhì)、紋理的易變性和生產(chǎn)線工況的多變性，采用普通光源的照明方式容易受到外界不確定因素的干擾而引起一定的檢測誤差。因此，要進(jìn)一步提高輪廓檢測系統(tǒng)中的抗干擾能力，需要改變其照明方式。由于軋制的中厚板板材頭、尾輪廓形狀存在很大的不確定性，采用傳統(tǒng)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(jìn)行檢測。再者，現(xiàn)有的基于CXD圖像傳感器的輪廓檢測儀無法獨(dú)立地完成帶鋼輪廓的檢測，因?yàn)槠錈o法測量出帶鋼表面相對輥道平面的高度信息，而是依賴于上一級系統(tǒng)或者其他高度檢測設(shè)備，這嚴(yán)重限制了輪廓檢測儀的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對當(dāng)前中厚板輪廓檢測儀技術(shù)的不足，提供一種基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統(tǒng)及方法。基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統(tǒng)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柜、線激光源、面陣CMOS相機(jī)、相機(jī)鏡頭、面陣 CMOS相機(jī)的安裝位置、激光多普勒測速儀、螺絲、兩相鄰面陣CMOS相機(jī)的視覺重疊區(qū)域、被測帶鋼、帶鋼輸送輥道、相機(jī)軸線與相機(jī)安裝點(diǎn)所形成的平面和左面陣CMOS相機(jī)的軸線、 光電開關(guān)接收器和光電開關(guān)發(fā)射器；傳感器柜內(nèi)在等高平面上設(shè)有兩個面陣CMOS相機(jī)，在面陣CMOS相機(jī)上裝有相機(jī)鏡頭，且在其面陣CMOS相機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)有多個線激光源，線激光源與面陣CMOS相機(jī)軸線之間的夾角為2-12度，激光多普勒測速儀通過螺絲固定在傳感器柜的下端，帶鋼輸送輥道上設(shè)有被測帶鋼，在被測帶鋼上設(shè)有兩相鄰面陣CMOS相機(jī)的視覺重疊區(qū)域，面陣CMOS相機(jī)的安裝位置與左面陣CMOS相機(jī)的軸線形成相機(jī)軸線與相機(jī)安裝點(diǎn)所形成的平面，光電開關(guān)接收器安裝在傳感器柜的正前方，光電開關(guān)發(fā)射器安裝在光電開關(guān)接收器的正下方形成對射，且光電開關(guān)發(fā)射器安裝在低于帶鋼輸送輥道的平面的高度平面上，面陣CMOS相機(jī)與相機(jī)工控機(jī)相連，激光多普勒測速儀與前端工控機(jī)相連，且前端工控機(jī)通過網(wǎng)線與相機(jī)工控機(jī)相連，傳感器柜放置在龍門架上；
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控制裝置包括面陣CMOS相機(jī)、激光多普勒測速儀、基于CPCI接口的圖像采集卡、 相機(jī)工控機(jī)、基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡、模擬信號采集卡、數(shù)字I/O控制卡、前端工控機(jī)；前端工控機(jī)分別與相機(jī)工控機(jī)和基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡相連，相機(jī)工控機(jī)與基于CPCI接口的圖像采集卡相連，基于CPCI接口的圖像采集卡與兩個面陣CMOS相機(jī)相連，基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡分別與激光多普勒測速儀、模擬信號采集卡和數(shù)字I/O信號控制卡相連。面陣CMOS相機(jī)拍攝的圖像通過Camera Link通信傳輸給基于CPCI接口的圖像采集卡，基于CPCI接口的圖像采集卡對拍攝圖像進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的圖像經(jīng)CPCI通信接口傳輸給相機(jī)工控機(jī)，相機(jī)工控機(jī)通過TCP/IP以太網(wǎng)與前端工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，激光多普勒測速儀測得的速度信息通過RS232通信協(xié)議傳輸給基于CPCI接口的串口寬展卡，模擬信號采集卡和數(shù)字I/O信號控制卡通過RS485通信協(xié)議與基于CPCI接口的串口寬展卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，基于CPCI接口的串口寬展卡通過CPCI通信接口與前端工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。基于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柜的下方，線激光源2入射到被測帶鋼表面形成一條橫跨整個帶鋼的激光線；2)利用光電開關(guān)接收器和光電開關(guān)發(fā)射器同步面陣CMOS相機(jī)拍攝入射在被測帶鋼表面上的激光線和激光多普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(jī)拍攝的圖像信息經(jīng)Camera Link接口傳輸?shù)较鄼C(jī)工控機(jī)上的圖像采集卡，相機(jī)計(jì)算上的圖像采集卡負(fù)責(zé)對圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括中值濾波和感謝區(qū)域的裁剪，并將預(yù)處理后的圖像通過CPCI接口傳輸給相機(jī)工控機(jī)；4)激光多普勒測速儀將被測帶鋼的速度數(shù)據(jù)通過RS232通信協(xié)議傳輸給前端工控機(jī)；5)在相機(jī)工控機(jī)中，利用第一次投影算法對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行處理，以提取圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)，圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)反映了帶鋼表面的高度信息，結(jié)合相機(jī)視覺標(biāo)定就可以通過提取圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)測量出帶鋼表面的高度；6)以上述圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)為基準(zhǔn)，上下各取2行共5行作為提取圖像中激光線端點(diǎn)位置坐標(biāo)的目標(biāo)行；7)利用第二次投影算法對上述5行目標(biāo)行的每一行分別進(jìn)行處理，獲取每一行上激光線端點(diǎn)的亞像素位置坐標(biāo)，對比各行激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)，去掉其中的最大值和最小值，然后對剩余的三行激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)取平均值，將該平均值作為圖像中激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)，圖像中激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)反映了帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)，結(jié)合相機(jī)視覺標(biāo)定和帶鋼表面的高度可以將圖像中激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)；8)通過TCP/IP通信協(xié)議將帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)傳輸?shù)角岸斯た貦C(jī)，并將帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)與激光多普勒測速儀測得的速度進(jìn)行一一匹配生成帶鋼的輪廓數(shù)據(jù)，并以曲線的形式將帶鋼的輪廓數(shù)據(jù)顯示給用戶。
9)模擬信號采集卡與溫度傳感器相連，負(fù)責(zé)對傳感器柜內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時采集， 并將采集的溫度信號通過RS485通信協(xié)議傳輸給基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡，數(shù)字I/O信號控制卡負(fù)責(zé)對輪廓檢測儀系統(tǒng)的狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，并負(fù)責(zé)輸出輪廓檢測儀系統(tǒng)中的數(shù)字信號以控制水冷和風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)。所述的第一次投影算法為將圖像中每一行所有像素點(diǎn)的灰度值投影到該行的縱向坐標(biāo)上，即得到該行上所有像素點(diǎn)灰度值的累加和記為凡。
權(quán)利要求
1.一種基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統(tǒng)，其特征在于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柜(1)、線激光源O)、面陣 CMOS相機(jī)(3)、相機(jī)鏡頭、面陣CMOS相機(jī)的安裝位置(5)、激光多普勒測速儀(6)、螺絲 (7)、兩相鄰面陣CMOS相機(jī)的視覺重疊區(qū)域(8)、被測帶鋼(9)、帶鋼輸送輥道(10)、相機(jī)軸線與相機(jī)安裝點(diǎn)所形成的平面(11)和左面陣CMOS相機(jī)的軸線(12)、光電開關(guān)接收器(13) 和光電開關(guān)發(fā)射器(14)；傳感器柜(1)內(nèi)在等高平面上設(shè)有兩個面陣CMOS相機(jī)(3)，在面陣CMOS相機(jī)(3)上裝有相機(jī)鏡頭G)，且在其面陣CMOS相機(jī)(3)的兩側(cè)分別設(shè)有多個線激光源0)，線激光源(2)與面陣CMOS相機(jī)(3)軸線之間的夾角為2-12度，激光多普勒測速儀(6)通過螺絲(7)固定在傳感器柜(1)的下端，帶鋼輸送輥道(10)上設(shè)有被測帶鋼(9)， 在被測帶鋼(9)上設(shè)有兩相鄰面陣CMOS相機(jī)的視覺重疊區(qū)域(8)，面陣CMOS相機(jī)( 的安裝位置與左面陣CMOS相機(jī)的軸線(12)形成相機(jī)軸線與相機(jī)安裝點(diǎn)所形成的平面(11)，光電開關(guān)接收器(13)安裝在傳感器柜(1)的正前方，光電開關(guān)發(fā)射器(14)安裝在光電開關(guān)接收器(13)的正下方形成對射，且光電開關(guān)發(fā)射器(14)安裝在低于帶鋼輸送輥道(10)的平面的高度平面上，面陣CMOS相機(jī)(3)與相機(jī)工控機(jī)相連，激光多普勒測速儀(6)與前端工控機(jī)相連，且前端工控機(jī)通過網(wǎng)線與相機(jī)工控機(jī)相連，傳感器柜(1)放置在龍門架上；控制裝置包括面陣CMOS相機(jī)、激光多普勒測速儀、基于CPCI接口的圖像采集卡、相機(jī)工控機(jī)、 基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡、模擬信號采集卡、數(shù)字1/0控制卡、前端工控機(jī)；前端工控機(jī)分別與相機(jī)工控機(jī)和基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡相連，相機(jī)工控機(jī)與基于CPCI接口的圖像采集卡相連，基于CPCI接口的圖像采集卡與兩個面陣CMOS相機(jī)相連，基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡分別與激光多普勒測速儀、模擬信號采集卡和數(shù)字1/0信號控制卡相連；面陣 CMOS相機(jī)拍攝的圖像通過CameraLink通信傳輸給基于CPCI接口的圖像采集卡，基于CPCI 接口的圖像采集卡對拍攝圖像進(jìn)行預(yù)處理，并將處理后的圖像經(jīng)CPCI通信接口傳輸給相機(jī)工控機(jī)，相機(jī)工控機(jī)通過TCP/IP以太網(wǎng)與前端工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，激光多普勒測速儀測得的速度信息通過RS232通信協(xié)議傳輸給基于CPCI接口的串口寬展卡，模擬信號采集卡和數(shù)字1/0信號控制卡通過RS485通信協(xié)議與基于CPCI接口的串口寬展卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互， 基于CPCI接口的串口寬展卡通過CPCI通信接口與前端工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法，其特征在于它的步驟如下1)利用帶鋼輸送輥道(10)將被測帶鋼(9)輸送到傳感器柜(1)的下方，線激光源O) 入射到被測帶鋼(9)表面形成一條橫跨整個帶鋼的激光線；2)利用光電開關(guān)接收器(13)和光電開關(guān)發(fā)射器(14)同步面陣CMOS相機(jī)(3)拍攝入射在被測帶鋼(9)表面上的激光線和激光多普勒測速儀(6)測量帶鋼表面沿其長度方向上的速度；3)面陣CMOS相機(jī)(3)拍攝的圖像信息經(jīng)CameraLink接口傳輸?shù)较鄼C(jī)工控機(jī)上的圖像采集卡，相機(jī)計(jì)算上的圖像采集卡負(fù)責(zé)對圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括中值濾波和感謝區(qū)域的裁剪，并將預(yù)處理后的圖像通過CPCI接口傳輸給相機(jī)工控機(jī)；4)激光多普勒測速儀( 將被測帶鋼(9)的速度數(shù)據(jù)通過RS232通信協(xié)議傳輸給前端工控機(jī)；5)在相機(jī)工控機(jī)中，利用第一次投影算法對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行處理，以提取圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)，圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)反映了帶鋼表面的高度信息，結(jié)合相機(jī)視覺標(biāo)定就通過提取圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)測量出帶鋼表面的高度；6)以圖像中激光線中心線的縱向位置坐標(biāo)為基準(zhǔn)，上下各取2行共5行作為提取圖像中激光線端點(diǎn)位置坐標(biāo)的目標(biāo)行；7)利用第二次投影算法對上述5行目標(biāo)行的每一行分別進(jìn)行處理，獲取每一行上激光線端點(diǎn)的亞像素位置坐標(biāo)，對比各行激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)，去掉其中的最大值和最小值， 然后對剩余的三行激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)取平均值，將該平均值作為圖像中激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)，圖像中激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)反映了帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)，結(jié)合相機(jī)視覺標(biāo)定和帶鋼表面的高度將圖像中激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)；8)通過TCP/IP通信協(xié)議將帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)傳輸?shù)角岸斯た貦C(jī)，并將帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)與激光多普勒測速儀( 測得的速度進(jìn)行一一匹配生成帶鋼的輪廓數(shù)據(jù)，并以曲線的形式將帶鋼的輪廓數(shù)據(jù)顯示給用戶。9)模擬信號采集卡與溫度傳感器相連，負(fù)責(zé)對傳感器柜(1)內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時采集， 并將采集的溫度信號通過RS485通信協(xié)議傳輸給基于CPCI接口的串口擴(kuò)展卡，數(shù)字I/O信號控制卡負(fù)責(zé)對輪廓檢測儀系統(tǒng)的狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，并負(fù)責(zé)輸出輪廓檢測儀系統(tǒng)中的數(shù)字信號以控制水冷和風(fēng)冷循環(huán)系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法， 其特征在于所述的第一次投影算法為將圖像中每一行所有像素點(diǎn)的灰度值投影到該行的縱向坐標(biāo)上，即得到該行上所有像素點(diǎn)灰度值的累加和記為凡。
4.如權(quán)利要求2所述的一種基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測方法， 其特征在于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，截取包含激光線端點(diǎn)的部分進(jìn)行處理，對兩相鄰像素點(diǎn)之間按照其灰度值進(jìn)行等間隔線性插值，使兩相鄰像素點(diǎn)之間包含多點(diǎn)，在第j列上像素點(diǎn)之后第η個插入點(diǎn)所對應(yīng)的橫坐標(biāo)<為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于二次投影算法的在線非接觸式中厚板輪廓檢測系統(tǒng)及方法。在該檢測系統(tǒng)中利用面陣CMOS相機(jī)獲取入射在中厚板帶鋼表面的線激光的圖像，再利用二次投影算法對拍攝的圖像進(jìn)行處理，精確地提取出圖像中激光線縱向位置坐標(biāo)和激光線的端點(diǎn)位置坐標(biāo)，通過激光線縱向位置坐標(biāo)可以計(jì)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激光線端點(diǎn)的位置坐標(biāo)結(jié)合相機(jī)的視覺標(biāo)定可以確定被測帶鋼邊緣的空間位置坐標(biāo)，再結(jié)合激光多普勒測速儀測量的帶鋼的速度數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理之后可以得到中厚板帶鋼的輪廓曲線。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了中厚板帶鋼兩側(cè)輪廓的在線非接觸式高速檢測，還實(shí)現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉日明, 唐志峰, 胡旭曉 申請人:杭州浙大精益機(jī)電技術(shù)工程有限公司