[發明專利]一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法

在審

• 申請號: 202010038079.2
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111207695A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 張飛;王迪;周鵬;凌智;肖雄;王磊;袁嬋
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G01B11/02
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

1.一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)搭建測量系統：在帶鋼端部放置1個CCD面陣相機以及雙線激光投射器；所述雙線激光投射器用于向帶鋼端部表面發射兩道平行激光，兩道激光平面投射到帶鋼端部表面后，在帶鋼端部表面形成兩個激光光條，所述兩個激光光條因帶鋼端部表面深度的變化而受到調制，所述CCD面陣相機從另外一個位置采集含有激光光條的圖像；

(2)相機標定：利用采集到的圖像對CCD面陣相機進行標定，得到相機內部參數、外部參數；

(3)光平面標定：利用采集到含有激光光條的圖像、相機參數對激光平面進行標定，得到雙線結構光的光平面參數；

(4)三維空間坐標求解：根據步驟(2)及步驟(3)中得到的相機的內部參數、外部參數和雙線結構光的的光平面參數，得出像素坐標系和相機坐標系之間的轉化關系，推導出熱軋帶鋼端部三維輪廓測量模型；

(5)圖片采集預處理：采集被測帶鋼端部表面含有激光光條的圖像后，對采集到的含有激光光條的圖像進行二值化，然后采用高斯濾波降噪，最后進行帶鋼邊緣提取；

(6)光條圖像處理：對激光光條中心坐標進行擬合；

(7)建立三角關系：建立CCD面陣相機、雙線激光投射器與待測帶鋼之間的三角關系；

(8)三維重建：根據所述熱軋帶鋼端部三維輪廓測量模型計算待測帶鋼端部表面激光光條的空間位姿坐標，并轉換到全局測量坐標系下，得到帶鋼端部的三維點云圖，在此基礎上進行三維重建并對帶鋼寬度進行測量，最終獲得熱軋帶鋼端部的三維輪廓及帶鋼寬度。

2.根據權利要求1所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，所述雙線激光投射器是2個獨立的一字線型激光器的組合。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，所述雙線激光投射器所投射激光顏色為綠色。

4.根據權利要求2所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，所述2個獨立的一字線型激光器平行排列，并垂直于待測帶鋼的表面。

5.根據權利要求1所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，所述CCD面陣相機安裝于帶鋼生產線斜上方，且所述CCD面陣相機同所述雙線激光投射器所發射的激光線成30～60°夾角。

6.根據權利要求1所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，步驟(2)中，所述CCD面陣相機的內部參數包括內部參數矩陣及畸變系數，外部參數包括旋轉矩陣和平移矩陣參數。

7.根據權利要求1所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，步驟(6)中，對激光光條中心坐標進行擬合，具體是采用高斯曲線擬合來獲取條紋中心的坐標。

8.根據權利要求1所述的一種基于雙線結構光的熱軋帶鋼端部三維輪廓測量方法，其特征在于，步驟(7)中，基于激光測量原理，根據針孔相機模型和投射投影理論，所述熱軋帶鋼端部三維輪廓測量模型為：

式中：ρ是所述CCD面陣相機的比例因子，K為所述CCD面陣相機的內參數矩陣，R為旋轉矩陣，T為平移矩陣，(X_w,Y_w,Z_w)是相機坐標系下的坐標，(u,v)是圖像像素坐標系下坐標；a₁，b₁，c₁，d₁為一個一字線型激光器發出的激光平面的平面方程系數，a₂，b₂，c₂，d₂為另一個一字線型激光器發出的激光平面的平面方程系數。