[發明專利]基于機器視覺的板坯翹曲檢測裝置及方法有效
| 申請號： | 202010313834.3 | 申請日： | 2020-04-20 |
| 公開（公告）號： | CN111521129B | 公開（公告）日： | 2021-08-31 |
| 發明（設計）人： | 徐冬;靳光胤;楊荃;王曉晨;劉洋;孫友昭;賀貴賢 | 申請（專利權）人： | 北京科技大學 |
| 主分類號： | G01B11/24 | 分類號： | G01B11/24 |
| 代理公司： | 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237 | 代理人： | 張仲波 |
| 地址： | 100083*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 機器 視覺 板坯翹曲 檢測 裝置 方法 | ||
1.一種基于機器視覺的板坯翹曲檢測裝置，其特征在于：包括面陣相機(1)、線結構光光源(2)、數據處理服務器(3)、顯示器(4)、PLC控制器(5)、光源支架、相機支架、水冷設備和對射式金屬檢測器，相機支架安裝在軋機入口和出口的輥道操作側外部，面陣相機(1)安裝在相機支架內部，傾斜向下拍攝軋機兩側的輥道，通過千兆以太網將采集的圖像數據傳遞給數據處理服務器(3)，光源支架安裝在軋機入口和出口的輥道傳動側外部，線結構光光源(2)安裝在光源支架上，傾斜向下將線結構光投射至輥道中心位置，顯示器(4)連接數據處理服務器(3)，數據處理服務器(3)通過千兆以太網與PLC控制器(5)連接，PLC控制器(5)通過信號線與線結構光光源(2)、面陣相機(1)、對射式金屬檢測器及粗軋一級控制PLC(6)連接，分別控制線結構光光源(2)的開關、面陣相機(1)的拍照開關、對射式金屬檢測器的通斷狀態及獲取板坯軋制數據；其中，面陣相機(1)有兩個，分別為面陣相機A(1.1)和面陣相機B(1.2)，線結構光光源(2)有兩個，分別為線結構光光源A(2.1)和線結構光光源B(2.2)，對射式金屬檢測器(10)有四個，分別為對射式金屬檢測器A(10.1)、對射式金屬檢測器B(10.2)、對射式金屬檢測器C(10.3)和對射式金屬檢測器D(10.4)，面陣相機A(1.1)和面陣相機B(1.2)連接水冷設備A(9.1)，線結構光光源A(2.1)和線結構光光源B(2.2)連接水冷設備B(9.2)；
應用該裝置的方法，包括步驟如下：
S0：檢測裝置安裝完成后進行系統標定，得到轉換矩陣和光平面方程；
S1：當板坯到達位置P1時，PLC控制器(5)打開對應側線結構光光源(2)，在板坯長度方向打出一條線結構光；
S2：當板坯到達位置P2時，PLC控制器(5)通過板坯速度及對應側面陣相機(1)視野長度計算拍攝幀率，通過脈沖信號觸發對應側面陣相機連續拍攝線結構光在板坯上的圖像；
S3：板坯到達位置P3時結束拍攝，板坯到達位置P4時關閉對應側線結構光光源；
S4：獲取的圖片傳輸至數據處理服務器(3)，經過光條中心的提取、坐標轉換、圖像拼接以及特征參數計算獲得板坯上表面在高度方向的翹曲形狀及頭部、尾部翹曲形式及表征參數，顯示在顯示器上；
對于面陣相機A(1.1)的位置P1、P2、P3和P4對應的對射式金屬檢測器狀態為：
位置P1：對射式金屬檢測器A(10.1)為低電平，對射式金屬檢測器B(10.2)為上升沿；
位置P2：對射式金屬檢測器B(10.2)為高電平，對射式金屬檢測器A(10.1)為上升沿；
位置P3：對射式金屬檢測器A(10.1)為高電平，對射式金屬檢測器B(10.2)為下降沿；
位置P3：對射式金屬檢測器B(10.2)為底電平，對射式金屬檢測器A(10.1)為下降沿；
對于面陣相機B(1.2)的位置P1、P2、P3和P4對應的對射式金屬檢測器狀態為：
位置P1：對射式金屬檢測器D(10.4)為低電平，對射式金屬檢測器C(10.3)為上升沿；
位置P2：對射式金屬檢測器C(10.3)為高電平，對射式金屬檢測器D(10.4)為上升沿；
位置P3：對射式金屬檢測器D(10.4)為高電平，對射式金屬檢測器C(10.3)為下降沿；
位置P3：對射式金屬檢測器C(10.3)為底電平，對射式金屬檢測器D(10.4)為下降沿；
其中，對射式金屬檢測器A(10.1)、對射式金屬檢測器B(10.2)、對射式金屬檢測器C(10.3)、對射式金屬檢測器D(10.4)無物體通過的情況下為低電平，有物體阻擋的情況下為高電平；
所述S0中系統標定包括以下步驟：
(1)調整好面陣相機的位姿后，利用張正友標定方法獲取面陣相機圖像坐標系到基準坐標系的轉換矩陣M：
其中，標定時基準坐標系的X軸指向板坯前進方向，Z軸垂直指向上方；
(2)調整好線結構光光源位姿后，標定光平面在基準坐標系下的方程
AX+BY+CZ-1＝0
其中，A、B、C是光平面方程系數；
所述S4中特征參數計算包括以下步驟：
(1)點的分類：頭部2000mm，尾部2000mm
其中，ψ1是板坯頭部點的集合，ψ2是尾部點的集合，ψ3是中間部分點的集合；
(2)擬合頭部、尾部曲線：用三次多項式對點進行擬合，結果表示為
(3)頭部曲線分析，判定參數有F1(x)的最大值F1max、最小值F1min、F1′(x)和極大值點對應的x坐標x1；
首先判斷是否合格，如果符合下式則判定為合格：
其中，h1和h2分別是翹頭最低標準、扣頭最低標準；h為板坯厚度均值；
L-形翹頭判定參數是F1′(x)和F1max，如果參數符合下式，則判定為L-形翹頭：
S-形扣頭的判定參數是F1max、F1′(x)和x1，若滿足下式，則判定為S-形扣頭：
其中，x1是F1(x)一階導數等于0的解的最大值；
(4)尾部曲線分析的判定參數有F2(x)的最大值F2max和最小值F2min，以及F2′(x)；
首先判斷是否合格，如果符合下式，則判定為合格：
其中，h1和h2分別是翹頭最低標準、扣頭最低標準；
L-翹尾判定參數是F2max和F2′(x)，如果滿足下式，則判定為L-翹尾：
L-扣尾判定參數是F2min和F2′(x)，如果滿足下式，則判定為L-扣尾：
所述相機支架包括底座(8.1)、外殼(8.2)、升降臺(8.3)、相機位姿調整裝置(8.4)、相機冷卻裝置(8.5)和除塵裝置(8.6)，底座(8.1)通過地腳螺栓安裝在地面上，外殼(8.2)通過螺栓安裝在底座(8.1)上，升降臺(8.3)通過螺栓安裝在底座(8.1)上方，相機位姿調整裝置(8.4)通過螺栓安裝在升降臺(8.3)上方，相機冷卻裝置(8.5)安裝在相機位姿調整裝置(8.4)上，面陣相機除鏡頭外部分安裝在相機冷卻裝置(8.5)內部，除塵裝置(8.6)的除塵部分安裝在外殼(8.2)的窗口上，負責清掃外殼窗口上的粉塵及水汽，除塵裝置(8.6)其余部分安裝在外殼(8.2)內部；
所述S4中光條中心的提取包括以下步驟：
(1)對光條圖像二值化處理：
其中，T0是獲取二值圖像的閾值，I(x，y)是(x，y)像素坐標對應的灰度值；
(2)對光條圖像某一像素點(x，y)的八鄰域像素點進行分析，設當前需要判斷的像素點(x，y)為P1點，其八鄰域像素點為P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9；
(3)判斷(x，y)點是否符合a、b、c、d四個條件，若符合，則標記(x，y)為待刪除點，否則執行步驟(5)：
a、2≤N(P1)≤6；
b、S(P1)＝1；
c、I(P2)*I(P4)*I(P6)＝0；
d、I(P4)*I(P6)*I(P8)＝0
其中，N(P1)表示(x，y)點相鄰像素中，為前景點的個數，即灰度值為1的點的個數；S(P1)表示從P2點順時針到P9點，再到P2點的過程中出現0-1的累計次數；I(P2)、I(P4)、I(P6)、I(P8)分別為P2、P4、P6、P8位置像素灰度值；
(4)判斷(x，y)點是否符合e、f、g、h四個條件，若符合，則標記(x，y)為待刪除點，否則執行步驟(6)：
e、2≤N(P1)≤6；
f、S(P1)＝1；
g、I(P2)*I(P4)*I(P8)＝0；
h、I(P2)*I(P6)*I(P8)＝0
其中，N(P1)表示(x，y)點相鄰像素中，為前景點的個數，即灰度值為1的點的個數S(P1)表示從P2點順時針到P9點，再到P2點的過程中出現0-1的累計次數，例如，如果P2點灰度為0，P3點灰度為1，則累計次數加1；g、h條件是對應位置像素灰度值乘積為0；
(5)對光條圖像中未經判斷點循環執行步驟(3)—步驟(5)，直到全部像素點被判斷；
(6)將光條圖像中未被標記的點記作
其中，n為光條圖像中未被標記點的個數；是未標記點的集合。
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