[發明專利]一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法

有效

• 申請號: 202110441283.3
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113198854B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 張飛;劉心爽;項曉菲;張勇軍;鄧能輝;楊朝霖;郭楊;肖雄
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B21B38/02
• 分類號: B21B38/02;B21B37/00;B21B15/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

1.一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)帶鋼端部圖像采集：采用雙線結構光三維測量方法進行測量圖像獲取；

(2)圖像信息處理：利用機器視覺系統的圖像處理單元，對步驟(1)獲取的含有激光光條的圖像進行處理，處理步驟包括：ROI區域提取、濾波處理、圖像分割、激光光條紋中心提取；

(3)三維輪廓獲取：根據視覺原理推導帶鋼端部三維輪廓測量模型，獲得帶鋼端部三維點云圖，對帶鋼端部三維點云圖像進行三維重建，獲取帶鋼端部的三維輪廓，即帶鋼端部的實際輪廓；

(4)三維凸包運算：建立三維凸包算法，利用步驟(3)所得帶鋼端部三維點云圖，對實際帶鋼端部圖像進行三維凸包運算，獲得三維凸包運算圖像；

(5)模糊自整定PID控制器決策：對步驟(4)三維凸包運算所得圖像與步驟(3)提取的帶鋼端部的實際輪廓特征求差，通過模糊自整定PID控制器進行剪切尺寸獲取，獲得準確剪切尺寸；

(6)控制器傳遞剪切信號：將步驟(5)中計算所得的準確剪切尺寸作為傳遞信號發送至執行機構；

(7)執行機構進行剪切：飛剪執行機構在接收到計算機的剪切指令后，對帶鋼端部變形部位進行剪切。

2.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法，其特征在于，步驟(1)中，圖像采集為非接觸式測量，圖像測量系統包含一工業CCD面陣相機以及雙線激光投射器，通過對帶鋼端部激光照射后，采集在帶鋼端部表面產生的激光光條圖像。

3.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法，其特征在于，步驟(2)中，所述圖像信息處理利用機器視覺系統的Blob圖像處理單元，采用Blob圖形分析方法，對步驟(1)獲取的含有激光光條的帶鋼端部變形圖像進行二值化、形態學處理、特征提取，圖像分割方法采用動態閾值分割，濾波方法采用高斯濾波進行降噪。

4.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法，其特征在于，步驟(4)中，三維凸包運算是將步驟(3)中帶鋼端部三維點云圖對應的帶鋼端部三維點云集合定義為P，并作為三維凸包運算的輸入信息，通過三維凸包算法實現三維凸包運算，輸出信息為邊界集Q。

5.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法，其特征在于，步驟(5)中，所述模糊自整定PID控制器與所述圖像處理單元、所述飛剪執行機構連接；輸入信息為步驟(4)三維凸包運算所得圖像以及步驟(3)提取的帶鋼端部的三維輪廓求差值，輸出信息為剪切控制信號。

6.根據權利要求1所述的一種基于機器視覺的熱軋帶鋼優化剪切方法，其特征在于，所述模糊自整定PID控制器采用模糊自整定PID參數控制方法，包括：

將步驟(4)三維凸包運算所得圖像以及步驟(3)提取的帶鋼端部的三維輪廓的求差值作為模糊自整定PID控制器的輸入值進行調節決策；

模糊自整定PID控制器根據圖像處理所得信息，并對實際剪切情況進行評估：

對輸入、輸出量進行模糊化，將偏差E、偏差變化率E_C、輸出變量K_FP、K_FI、K_FD轉換為模糊集合的隸屬函數；模糊子集為{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，對應{NB,NM,NS,O,PS,PM,PB},將論域定義為{-0.5，-0.3，-0.1，0，0.1，0.3，0.5}；

通過專家經驗對模糊規則庫進行定義，實現模糊控制器的控制決策功能；

通過模糊規則得到不同輸入下的輸出值K_FP、K_FI、K_FD，經解模糊后將模糊輸出量K_FP、K_FI、K_FD轉化成精確比例、積分、微分控制系數K_P、K_I、K_D，根據模糊在線自整定所得PID調節系數進行控制，給定建議飛剪參數。