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专利名称：基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测装置。
背景技术：
目前，钢铁行业对带钢轧制生产线的效率及检测精度要求越来越高，特别是中厚板板材自动生产线，由于其在辊道上输送速度极高，这给中厚板平面轮廓在线检测带来了极大的困难，这就要求轮廓检测系统不仅要具备高速的图像采集频率，更要求具备高效的图像处理算法来提取图像中有效信息。中厚板板材作为钢铁行业的一种特殊钢种，由于其表面材质、纹理的易变性和生 产线工况的多变性，采用普通光源的照明方式容易受到外界不确定因素的干扰而引起一定的检测误差。因此，要进一步提高轮廓检测系统中的抗干扰能力，需要改变其照明方式。由于轧制的中厚板板材头、尾轮廓形状存在很大的不确定性，采用传统的检测原理无法精确地这部分的轮廓信息，甚至不能对其进行检测。再者，现有的基于CXD图像传感器的轮廓检测仪无法独立地完成带钢轮廓的检测，因为其无法测量出带钢表面相对辊道平面的高度信息，而是依赖于上一级系统或者其他高度检测设备，这严重限制了轮廓检测仪的应用范围。
发明内容本实用新型的目的是针对当前中厚板轮廓检测仪技术的不足，提供一种基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测装置。基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测系统包括中厚板轮廓检测装置和控制装置；中厚板轮廓检测装置包括传感器柜、线激光源、面阵CMOS相机、相机镜头、面阵CMOS相机的安装位置、激光多普勒测速仪、螺丝、两相邻面阵CMOS相机的视觉重叠区域、被测带钢、带钢输送辊道、相机轴线与相机安装点所形成的平面和左面阵CMOS相机的轴线、光电开关接收器和光电开关发射器；传感器柜内在等高平面上设有两个面阵CMOS相机,在面阵CMOS相机上装有相机镜头，且在其面阵CMOS相机的两侧分别设有多个线激光源，线激光源与面阵CMOS相机轴线之间的夹角为2-12度，激光多普勒测速仪通过螺丝固定在传感器柜的下端，带钢输送辊道上设有被测带钢，在被测带钢上设有两相邻面阵CMOS相机的视觉重叠区域，面阵CMOS相机的安装位置与左面阵CMOS相机的轴线形成相机轴线与相机安装点所形成的平面，光电开关接收器安装在传感器柜的正前方，光电开关发射器安装在光电开关接收器的正下方形成对射，且光电开关发射器安装在低于带钢输送辊道的平面的高度平面上，面阵CMOS相机与相机工控机相连，激光多普勒测速仪与前端工控机相连，且前端工控机通过网线与相机工控机相连，传感器柜放置在龙门架上；控制装置包括面阵CMOS相机、激光多普勒测速仪、基于CPCI接口的图像采集卡、相机工控机、基于CPCI接口的串口扩展卡、模拟信号采集卡、数字I/O控制卡、前端工控机；前端工控机分别与相机工控机和基于CPCI接口的串口扩展卡相连，相机工控机与基于CPCI接口的图像采集卡相连，基于CPCI接口的图像采集卡与两个面阵CMOS相机相连，基于CPCI接口的串口扩展卡分别与激光多普勒测速仪、模拟信号采集卡和数字I/O信号控制卡相连。面阵CMOS相机拍摄的图像通过Camera Link通信传输给基于CPCI接口的图像采集卡，基于CPCI接口的图像采集卡对拍摄图像进行预处理，并将处理后的图像经CPCI通信接口传输给相机工控机，相机工控机通过TCP/IP以太网与前端工控机进行数据交互，激光多普勒测速仪测得的速度信息通过RS232通信协议传输给基于CPCI接口的串口宽展卡，模拟信号采集卡和数字I/O信号控制卡通过RS485通信协议与基于CPCI接口的串口宽展卡 进行数据交互，基于CPCI接口的串口宽展卡通过CPCI通信接口与前端工控机进行数据交互。本实用新型与现有技术相比具有的有益效果I)采用多个线激光源照射在中厚板的表面上，相邻激光线之间通过拼接方式形成一条横跨整个带钢表面的长激光线，了提高带钢宽度的检测范围和激光线沿其长度方向上光强的均匀性；2)两相邻面阵CMOS相机之间采用部分视觉重叠的方式来拍摄入射在带钢表面上的激光线，这种视觉拍摄方式能保证带钢侧边和头、尾的轮廓都能被检测到；3)为了使面阵CMOS相机所拍摄的图像中激光线能反映出带钢表面的高度信息，线激光源以一定的倾角将线激光照在带钢表面上；4)基于二次投影算法的图像处理算法，可以将图像中激光线端点位置坐标的提取精度精确的亚像素级；5)利用面阵CMOS相机来拍摄入射在带钢表面上的激光线，这种基于机器视觉的轮廓检测方法实现了带钢轮廓的非接触式检测；6)利用激光多普勒测速仪来测量带钢在辊道上输送速度，不经实现了带钢速度的非接触式测量，而且在速度测量精度上具有更高重复检查精度，提高了带钢轮廓检测的精确度；7)为了减小带钢自动生产线各种工况对检测系统的干扰，在检测系统中包含了风冷系统和水冷系系统，使面阵CMOS相机、线激光源和激光多普勒测速仪工作在最佳的检测状态。

图I是基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测系统的检测装置示意图；图2是基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测系统的控制装置示意图；图3是基于二次投影算法提取图像中激光线端点位置坐标的总体流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测系统包括中厚板轮廓检测装置和控制装置；中厚板轮廓检测装置包括传感器柜I、线激光源2、面阵CMOS相机3、相机镜头4、面阵CMOS相机的安装位置5、激光多普勒测速仪6、螺丝7、两相邻面阵CMOS相机的视觉重叠区域8、被测带钢9、带钢输送辊道10、相机轴线与相机安装点所形成的平面11和左面阵CMOS相机的轴线12、光电开关接收器13和光电开关发射器14 ；传感器柜I内在等高平面上设有两个面阵CMOS相机3，在面阵CMOS相机3上装有相机镜头4，且在其面阵CMOS相机3的两侧分别设有多个线激光源2，线激光源2与面阵CMOS相机3轴线之间的夹角为2-12度，激光多普勒测速仪6通过螺丝7固定在传感器柜I的下端，带钢输送辊道10上设有被测带钢9，在被测带钢9上设有两相邻面阵CMOS相机的视觉重叠区域8，面阵CMOS相机3的安装位置与左面阵CMOS相机的轴线12形成相机轴线 与相机安装点所形成的平面11，光电开关接收器13安装在传感器柜I的正前方，光电开关发射器14安装在光电开关接收器13的正下方形成对射,且光电开关发射器14安装在低于带钢输送辊道10的平面的高度平面上，面阵CMOS相机3与相机工控机相连，激光多普勒测速仪6与前端工控机相连，且前端工控机通过网线与相机工控机相连，传感器柜I放置在龙门架上；控制装置包括面阵CMOS相机、激光多普勒测速仪、基于CPCI接口的图像采集卡、相机工控机、基于CPCI接口的串口扩展卡、模拟信号采集卡、数字1/0控制卡、前端工控机；前端工控机分别与相机工控机和基于CPCI接口的串口扩展卡相连，相机工控机与基于CPCI接口的图像采集卡相连，基于CPCI接口的图像采集卡与两个面阵CMOS相机相连，基于CPCI接口的串口扩展卡分别与激光多普勒测速仪、模拟信号采集卡和数字1/0信号控制卡相连。面阵CMOS相机拍摄的图像通过Camera Link通信传输给基于CPCI接口的图像采集卡，基于CPCI接口的图像采集卡对拍摄图像进行预处理，并将处理后的图像经CPCI通信接口传输给相机工控机，相机工控机通过TCP/IP以太网与前端工控机进行数据交互，激光多普勒测速仪测得的速度信息通过RS232通信协议传输给基于CPCI接口的串口宽展卡，模拟信号采集卡和数字1/0信号控制卡通过RS485通信协议与基于CPCI接口的串口宽展卡进行数据交互，基于CPCI接口的串口宽展卡通过CPCI通信接口与前端工控机进行数据交互。如图3所示，基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测系统的方法为在相机工控机中利用第一次投影算法对预处理后的图像进行处理，以提取图像中激光线中心线的纵向位置坐标，以该中心线的纵向位置坐标为基准上下各取2行共5行作为提取图像中激光线端点位置坐标的目标行，再利用第二次投影算法分别对这五行激光线进行处理，获取每一行上激光线端点的亚像素位置坐标，去掉其中的最大值和最小值，然后对剩余的三个取平均值，将该平均值作为图像中激光线的端点位置坐标。基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测方法的步骤如下I)利用带钢输送辊道10将被测带钢9输送到传感器柜I的下方，线激光源2入射到被测带钢9表面形成一条横跨整个带钢的激光线；2)利用光电开关接收器13和光电开关发射器14同步面阵CMOS相机3拍摄入射在被测带钢9表面上的激光线和激光多普勒测速仪6测量带钢表面沿其长度方向上的速度；3)面阵CMOS相机3拍摄的图像信息经Camera Link接口传输到相机工控机上的图像采集卡，相机计算上的图像采集卡负责对图像进行预处理，包括中值滤波和感谢区域的裁剪，并将预处理后的图像通过CPCI接口传输给相机工控机；4)激光多普勒测速仪5将被测带钢9的速度数据通过RS232通信协议传输给前端工控机；5)在相机工控机中，利用第一次投影算法对预处理后的图像进行处理，以提取图像中激光线中心线的纵向位置坐标，图像中激光线中心线的纵向位置坐标反映了带钢表面 的高度信息，结合相机视觉标定就可以通过提取图像中激光线中心线的纵向位置坐标测量出带钢表面的高度；6)以上述图像中激光线中心线的纵向位置坐标为基准，上下各取2行共5行作为提取图像中激光线端点位置坐标的目标行；7)利用第二次投影算法对上述5行目标行的每一行分别进行处理，获取每一行上激光线端点的亚像素位置坐标，对比各行激光线的端点位置坐标，去掉其中的最大值和最小值，然后对剩余的三行激光线的端点位置坐标取平均值，将该平均值作为图像中激光线的端点位置坐标，图像中激光线的端点位置坐标反映了带钢边缘的空间位置坐标，结合相机视觉标定和带钢表面的高度可以将图像中激光线的端点位置坐标转换成带钢边缘的空间位置坐标；8)通过TCP/IP通信协议将带钢边缘的空间位置坐标传输到前端工控机，并将带钢边缘的空间位置坐标与激光多普勒测速仪5测得的速度进行一一匹配生成带钢的轮廓数据，并以曲线的形式将带钢的轮廓数据显示给用户。9)模拟信号采集卡与温度传感器相连，负责对传感器柜I内的温度进行实时采集，并将采集的温度信号通过RS485通信协议传输给基于CPCI接口的串口扩展卡，数字I/O信号控制卡负责对轮廓检测仪系统的状态信息进行监控，并负责输出轮廓检测仪系统中的数字信号以控制水冷和风冷循环系统。所述的第一次投影算法为将图像中每一行所有像素点的灰度值投影到该行的纵向坐标上，即得到该行上所有像素点灰度值的累加和记为凡。T1=YjJiiJ) i = \---m
J=I式中，f (i，j)为图像中i行j列上像素点对应的灰度值，m为图像的纵向宽度，n为图像的横向宽度。对上述像素点上灰度值的累加和Ti进行对比，选取最大值所对应的行作为图像中激光线中心线的纵向位置坐标Y。{Y = k|Tk = MAXtT1, T2,式中，k为像素点上灰度值累积和最大行所对应的纵向坐标位置。[0047]所述的第二次投影算法为针对图像中上述五行中的其中一行，截取包含激光线端点的部分进行处理，对两相邻像素点之间按照其灰度值进行等间隔线性插值，使两相邻像素点之间包含多点，在第j列上像素点之后第n个插入点所对应的横坐标<为
权利要求1.一种基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测装置，其特征在于包括中厚板轮廓检测装置和控制装置；中厚板轮廓检测装置包括传感器柜(I)、线激光源(2)、面阵CMOS相机(3)、相机镜头(4)、面阵CMOS相机的安装位置(5)、激光多普勒测速仪(6)、螺丝(7)、两相邻面阵CMOS相机的视觉重叠区域(8)、被测带钢(9)、带钢输送辊道(10)、相机轴线与相机安装点所形成的平面(11)和左面阵CMOS相机的轴线(12)、光电开关接收器(13)和光电开关发射器(14);传感器柜(I)内在等高平面上设有两个面阵CMOS相机(3)，在面阵CMOS相机(3)上装有相机镜头(4)，且在其面阵CMOS相机(3)的两侧分别设有多个线激光源(2)，线激光源(2)与面阵CMOS相机(3)轴线之间的夹角为2-12度，激光多普勒测速仪(6)通过螺丝(7)固定在传感器柜(I)的下端，带钢输送辊道(10)上设有被测带钢(9)，在被测带钢(9)上设有两相邻面阵CMOS相机的视觉重叠区域(8)，面阵CMOS相机(3)的安装位置与左面阵CMOS相机的轴线(12)形成相机轴线与相机安装点所形成的平面(11 )，光电开关接收器(13)安装在传感器柜(I)的正前方，光电开关发射器(14)安装在光电开关接收器(13)的正下方形成对射，且光电开关发射器(14)安装在低于带钢输送辊道(10)的平面的高度平面上，面阵CMOS相机(3)与相机エ控机相连，激光多普勒测速仪(6)与前端エ控机相连，且前端エ控机通过网线与相机エ控机相连，传感器柜(I)放置在龙门架上；控制装置包括面阵CMOS相机、激光多普勒测速仪、基于CPCI接ロ的图像采集卡、相机エ控机、基于CPCI接ロ的串ロ扩展卡、模拟信号采集卡、数字1/0控制卡、前端エ控机；前端エ控机分别与相机エ控机和基于CPCI接ロ的串ロ扩展卡相连，相机エ控机与基于CPCI接ロ的图像采集卡相连，基于CPCI接ロ的图像采集卡与两个面阵CMOS相机相连，基于CPCI接ロ的串ロ扩展卡分别与激光多普勒测速仪、模拟信号采集卡和数字1/0信号控制卡相连；面阵CMOS相机拍摄的图像通过Camera Link通信传输给基于CPCI接ロ的图像采集卡，基于CPCI接ロ的图像采集卡对拍摄图像进行预处理，并将处理后的图像经CPCI通信接ロ传输给相机エ控机，相机エ控机通过TCP/IP以太网与前端エ控机进行数据交互，激光多普勒测速仪测得的速度信息通过RS232通信协议传输给基于CPCI接ロ的串ロ宽展卡，模拟信号采集卡和数字1/0信号控制卡通过RS485通信协议与基于CPCI接ロ的串ロ宽展卡进行数据交互，基于CPCI接ロ的串ロ宽展卡通过CPCI通信接ロ与前端エ控机进行数据交互。
专利摘要本实用新型公开了一种基于二次投影算法的在线非接触式中厚板轮廓检测装置。在该检测系统中利用面阵CMOS相机获取入射在中厚板带钢表面的线激光的图像，再利用二次投影算法对拍摄的图像进行处理，精确地提取出图像中激光线纵向位置坐标和激光线的端点位置坐标，通过激光线纵向位置坐标可以计算出中厚板表面的高度信息，通过中厚板表面的高度信息和激光线端点的位置坐标结合相机的视觉标定可以确定被测带钢边缘的空间位置坐标，再结合激光多普勒测速仪测量的带钢的速度数据，经计算机处理之后可以得到中厚板带钢的轮廓曲线。本实用新型不仅实现了中厚板带钢两侧轮廓的在线非接触式高速检测，还实现了中厚板带钢头、尾轮廓的在线非接触式高速检测。
文档编号G01B11/24GK202420446SQ201220013100
公开日2012年9月5日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘日明, 景立伟, 李恺, 胡旭晓, 胡海斌, 郑胜义, 魏爱玉 申请人:杭州浙大精益机电技术工程有限公司