中厚板平面板形測量系統及方法
【專利摘要】本發明提供一種中厚板平面板形測量系統及方法，該系統包括：圖像采集單元，通過線陣相機采集鋼板圖像；圖像識別單元，與所述圖像采集單元連接，用于識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標；圖像處理單元，與所述圖像處理單元連接，用于將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線；圖像計算單元，與所述圖像處理單元連接，用于計算鋼板曲線的拐點。本發明提供的中厚板平面板形測量方法及系統采用激光線光源和線陣CCD攝像機，不僅可以實現普通測寬儀測量鋼板實時寬度的功能，而且可以測量鋼板的輪廓形狀并給出鋼板輪廓上的特征拐點，檢測鋼板頭尾長度，為優化剪切提供了直觀和可靠的數據。
【專利說明】中厚板平面板形測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器視覺【技術領域】，具體涉及一種中厚板平面板形測量系統及方法。
【背景技術】
[0002]為減少材料浪費，提高中厚板成材率，世界上先進的鋼鐵企業已較普遍采用在線自動檢測技術對鋼板的寬度和長度進行檢測，以確定最優剪切方案，實現最優化剪切。
[0003]優化剪切包含兩個步驟:首先，利用板形測量系統檢測得到鋼板平面外形輪廓的精確坐標，獲得鋼板外形及尺寸；然后，優化剪切系統根據上述鋼板外形具體情況計算出最佳裁剪方案，確定剪切線位置，并將優化結果傳送到剪切操作系統。
[0004]目前國內產品僅有應用于熱軋和冷軋的測寬系統，還沒有專門應用于中厚板剪切前的板形測量系統。所以國內鋼廠采用國外的板形儀來檢測中厚板外形輪廓，而國外的板形儀還包括平直度檢測等多項其它功能，使整體設備非常昂貴，導致國內只有少數高端的中厚板廠有能力采用優化剪切技術，使該項技術在國內的應用市場非常小，因此，為降低鋼廠使用優化剪切技術的資金門檻，開發專門應用于中厚板剪切前的板形測量系統很有必要。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種中厚板平面板形測量系統及方法，用以對中厚板剪切前進行板形測量。
[0006]本發明的技術方案是提供一種中厚板平面板形測量系統，包括:
[0007]圖像采集單元，通過線陣相機采集鋼板圖像；
[0008]圖像識別單元，與所述圖像采集單元連接，用于識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標；
[0009]圖像處理單元，與所述圖像處理單元連接，用于將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線；
[0010]圖像計算單元，與所述圖像處理單元連接，用于計算鋼板曲線的拐點。
[0011]在本發明一實施例中，所述圖像識別單元將鋼板區域的坐標對應于世界坐標。
[0012]在本發明一實施例中，所述圖像識別單元將鋼板曲線的坐標對應為世界坐標。
[0013]在本發明一實施例中，所述圖像計算單元根據所述鋼板曲線選擇中心線將所述鋼板曲線分為兩部分，當第一部分中獨立區域個數超過一閥值時，判定該部分為鋼板的頭部；當第二部分中獨立區域個數超過該閥值時，判定該部分為鋼板的尾部。
[0014]在本發明一實施例中，所述圖像計算單元將所述坐標排序，計算相鄰兩點間斜率，當相鄰斜率差值大于第二閥值時，判定三點中的中間點為拐點。
[0015]本發明還提供一種中厚板平面板形測量方法，該方法步驟包括:
[0016]通過線陣相機采集鋼板圖像；
[0017]識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標；
[0018]將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線；
[0019]計算鋼板曲線的拐點。
[0020]在本發明一實施例中，所述識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標后還包括:將鋼板區域的坐標對應于世界坐標。
[0021]在本發明一實施例中，所述鋼板曲線后還包括:將鋼板曲線的坐標對應為世界坐標。
[0022]在本發明一實施例中，根據所述鋼板曲線選擇中心線將所述鋼板曲線分為兩部分，當第一部分中獨立區域個數超過一閥值時，判定該部分為鋼板的頭部；當第二部分中獨立區域個數超過該閥值時，判定該部分為鋼板的尾部。
[0023]在本發明一實施例中，將所述坐標排序，計算相鄰兩點間斜率，當相鄰斜率差值大于第二閥值時，判定三點中的中間點為拐點。
[0024]本發明提供的中厚板平面板形測量方法及系統采用激光線光源和線陣CCD攝像機，不僅可以實現普通測寬儀測量鋼板實時寬度的功能，而且可以測量鋼板的輪廓形狀并給出鋼板輪廓上的特征拐點，檢測鋼板頭尾長度，為優化剪切提供了直觀和可靠的數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1是本發明的中厚板平面板形測量系統原理圖；
[0027]圖2是本發明的中厚板平面板形測量系統配置結構圖；
[0028]圖3是本發明的中厚板平面板形測量流程圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0030]圖1是本發明提供的中厚板平面板形測量系統原理圖，其中，該測量系統包括:
[0031]圖像采集單元101，通過線陣相機采集鋼板圖像；
[0032]圖像識別單元102，與所述圖像采集單元101連接，用于識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標；
[0033]圖像處理單元103，與所述圖像處理單元102連接，用于將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線；
[0034]圖像計算單元104，與所述圖像處理單元103連接，用于計算鋼板曲線的拐點。
[0035]在本發明一實施例中，所述圖像識別單元102將鋼板區域的坐標對應于世界坐標。
[0036]在本發明一實施例中，所述圖像識別單元102將鋼板曲線的坐標對應為世界坐標。
[0037]在本發明一實施例中，所述圖像計算單元104根據所述鋼板曲線選擇中心線將所述鋼板曲線分為兩部分，當第一部分中獨立區域個數超過一閥值時，判定該部分為鋼板的頭部；當第二部分中獨立區域個數超過該閥值時，判定該部分為鋼板的尾部。
[0038]在本發明一實施例中，所述圖像計算單元104將所述坐標排序，計算相鄰兩點間斜率，當相鄰斜率差值大于第二閥值時，判定三點中的中間點為拐點。
[0039]本發明提供的中厚板平面板形測量系統采用激光線光源和線陣CCD攝像機，不僅可以實現普通測寬儀測量鋼板實時寬度的功能，而且可以測量鋼板的輪廓形狀并給出鋼板輪廓上的特征拐點，檢測鋼板頭尾長度，為優化剪切提供了直觀和可靠的數據。
[0040]圖3是本發明還提供的中厚板平面板形測量方法的流程圖，該方法步驟包括:
[0041]SOl:通過線陣相機采集鋼板圖像；
[0042]S02:識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標；
[0043]S03:將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線；
[0044]S04:計算鋼板曲線的拐點。
[0045]在本發明一實施例中，所述識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標后還包括:將鋼板區域的坐標對應于世界坐標。
[0046]在本發明一實施例中，所述鋼板曲線后還包括:將鋼板曲線的坐標對應為世界坐標。
[0047]在本發明一實施例中，根據所述鋼板曲線選擇中心線將所述鋼板曲線分為兩部分，當第一部分中獨立區域個數超過一閥值時，判定該部分為鋼板的頭部；當第二部分中獨立區域個數超過該閥值時，判定該部分為鋼板的尾部。
[0048]在本發明一實施例中，將所述坐標排序，計算相鄰兩點間斜率，當相鄰斜率差值大于第二閥值時，判定三點中的中間點為拐點。
[0049]本發明提供的中厚板平面板形測量方法，不僅可以實現普通測寬儀測量鋼板實時寬度的功能，而且可以測量鋼板的輪廓形狀并給出鋼板輪廓上的特征拐點，檢測鋼板頭尾長度，為優化剪切提供了直觀和可靠的數據。
[0050]另外，由于本發明光源和攝像機的數量少，因此結構簡單，易于維護。
[0051]下面結合一個中厚板平面板形測量系統為例對本發明進行具體描述，然而值得注意的是該具體實施例僅是為了更好地描述本發明，并不構成對本發明的不當限定。
[0052]請結合圖2，圖2是本發明的中厚板平面板形測量系統配置結構圖。攝像機I和光源2都通過支架平行安裝在鋼板3上方，其中，光源2為激光線光源，發射的光線在鋼板3表面的寬度方向形成一條激光照射線，且照射線的長度大于鋼板3寬度。攝像機I采用黑白線陣CCD攝像機，連接計算機4中的圖像采集卡5的傳輸控制接口采用camera link接口方式，拍攝視場寬度取決于中厚板板材的寬度，一般攝像機視野要覆蓋到整個板寬，并且左右各留有至少10mm的寬度，即拍攝視場寬度多鋼板3寬度+200mm。此外，攝像機I和光源2架設的高度取決于中厚板板材的寬度，一般距離板材為1.5-2.5m，且光源2的高度要稍低于攝像機I的高度。
[0053]在鋼板3下方輥道上安裝測速編碼器6，當速度不為零時，編碼器6發出脈沖信號到計算機4中的計數器7，測出鋼板3移動速度，進而得到鋼板3行進方向的位移。
[0054]在對中厚板平面板形測量之前，先確定待測鋼板的圖像坐標系和世界坐標系之間的映射關系。具體來說就是，在生產線靜止狀態下，使用標定尺根據光源2發出的照射線在待測鋼板上的亮度調節攝像機I的曝光時間，以使鋼板明暗對比度達到最佳狀態。另外還需設置提取拐點閾值參數，設置頭尾長度范圍參數。
[0055]在做好測量工作的必要準備之后，開始對中厚板平面板進行測量工作。
[0056](一 )啟動測量系統，攝像機I開始連續拍攝圖像，檢測下方是否有鋼板進入視野中，如無，則循環拍攝和檢測步驟；當檢測到有鋼板時，對鋼板3開始連續拍攝。攝像機I會將當前拍攝的圖像傳輸到計算機4中的圖像采集卡5，軟件對接收到的圖像進行感興趣區域提取、平滑濾波、閾值分割、二值化、填充孔隙、檢測鋼板區域、分割獨立區域、邊緣檢測、提取左、右邊緣的圖像坐標。
[0057]具體來說，為獲得鋼板邊緣的圖像坐標，需要對采集到的鋼板上表面圖像進行處理，每幅圖像都通過以下方法進行處理:提取感興趣區域以去除多余區域、平滑濾波以去除噪聲、設定閾值將灰度圖像轉化為二值化圖像、填充二值化圖像中的孔隙、檢測圖像中的鋼板區域并去除干擾區域、計算圖像中鋼板獨立區域個數、分別對各區域進行邊緣檢測，并對每個區域提取鋼板左、右邊緣，在左、右邊緣的圖像坐標族中選擇合適的圖像坐標作為此鋼板區域左、右邊緣的圖像坐標。
[0058](二)通過編碼器6和計算機4中的計數器7檢測待測鋼板的移動速度，然后計算得到鋼板行進方向的位移。根據位移及圖像坐標系和世界坐標系之間的映射關系，將左右邊緣的圖像坐標轉化為世界坐標。循環以上步驟，當攝像機I再次檢測到下方沒有鋼板，或編碼器6檢測到鋼板移動停止時，停止循環，等待下一塊鋼板。
[0059]具體來說，為得到鋼板邊緣的世界坐標，采用如下方法:根據生產線靜止狀態下計算獲得的圖像坐標系與世界坐標系之間的對應關系，將第一次檢測到的鋼板坐標作為世界坐標系原點，通過當前獲得的鋼板的移動速度，結合已知前后兩幅圖像拍攝的時間差，以及圖像坐標與世界坐標之間的對應關系，可以獲得其他鋼板區域邊緣的世界坐標，依次處理所有圖像中鋼板區域左、右邊緣的圖像坐標，由此得到以時間為順序的鋼板輪廓上的所有世界坐標。
[0060](三)根據待測鋼板的世界坐標計算生成待測鋼板的第一板形圖和輪廓上的特征拐點；
[0061]為得到鋼板輪廓上的特征拐點，采用如下方法:對得到的鋼板世界坐標進行逆時針排序，排序后的坐標中每三個點依次計算兩點間斜率值。從第二個斜率值開始計算其與前一斜率值之間差值的絕對值，當差值大于設定閾值時判定三個點中的中間點為特征拐點，依次計算得到所有的特征拐點，如遇到斜率無窮大的兩點，都記為特征拐點拐點。
[0062]根據所述待測鋼板輪廓上的特征拐點重構所述第一板形圖生成第二板形圖；
[0063](四)根據所述第二板形圖分割出待測鋼板的頭尾區域。
[0064]為分割待測鋼板的出頭尾區域，采用以下方法:根據實際經驗設定鋼板頭部長度閾值和尾部長度閾值。按照檢測到鋼板的長度將世界坐標平分為前后兩部分，分割后前半部分包含鋼板頭部，后半部分包含鋼板尾部。對于前半部分，從離頭部最遠的坐標開始向鋼板頭部方向，檢測每個坐標所屬圖像中包含的鋼板獨立區域個數是否為1，直到不為I時停止檢測，將從鋼板頭部第一個坐標開始到此坐標為止所確定的長度設為鋼板頭部；若全部為1，則按設定的鋼板頭部長度閾值分割出鋼板頭部。對于包含鋼板尾部的后一部分坐標，從離尾部最遠的坐標開始向鋼板尾部方向，檢測每個坐標所屬圖像中包含的鋼板獨立區域個數是否為I，直到不為I時停止檢測，將從此坐標開始到鋼板尾部最后一個坐標為止所確定的長度設為鋼板尾部；若全部為1，則按設定的鋼板尾部長度閾值分割出鋼板尾部。
[0065]最后，在計算機4的顯示屏8的界面上顯示鋼板的輪廓形狀、實時寬度、長度、頭尾形狀和分割寬度，并將坐標及寬度信息存入數據庫。
[0066]本發明提供的中厚板平面板形測量方法及系統采用激光線光源和線陣CCD攝像機，不僅可以實現普通測寬儀測量鋼板實時寬度的功能，而且可以測量鋼板的輪廓形狀并給出鋼板輪廓上的特征拐點，檢測鋼板頭尾長度，為優化剪切提供了直觀和可靠的數據。
[0067]另外，由于本發明光源和攝像機的數量少，因此結構簡單，易于維護。
[0068]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種中厚板平面板形測量系統，其特征在于，包括: 圖像采集單元，通過線陣相機采集鋼板圖像； 圖像識別單元，與所述圖像采集單元連接，用于識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標； 圖像處理單元，與所述圖像處理單元連接，用于將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線； 圖像計算單元，與所述圖像處理單元連接，用于計算鋼板曲線的拐點。
2.如權利要求1所述的測量系統，其特征在于，所述圖像識別單元將鋼板區域的坐標對應于世界坐標。
3.如權利要求1所述的測量系統，其特征在于，所述圖像識別單元將鋼板曲線的坐標對應為世界坐標。
4.如權利要求1所述的測量系統，其特征在于，所述圖像計算單元根據所述鋼板曲線選擇中心線將所述鋼板曲線分為兩部分，當第一部分中獨立區域個數超過一閥值時，判定該部分為鋼板的頭部；當第二部分中獨立區域個數超過該閥值時，判定該部分為鋼板的尾部。
5.如權利要求1所述的測量系統，其特征在于，所述圖像計算單元將所述坐標排序，計算相鄰兩點間斜率，當相鄰斜率差值大于第二閥值時，判定三點中的中間點為拐點。
6.一種中厚板平面板形測量方法，其特征在于，包括: 通過線陣相機采集鋼板圖像； 識別所述鋼板圖像中鋼板區域的坐標； 將多個鋼板圖像中鋼板區域的坐標進行擬合，得到鋼板曲線； 計算所述鋼板曲線的拐點。
7.如權利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述識別鋼板圖像中鋼板區域的坐標后還包括:將鋼板區域的坐標對應于世界坐標。
8.如權利要求6所述的測量方法，其特征在于，所述鋼板曲線后還包括:將鋼板曲線的坐標對應為世界坐標。
9.如權利要求6所述的測量方法，其特征在于，根據所述鋼板曲線選擇中心線將所述鋼板曲線分為兩部分，當第一部分中獨立區域個數超過一閥值時，判定該部分為鋼板的頭部；當第二部分中獨立區域個數超過該閥值時，判定該部分為鋼板的尾部。
10.如權利要求9所述的測量方法，其特征在于，將所述坐標排序，計算相鄰兩點間斜率，當相鄰斜率差值大于第二閥值時，判定三點中的中間點為拐點。
【文檔編號】G01B11/24GK104515479SQ201510007260
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2015年1月7日 優先權日:2015年1月7日
【發明者】張瓊, 王丹民, 李耀軍, 方宇 申請人:中冶京誠工程技術有限公司, 北京京誠鼎宇管理系統有限公司