基于对称双线激光角度可控的中厚钢板形貌检测系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明专利涉及形貌检测系统及其方法，尤其涉及一种基于对称双线激光角度可 控的中厚板形貌检测系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国加工工业逐渐采用自动化作业线，以冷轧中厚钢板为主要原材料的制造 业对其板形的要求越来越高。板形控制已成为当今冶金界迫切需要解决的问题，而板形检 测是实现板形自动控制的重要前提之一。特别是随着该类部件向生产规模化、使用环境极 端化以及相关设备大型化和高速化等方向飞速发展，中厚钢板的形貌检测技术更加体现出 其重要性和迫切性，并在可靠性、实时性及其自动在线检测能力等方面对该技术提出了更 高的要求。因此，以具有广泛应用场合和巨大市场潜力的中厚板板材为检测对象，开展高性 能自动化在线图像检测理论和技术的研宄，赋予其高可靠、高实时和高精度的检测能力，具 有十分重要的理论意义和实用价值。
[0003] 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CMOS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】
[0004] 本发明的目的是针对当前中厚板轮廓检测仪技术的不足，提供一种基于对称双线 激光角度可控的中厚钢板形貌检测系统及其方法。
[0005] 基于对称双线激光角度可控的中厚钢板形貌检测系统包括检测装置和控制装置， 检测装置包括线激光源、线激光固定装置、步进电机、单片机控制单元、面阵CMOS相机、相 机镜头、面阵CMOS相机的安装装置、传感器柜、脉冲测速仪、待测中厚钢板、传送带、面阵 CMOS相机的轴线、光电开关接收器、光电开关发射器、支架、激光线重合区域、相机检测区 域；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， 且通过安装装置固定在支架上，在其面阵CMOS相机的两侧分别设有线激光源，线激光源与 面阵CMOS相机轴线之间的夹角为2-12度，脉冲测速仪固定在传送带的侧边，传送带上设有 待测中厚钢板，在待测中厚钢板上设有对称线激光源的激光线重叠区域，光电开关接收器 在待测中厚钢板的正上方，光电开关发射器在待测中厚钢板的正下方，与光电开关接收器 形成对射，面阵CMOS相机拍摄形成相机检测区域，传感器柜放置在支架上，检测装置由控 制装置控制。
[0006] 所述的控制装置包括前端工控机、相机工控机、基于CP CI接口的串口扩展卡、 AT89S52单片机、基于CPCI接口的图像采集卡、脉冲测速仪、模拟信号采集卡、数字I/O控 制卡、驱动电路、步进电机；前端工控机分别与相机工控机、基于CPCI接口的串口扩展卡、 AT89S52单片机相连，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脉冲测速仪、模拟 信号采集卡和数字I/O信号控制卡相连，AT89S52单片机、驱动电路与步进电机相连。
[0007] 所述的步进电机固定在支架上并通过带动线激光源夹紧装置带动线激光源旋转， 支架固定在支架上。
[0008] 基于对称双线激光角度可控的中厚钢板形貌检测方法包括如下步骤：
[0009] 1)利用带钢传送带将待测中厚钢板输送到传感器柜的下方，线激光源入射到待测 中厚钢板表面形成一条横跨整个带钢的激光线；
[0010] 2)利用光电开关接收器和光电开关发射器同步面阵CMOS相机拍摄入射在被测中 厚钢板表面上的激光线和脉冲测速仪测量中厚钢板表面沿其长度方向上的速度；
[0011] 3)面阵CMOS相机拍摄的图像信息经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、特征区域的裁 剪、二值化、细化和图像的压缩编码等，并将预处理后的数据通过CPCI接口传输给相机工 控机；
[0012] 4)脉冲测速仪将被测中厚钢板的速度数据通过RS232通信协议传输给基于CPCI 接口的串口宽展卡并最终传给前端控制机；
[0013] 5)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；
[0014] 6)线激光以入射角Θ入射到带钢表面，且在CMOS中成像；当带钢跳动或者表面 高度增加 h后，透镜中心离带钢表面距离为H，镜头焦距为f，根据成像的几何关系可以得 到像点偏移距离d与带钢跳动高度及入射角Θ的关系：
【主权项】
1. 一种基于对称双线激光角度可控的中厚钢板形貌检测系统，其特征在于包括检测装 置和控制装置，检测装置包括线激光源（1)、线激光固定装置（2)、步进电机（3)、单片机控 制单元（4)、面阵CMOS相机（5)、相机镜头（6)、面阵CMOS相机的安装装置（7)、传感器柜 (8)、脉冲测速仪（9)、待测中厚钢板（10)、传送带（11)、面阵CMOS相机的轴线（12)、光电 开关接收器（13)、光电开关发射器（14)、支架（15)、激光线重合区域（16)、相机检测区域 (17);传感器柜（8)内在等高平面上设有两个面阵CMOS相机（5)，在面阵CMOS相机（5)上 装有相机镜头（6)，且通过安装装置（7)固定在支架（15)上，在其面阵CMOS相机（5)的两 侧分别设有线激光源（1)，线激光源（1)与面阵CMOS相机（5)轴线之间的夹角为2-12度， 脉冲测速仪（9)固定在传送带（11)的侧边，传送带（11)上设有待测中厚钢板（10)，在待 测中厚钢板（10)上设有对称线激光源的激光线重叠区域（16)，光电开关接收器（13)在待 测中厚钢板（10)的正上方，光电开关发射器（14)在待测中厚钢板（10)的正下方，与光电 开关接收器（13)形成对射，面阵CMOS相机（5)拍摄形成相机检测区域（17)，传感器柜（8) 放置在支架（15)上，检测装置由控制装置控制。
2. 如权利要求1所述的一种基于对称双线激光角度可控的中厚钢板形貌检测系统， 其特征在于所述的控制装置包括前端工控机、相机工控机、基于CPCI接口的串口扩展卡、 AT89S52单片机、基于CPCI接口的图像采集卡、脉冲测速仪、模拟信号采集卡、数字I/O控 制卡、驱动电路、步进电机；前端工控机分别与相机工控机、基于CPCI接口的串口扩展卡、 AT89S52单片机相连，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脉冲测速仪、模拟 信号采集卡和数字I/O信号控制卡相连，AT89S52单片机、驱动电路与步进电机相连。
3. 如权利要求1所述的一种基于对称双线激光角度可控的的中厚钢板形貌检测系统， 其特征在于所述的步进电机（3)固定在支架（4. 1)上并通过带动线激光源夹紧装置（4.2) 带动线激光源（1)旋转，支架（4. 1)固定在支架（15)上。
4. 一种使用如权利要求1所述系统的基于对称双线激光角度可控的中厚钢板形貌检 测方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 利用带钢传送带（11)将待测中厚钢板（10)输送到传感器柜⑶的下方，线激光源 1入射到待测中厚钢板（10)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（5)拍摄入 射在被测中厚钢板（10)表面上的激光线和脉冲测速仪（9)测量中厚钢板表面沿其长度方 向上的速度； 3) 面阵CMOS相机5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、特征区域的裁 剪、二值化、细化和图像的压缩编码等，并将预处理后的数据通过CPCI接口传输给相机工 控机； 4) 脉冲测速仪（9)将被测中厚钢板的速度数据通过RS232通信协议传输给基于CPCI 接口的串口宽展卡并最终传给前端控制机； 5) 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； 6) 线激光以入射角Θ入射到带钢表面，且在CMOS中成像；当带钢跳动或者表面高度 增加 h后，透镜中心离带钢表面距离为H，镜头焦距为f，根据成像的几何关系可以得到像 点偏移距离d与带钢跳动高度及入射角Θ的关系：
则相机分辨率U :
7) 通过对比细化处理后的图像边缘像素点与细线内部点的区别，可以通过循环函数对 每个点的周围进行算法处理，既对该点周围相邻的每两个点分别按顺时针抑或逆时针方向 进行减法处理，如果减法处理后的绝对值之和为2,那么该点便能判定为端点，对其坐标进 行提取，当 L(i-1, j-l)-L(i-l, j) | + |L(i-l, j)-L(i-l, j+1) | + |L(i-l, j + 1)-L (i, j + 1) | + |L(i, j+1) _L(i+1, j+1) | + |L(i+l, j+l)-L(i+l, j) | +1 L(i+1, j)-L(i+1, j-1) | + | L(i+1, j-1)-L(i ，j-1) | + |L(i，j-1) I = 2,则 L(i，j)便是像素中 i 行 j 列的像素值； 8) 轮廓检测系统通过上述方式首先得到采集图像中亮线端点所对应的带钢边缘的空 间位置坐标和速度，然后通过相关的处理，即对带钢的宽度数据与其对应的位置进行匹配， 拟合出带钢的轮廓曲线，并将其显示在上位机人机交互式显示界面中，从而实现中厚钢板 的形貌检测。
【专利摘要】本发明公开了一种基于对称双线激光角度可控的中厚板形貌检测系统及其方法。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，且通过安装装置固定在支架上，在其面阵CMOS 相机的两侧分别设有线激光源，脉冲测速仪固定在传送带的侧边，传送带上设有待测中厚钢板，在待测中厚钢板上设有对称线激光源的激光线重叠区域，光电开关发射器与光电开关接收器形成对射，传感器柜放置在支架上，检测装置由控制装置控制。本发明采用对称双线激光源检测时的标定方法简单,检测分辨率高,精度高；采用对称双线激光源检测系统，线激光入射角度大,避免检测拐点失效和减小漂移,保证结果准确可靠。
【IPC分类】G01B11-25
【公开号】CN104833317
【申请号】CN201510230779
【发明人】胡旭晓, 李季, 胡远, 杨明敏, 古川南
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月7日