一种热轧带钢边浪的三维检测装置及方法

技术领域

本发明涉及带钢表面视觉检测技术，更具体地说，涉及一种热轧带钢边浪的三维检测装置及方法。

背景技术

热轧生某些特定品种时，突出的质量问题是带钢头尾跑偏和单边浪缺陷，影响后工序焊接和轧制的稳定性，造成异常停机处理。产生和影响热轧带钢板形的因素有：板坯本身的厚度和宽度、板坯温度、轧辊水平度等等。它们时常表现为边浪和镰刀弯。

目前，部分热轧产线出口设置了平直度仪，可以根据温度和应力等曲线图用来检测带钢出精轧机架的平直度情况。由于带钢头、尾机架运行状态不稳定，存在不同程度的“游动”、“上漂”等现象，加上带钢经过层流冷却区后，实际板形与高温情况下存在较大的变化，这就造成平直度仪检测精度低，无法有效识别出对后工序生产造成影响的“异常板形”。目前热轧厂因边浪问题造成的下游质量问题很多。

现有专利申请中，如专利CN103486995A利用三组测距仪实现对板材板形的检测。专利CN104833317A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。中国专利CN104833317A采用双线激光及两台相机实现对板形的检测，运用Labview的Vision模块直接读取获得的图片信息并对图片进行处理以及拼接，最后进行亮线两端的坐标提取，从而获取纵向坐标，通过曲线拟合的方式，最终获得检测钢板的整体轮廓信息。现有专利技术的方法原理与本发明比较接近，都是采取机器视觉结合激光线的方法，但具体的实现方式又有所不同。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种热轧带钢边浪的三维检测装置及方法，实现对带钢边部浪形的浪距以及浪高的计算，从而实现对带钢边部浪形精确检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种热轧带钢边浪的三维检测装置，包括检测触发单元、激光结构光照射器、高速相机、光学系统视场调整单元、图像采集/传输单元、图像处理/识别单元和图像存储/显示单元；

所述检测触发单元用以实现辊道上带钢经过信号的捕获，并触发所述激光结构光照射器、所述高速相机的启动；

所述激光结构光照射器设于所述带钢的上方，并沿所述带钢的宽度方向发出N条平行等距且垂直于所述带钢的结构光束；

所述高速相机也设于所述带钢的上方，其视场与所述结构光束之间形成θ角；

所述光学系统视场调整单元通过调整所述高速相机对所述θ角进行调整；

所述图像采集/传输单元用以采集所述高速相机的图像并传输至所述图像处理/识别单元；

所述图像处理/识别单元对所述图像进行处理，经过激光线提取、激光线矫正，三维形貌重建以及三维缺陷识别计算获取所述带钢上边浪的浪距和高度，并输送至所述图像存储/显示单元；

所述图像存储/显示单元用以实现所述图像的存储和报警。

较佳的，所述检测触发单元包括设于辊道上的光电对射开关和编码器。

较佳的，所述结构光束的数量N≥2。

较佳的，所述高速相机的最小曝光时间t＝h/v；

其中，h为沿带钢运动方向图像分辨率，v为带钢的生产速度。

较佳的，所述θ角的角度范围为30°≤θ≤60°。

较佳的，所述图像采集/传输单元为图像采集卡。

较佳的，所述图像处理/识别单为图像处理计算机。

较佳的，所述图像存储/显示单元包括数据服务器和与其建立通讯的终端计算机。

较佳的，所述激光结构光照射器、所述高速相机和所述光学系统视场调整单元均设于防护箱内。

另一方面，一种热轧带钢边浪的三维检测方法，采用所述的热轧带钢边浪的三维检测装置，通过所述检测触发单元捕获所述带钢经过信号，并触发所述激光结构光照射器、所述高速相机的启动，所述激光结构光照射器发出N条平行等距且垂直于所述带钢的结构光束，所述高速相机拍摄所述带钢表面的图像，所述图像采集/传输单元用以采集所述图像并传输至所述图像处理/识别单元，所述图像处理/识别单元对所述图像进行处理，计算和识别出所述带钢上边浪的浪距和高度，并输送至所述图像存储/显示单元，所述图像存储/显示单元用以实现所述图像的存储和报警。

本发明所提供的一种热轧带钢边浪的三维检测装置及方法，在现场使用过程中，根据现场检测区域和视场要求，将激光结构光源做成含有激光线数量不同的平行光束。该平行光束经过精确的标定，调节成平行精度较高的激光线阵光源。光学系统视场调整单元实现对高速相机视场和激光结构光光线间夹角θ角度的精确调整和设定。激光结构光光源照射在带钢边部表面上，如果带钢存在边浪，带钢表面的激光线会发生偏移，高速相机会连续拍出多张带有波谷或者波峰的条纹，图像采集和传输单元将采集到的带钢边部图像送往图像处理和识别单元，图像处理和识别单元对该图像连续进行拼接、处理和分析，就可以实现对带钢边部浪形的浪距以及浪高的计算，从而实现对带钢边部浪形精确检测。

附图说明

图1是本发明三维检测装置的框架示意图；

图2是本发明三维检测装置的光学原理示意图；

图3是本发明三维检测装置的成像效果示意图；

图4是本发明三维检测装置实施例的示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1和图2所示，本发明所提供的一种热轧带钢边浪的三维检测装置，包括检测触发单元1、激光结构光照射器2、高速相机3、光学系统视场调整单元4、图像采集/传输单元5、图像处理/识别单元6和图像存储/显示单元7。

检测触发单元1用以实现辊道上带钢100经过信号的捕获，并触发激光结构光照射器2、高速相机3的启动开始工作。

激光结构光照射器2安装在带钢100的上方，距离带钢100约为3米位置，并沿带钢100的宽度方向发出N条平行等距且垂直于带钢100的结构光束201。

高速相机3也安装在带钢100的上方，与激光结构光照射器2在同一水平线，其视场301与结构光束201之间形成θ角。

根据现场检测的实际成像亮度需要，光学系统视场调整单元4对θ角进行精确调整，保证成像质量。

激光结构光照射器2、高速相机3、光学系统视场调整单元4安装在防护箱中，实现对带钢100表面清晰成像。

图像采集/传输单元5用以采集高速相机3的图像并传输至图像处理/识别单元6。图像采集/传输单元5为图像采集卡。

图像处理/识别单元6对图像进行处理，计算和识别出带钢100上边浪的浪距和高度，并输送至图像存储/显示单元7。图像处理/识别单6为图像处理计算机，图像采集/传输单元5通过光纤线与图像处理/识别单6建立通讯连接。

图像存储/显示单元7用以实现图像的存储和报警。图像存储/显示单元7包括数据服务器和与其建立通讯的终端计算机。

检测触发单元1包括设于辊道上的光电对射开关和编码器。光电对射开关装在沿辊道方向距离高速相机3一定距离处，每当有带钢100经过时，光电对射开关的信号就会触发检测触发单元1开始工作，激光结构光照射器2点亮，高速相机3开始拍照。

为满足三维检测需求，激光结构光照射器2和高速相机3构成的结构光束201和视场301间角度设计如下：结构光束201垂直入射，结构光束201沿带钢100宽度方向平行分布，视场301和结构光束201夹角θ为30°≤θ≤60°，光学系统视场调整单元4可实现对θ角度的精确调整和设定。

本发明充分考虑带钢生产速度和图像分辨率对高速相机3曝光时间的要求，这是清晰成像的先决条件。假设带钢生产速度为v(单位mm/s)，图像成像分辨率单像素设计精度为h(单位mm，带钢运动方向)×w(单位mm，带钢宽度方向)，则相机最小曝光时间为t＝h/v。

激光结构光照射器2发射出N(N≥2)条结构光束201，可以有效生产过程中的抖动干扰。在现场实际生产过程中，如果只采用1条结构光束201，若生产过程中存在抖动现象，可能会对同一个位置的带钢多次拍照，而单条结构光束201拍出的图像又缺少参考线条，没法在图像处理时把抖动线条删除掉，容易造成带钢图像失真，可能会造成带钢长度计算误差增大、边浪缺陷误判等问题。采用N(N≥2)条平行结构光束201照射，结构光束201的间隔为d(单位mm)，则相机沿带钢运动方向上的成像最大视场为d(N-1)(单位mm)，则相机的最小帧率为

本发明还提供了一种热轧带钢边浪的三维检测方法，采用本发明热轧带钢边浪的三维检测装置，当一卷钢板进入辊道，通过检测触发单元1捕获带钢100经过信号，并触发激光结构光照射器2、高速相机3的启动开始工作，激光结构光照射器2发出N条平行等距且垂直于带钢100的结构光束201，照亮带钢100的表面，光学系统视场调整单元4已经事先对θ角度进行精确调整，高速相机3拍摄带钢100边部表面的图像，图像采集/传输单元5用以采集高速相机3拍摄的图像并传输至图像处理/识别单元6，图像处理/识别单元6对图像进行处理，计算和识别出带钢上边浪的浪距和高度，并输送至图像存储/显示单元7，图像存储/显示单元7用以实现图像的存储和报警。

实施例

参考图4所示，将本实施例三维检测装置安装在现场在线检测中，根据检测需要，设置激光结构光照射器2所需要发射的结构光束201数量，将结构光束201沿带钢100宽度方向，平行照射在带钢100表面，并保证沿带钢100宽度方向覆盖带钢100待检测区域。参考图2所示，在热轧带钢生产现场，将激光结构光照射器2安装在带钢100上方3米处位置，激光结构光照射器2发射出6条平行的结构光束201，6条平行的结构光束201的照射宽度为100mm，沿带钢100宽度方向平行照射，覆盖长度为1010mm。光学系统视场调整单元4实现对高速相机3的视场301和结构光束201间夹角θ角度的精确调整和设定，本实施例中θ＝45°。在带钢生产过程中，高速相机3对结构光束201所照射的区域清晰成像，带钢100的边浪检测成像效果示意图如图3所示。

通过本实施例三维检测装置实现三维检测方法如下：生产过程中，待测带钢到达待测位置前，检测触发单元1触发激光结构光照射器2，照射出绿色的结构光束201，与此同时高速相机3也开始拍照。带钢100的边部图像由图像采集/传输单元5采集并发送至图像处理/识别单元6，图像处理/识别单元6进行图像处理和识别后，将相关图像和数据信息保存至图像存储/显示单元7的数据服务器中，通过终端计算机由现场操作人员对检测出有问题的带钢进行报警和封闭处理。

综上所述，本发明所提供的一种热轧带钢边浪的三维检测装置及方法，可实现对红热态带钢边浪的三维精确检测，及时发现可能会对后续生产造成影响的边浪缺陷，并减少下一道精整工序，大大减少质量异议的产生，提升生产效率，具有很大的经济和社会效益。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。