一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法

技术领域

本发明属于金属加工技术领域，涉及一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法。

背景技术

随着新兴的通信技术、计算机网络技术及智能控制技术的快速发展，正在推动着制造业向着智能化生产变革。钢铁生产是对智能制造需求最迫切的行业，也是距离智能制造最近的行业，虽然行业内尚无成熟的智能制造标准体系和解决方案，但是各大钢铁企业都在积极地摸索前行。在中厚板产线中，剪切线的效率一直是制约产线生产效率的一个重要因素。传统的剪切线上，双边剪对中操作一直靠人工肉眼，配合激光划线器进行观察钢板位置，手动调节钢板在辊道上的位置，对中操作耗时多且不准确。

针对钢板双边剪自动对中的问题，国内研究人员做了许多的相关研究。申请号为CN202110527605.6的中国发明专利“一种钢板双边剪磁力对中装置自动对中控制方法”利用在双边剪磁力对中区域安装的一台冷金属检测器、两台激光划线器以及若干台工业相机，获取双边剪磁力对中区域的钢板和激光线图像，计算出钢板边缘与激光线的距离，进而计算出每个电磁铁能够将钢板摆正和对中所需的调整量，最后通过电磁铁的升降和横移控制实现钢板的自动对中。但该方法在获取调整量的过程中需要依赖两台激光划线器来确定切割边缘位置，因此激光划线器需要同双边剪的剪刃移动，激光划线器的划线方向要平行于钢板长度方向且激光线的位置要保证双边剪的剪切位置重合，这对激光划线器的安装和维护提出了很高的要求。此外，该方法的调节量计算结果是建立在默认钢板是平直的前提下得出的，无法考虑到如“镰刀弯”等特殊情况对调节量计算结果的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法，使用若干相机利用机器视觉的方法拼接出钢板的轮廓并得到钢板位置信息，自动计算出对中装置需要移动的距离并引导对中装置实现钢板的自动对中，提高了对中工作的效率，降低工人的工作强度，减少事故发生率。

本发明提供一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法，包括：

步骤1：将钢板输送至双边剪装置的入口前端的双边剪待剪区的传送辊上，双边剪的基础自动化系统向智能对中系统发送控制信号；

步骤2：智能对中系统接收到控制信号后，控制位于双边剪待剪区上方的相机组进行拍照来获取钢板的轮廓位置坐标；

步骤3：根据步骤2获取到的钢板轮廓位置坐标，基于粒子群优化算法计算钢板的最大内接矩形；

步骤4：根据步骤3获取到的钢板的最大内接矩形和钢板的目标裁剪宽度得到目标裁剪矩形；

步骤5：根据靠近传动侧的目标裁剪矩形的边缘和剪刃延长线距离，计算每一个磁力对中装置的调节量并进行调节；

步骤6：本轮调节完成后，再次获取钢板轮廓、最大内接矩形和目标裁剪矩形，判断此时钢板是否调节到，若调节到位，则进入下一工序；

步骤7：若没有调节到位，且此时该钢板的调节次数没有超过最大允许调节次数，则重复步骤3到步骤6；

步骤8：若没有调节到位，且此时该钢板的调节次数超过最大允许调节次数，则系统停止自动调节并通知操作工人需要进行手动调节。

进一步的，所述步骤2具体为：

步骤2.1：将相机组拍摄的多张照片进行图像拼接，得到完整的钢板图像；

步骤2.2：利用Canny算子进行边缘检测，得到钢板轮廓图像。

进一步的，所述步骤2.2具体为：

步骤2.2.1：对相机采集到的带钢图像进行二值分割，将大于阈值的像素点的灰度值置为最大值255，将小于等于阈值的像素点的灰度置为最小值0，得到二值分割后的图像A

步骤2.2.2：对图像A

步骤2.2.3：寻找图像A

步骤2.2.4：利用Canny边缘检测算法对图像A

进一步的，所述步骤3具体为：

步骤3.1：建立坐标系，坐标系的x轴与双边剪装置的剪刃延长线平行，x轴的正方向与钢板运送方向一致，方向从双边剪待剪区指向双边剪工作区；y轴的正方向从传动侧指向操作侧；

步骤3.2：随机生成N个矩形作为待优化的粒子，粒子i的位置P

x

步骤3.3：随机初始化每一个粒子的速度，粒子i的速度V

V

步骤3.4：初始化每一个粒子搜索到的最优位置P

步骤3.5：计算每一个粒子所代表的矩形的面积S

步骤3.6：寻找当前所有粒子中具有最大的矩形面积的粒子，若该粒子对应的矩形面积大于所有粒子中搜索过的最大面积S′，则将该粒子当前的位置P

步骤3.7：更新每一个粒子的速度：

V

其中，V

步骤3.8：更新每一个粒子的位置：

P

其中，P

步骤3.9：更新惯性权重：

ω

其中：γ为权重的衰减率；

步骤3.10：重复步骤3.5到3.9，直到迭代次数达到最大迭代次数M，则所有粒子中搜索到的最优位置P′(x′,y′,L′,H′,θ′)所对应的矩形即为计算得到的钢板的最大内接矩形。

进一步的，所述步骤3.5中根据下面方法判断矩形是否完全位于钢板内部：

步骤3.5.1：以矩形的中心位置(x

步骤3.5.2：每条射线都会与矩形和钢板边缘轮廓产生交点，分别记作n

步骤3.5.3：分别计算O到n

进一步的，所述步骤4具体为：

最大内接矩形表示为P′(x′,y′,L′,H′,θ′)，则目标裁剪矩形用P″(x′,y′,L′,w,θ′)表示，其中w为目标裁剪宽度，即双边剪设备的两侧剪刃的距离。

进一步的，所述步骤5具体为：

步骤5.1：设双边剪设备靠近传动侧的剪刃延长线为l

步骤5.2：已知目标裁剪矩形的中心点位置为(x′,y′)，目标裁剪矩形的倾斜角度为θ′，则通过几何关系可知边eh的表达式为：

剪刃延长线l

y＝h

其中，h

步骤5.3：设置磁力对中装置M

l

本发明的一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法以机器视觉和智能算法为基础对双边剪前的钢板轮廓边缘进行自动识别，并实时反馈给双边剪的基础自动化系统完成钢板位置闭环控制功能，从而实现智能对中，确保钢板剪切精度的提升。同时，可大幅度降低双边剪区域的工人劳动强度、提升剪切机组的生产效率，有效减少因人工对中失败而造成的切边损失，进一步提升产线的智能制造水平。

附图说明

图1是本发明的一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法的调节过程示意图；

图2是本发明的一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法的流程图。

具体实施方式

以图1所示的一种情况为例详细描述本方法调节过程。在本实施例中位置M

如图2所示，本发明的一种基于机器视觉的钢板双边剪智能对中方法，包括：

步骤1：将钢板输送至双边剪装置的入口前端的双边剪待剪区的传送辊上，双边剪的基础自动化系统向智能对中系统发送控制信号。

步骤2：智能对中系统接收到控制信号后，控制位于双边剪待剪区上方的相机组进行拍照来获取钢板的轮廓位置坐标，所述步骤2具体为：

步骤2.1：将相机组拍摄的多张照片进行图像拼接，得到完整的钢板图像；

步骤2.2：利用Canny算子进行边缘检测，得到钢板轮廓图像，所述步骤2.2具体为：

步骤2.2.1：对相机采集到的带钢图像进行二值分割，将大于阈值的像素点的灰度值置为最大值255，将小于等于阈值的像素点的灰度置为最小值0，得到二值分割后的图像A

步骤2.2.2：对图像A

步骤2.2.3：寻找图像A

步骤2.2.4：利用Canny边缘检测算法对图像A

步骤3：根据步骤2获取到的钢板轮廓位置坐标，基于粒子群优化算法计算钢板的最大内接矩形abcd，所述步骤3具体为：

步骤3.1：设置位置基准线，建立坐标系，如图1所示，坐标系的x轴与双边剪装置的剪刃延长线平行，x轴的正方向与钢板运送方向一致，方向从双边剪待剪区指向双边剪工作区；y轴的正方向从传动侧指向操作侧；

步骤3.2：随机生成N个矩形作为待优化的粒子，粒子i的位置P

x

步骤3.3：随机初始化每一个粒子的速度，粒子i的速度V

V

步骤3.4：初始化每一个粒子搜索到的最优位置P

步骤3.5：计算每一个粒子所代表的矩形的面积S

具体实施时，根据下面方法判断矩形是否完全位于钢板内部：

步骤3.5.1：以矩形的中心位置(x

步骤3.5.2：每条射线都会与矩形和钢板边缘轮廓产生交点，分别记作n

步骤3.5.3：分别计算O到n

步骤3.6：寻找当前所有粒子中具有最大的矩形面积的粒子，若该粒子对应的矩形面积大于所有粒子中搜索过的最大面积S′，则将该粒子当前的位置P

步骤3.7：更新每一个粒子的速度：

V

其中，V

步骤3.8：更新每一个粒子的位置：

P

其中，P

步骤3.9：更新惯性权重：

ω

其中：γ为权重的衰减率；

步骤3.10：重复步骤3.5到3.9，直到迭代次数达到最大迭代次数M，则所有粒子中搜索到的最优位置P′(x′,y′,L′,H′,θ′)所对应的矩形即为计算得到的钢板的最大内接矩形abcd。

步骤4：根据步骤3获取到的钢板的最大内接矩形和钢板的目标裁剪宽度得到目标裁剪矩形efgh；

具体实施时，最大内接矩形表示为P′(x′,y′,L′,H′,θ′)，则目标裁剪矩形用P″(x′,y′,L′,w,θ′)表示，其中w为目标裁剪宽度，即双边剪设备的两侧剪刃的距离。

步骤5：根据靠近传动侧的目标裁剪矩形的边缘和剪刃延长线距离，计算每一个磁力对中装置的调节量并进行调节，所述步骤5具体为：

步骤5.1：设双边剪设备靠近传动侧的剪刃延长线为l

步骤5.2：已知目标裁剪矩形的中心点位置为(x′,y′)，目标裁剪矩形的倾斜角度为θ′，则通过几何关系可知边eh的表达式为：

剪刃延长线l

y＝h

其中，h

步骤5.3：设置磁力对中装置M

l

步骤6：本轮调节完成后，再次获取钢板轮廓、最大内接矩形和目标裁剪矩形，判断此时钢板是否调节到，若调节到位，则进入下一工序；

具体实施时，判断h

步骤7：若没有调节到位，且此时该钢板的调节次数没有超过最大允许调节次数，则重复步骤3到步骤6。

步骤8：若没有调节到位，且此时该钢板的调节次数超过最大允许调节次数，则系统停止自动调节并通知操作工人需要进行手动调节。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。