CN102937596B

CN102937596B - 一种带钢表面图像在线变频采集方法

Info

Publication number: CN102937596B
Application number: CN201210408224.7A
Authority: CN
Inventors: 宋宝宇; 王军生; 杨春雨; 杨东晓; 王靖震; 高冰; 王晓慧; 侯永刚
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102937596A

Abstract

本发明提供一种带钢表面图像在线变频采集方法，包括编码器脉冲计数，编码器是同轴编码器，脉冲计数是计算T_ms时间间隔内系统接受到的编码器脉冲数N_m，或计算系统接受到的编码器脉冲数等于N_m时所耗时间T_ms；计算触发周期，第一步是计算标准触发系数S_k，第二步是计算即时触发步长L_k；生成同步触发信号，通过一微秒级计数器进行连续计数，当计数值等于L_k时则生成一触发信号，并且计数器清零，重新开始计数；图像采集，通过外触发模式，在接受到同步触发信号时，扫描即时带钢图像。本发明实现在各种半径尺寸的转辊条件下，基于低分辨率的同轴旋转编码器，经过数字变频，获得高频的同步触发信号，进而在带钢行进速度变化的条件下，获得无失真在线采集图像。

Description

一种带钢表面图像在线变频采集方法

技术领域

本发明涉及基于机器视觉物料在线信息采集领域，特别涉及一种钢表面图像在线变频采集方法。

背景技术

随着科学技术的进步，带钢的后续加工工业正向高速度、高精度和自动化方向发展。为了发挥自动化作业线生产稳定、材料利用率高、产品一致性好、成本低的优势，必然要求原材料的化学成分均匀、机械性能一致、尺寸公差小、表面质量好。因此在带钢生产规模和产量日益扩大的同时，其表面质量也必然会受到越来越多的关注。而影响带钢表面质量的主要因素是带钢在制造过程中由于原材料、轧制设备和加工工艺等多方面的原因，导致其表面出现的划痕、擦伤、结疤、粘结、辊印等不同类型的缺陷。这些缺陷不仅影响产品的外观，更严重的是降低了产品的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳强度等性能。表面缺陷已是造成深加工产品废次品的主要原因，因此，表面质量检测己经成为带钢生产企业提高产品质量和产量的瓶颈。而带钢表面质量检测的前提条件即是在线获得高质量的同步图像，同时获得在线同步图像也可为后续处理质量异议提供有效的支持。

目前在线图像采集触发方式有定时采集、延时采集、变频采集等，如名为“相机帧频同步可调的工业图像采集装置”（申请号201020033065.3）的实用新型专利，提出一种基于照明电源相位同步的相机触发方式。它通过检测供电电源过零点的相位信号，再进行适当的分频与延时，使同步触发信号的频率等于预订的相机采集频率。名为“一种坯布表面疵点在线检测装置”（申请号200810048321.3）的发明专利，它通过采集与布辊同轴的旋转编码器发出的脉冲信号来直接触发线扫描相机采集。名为“一种高清摄像机自适应外同步方法”（申请号201110106977.8），公开了一种在FPGA上实现高清CCD摄像机自适应数字化外同步的方法。该方法根据外部的交流电产生的电脉冲信号的频率变化，来实现摄像机同步触发。随着对带钢表面图像质量要求的不断提高，要求图像采集方法要与被照物行程关联，实现连续高频同步采集，因此以上方案都存在一定程度的问题。

发明内容

本发明提供了一种带钢表面图像在线变频采集方法，在各种半径尺寸的转辊条件下，基于低分辨率的同轴旋转编码器，经过数字变频，获得高频的同步触发信号，进而在带钢行进速度变化的条件下，获得无失真在线采集图像，实现在低成本，多环境条件下获得高质量在线图像，以解决带钢表面图像在线采集的诸多瓶颈。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种带钢表面图像在线变频采集方法，主要分为以下几个步骤：

（1）编码器脉冲计数；

（2）计算触发周期；

（3）生成同步触发信号；

（4）图像采集；

其中，步骤（1）中编码器是安装在图像采集位置处的转辊上的同轴编码器，脉冲计数可以有两种方法，方法一是计算T_ms（毫秒）时间间隔内系统接受到的编码器脉冲数N_m，方法二是计算系统接受到的编码器脉冲数等于N_m时所耗时间T_ms（毫秒）；步骤（2）中计算触发周期分为两个步骤，第一步是计算标准触发系数S_k，第二步是计算即时触发步长L_k；步骤（3）中生成同步触发信号是通过一微秒级计数器进行连续计数，当计数值等于L_k时则生成一触发信号，并且计数器清零，重新开始计数，以上过程循环进行。生成的触发信号通过同步机制发送给图像采集设备；步骤（4）中图像采集是图像采集设备通过外触发模式，在接受到同步触发信号时，扫描即时带钢图像。

所述步骤（1）中，方法一中，T_ms根据旋转编码器的分辨率来设定，分辨率越高，T_ms取值越小，反之分辨率越低，T_ms取值越大。脉冲计数以T_ms时间间隔循环进行，每执行一次脉冲计数则进行一次步骤（2）。

所述步骤（1）中，方法二中，N_m也根据旋转编码器的分辨率来设定，分辨率越高，N_m取值越大，反之分辨率越低，N_m取值越小。脉冲计数以N_m为周期循环进行，每执行一次脉冲计数则进行一次步骤（2）。

所述步骤（2）中，标准触发系数S_k是在系统要求的采集图像分辨精度条件下系统在T_ms时间间隔内应达到的触发次数，计算公式如下：

S_{k} = \frac{2 \times π \times R_{r} \times N_{m}}{T_{m} \times K_{g}}

其中，R_r是编码器同轴辊的半径，T_m是旋转编码器的分辨率（脉冲/转），K_g为目标图像纵向分辨精度。

所述步骤（2）中，即时触发步长L_k是触发信号等待周期，计算公式如下：

L_{k} = \frac{T_{ms} \times 10^{3}}{S_{k}}

综上所述，本发明的特点是：

1、可实时、连续、长期对带钢表面图像进行在线变频采集。

2、可适用于各种分辨率的旋转编码器。

3、可适用于各种半径尺寸的编码器同轴转辊；

4、适应现场环境，工作可靠，结构简单，易于实现。

附图说明

图1本发明的设备构成图；

图2本发明的总体方法流程；

图3编码器脉冲计数流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步说明：

本方法的系统设备构成如图1所示：系统通过图像采集设备1对运动带钢2进行实时采集。图像采集设备1可以是单个或多个线扫描相机或其他图像采集设备。旋转编码器4安装在同轴转辊3的轴心上。旋转编码器4可以是增量式编码器。旋转编码器4将编码器脉冲发送给系统计算单元，计算单元将数据计算后生成的触发命令发送给同步单元，同步单元将最终触发信号发送给图像采集设备1。

本方法的具体实施方式如图2所示，包括以下几个步骤：

首先是进行编码器脉冲计数，即是对安装在图像采集位置处的转辊上的同轴编码器进行输出脉冲计数。脉冲计数可以有两种方法（如图3所示），方法一是计算T_ms（毫秒）时间间隔内系统接受到的编码器脉冲数N_m，方法二是计算系统接受到的编码器脉冲数等于N_m时所耗时间T_ms（毫秒）；

方法一的计算步骤如下：

（1）首先设定时间间隔T_ms。T_ms根据旋转编码器的分辨率来设定，分辨率越高，T_ms取值越小，反之分辨率越低，T_ms取值越大。分辨率3000的编码器，T_ms一般取5~10ms。

（2）微妙级时间计数器开始计数，同时对接受到的脉冲进行累加计数。

（3）计数器超限检验。即是当微妙级计数器累计时间达到T_ms，则进行下一步操作并进行计数器清零及循环执行步骤（2），否则继续执行脉冲累加计数及计数器超限检验。

（4）统计脉冲计数N_m，即是微妙级计数器超限时的脉冲计数。

（5）接着进行计算标准触发系数。

方法二的计算步骤如下：

（1）首先设置脉冲计数界限N_m。N_m也根据旋转编码器的分辨率来设定，分辨率越高，N_m取值越大，反之分辨率越低，N_m取值越小。分辨率3000的编码器，N_m一般取50~100。

（3）脉冲计数超限检验，即是当脉冲累加计数达到N_m时，则进行下一步操作并进行计数器清零及循环执行步骤（2），否则继续执行脉冲累加计数及时间计数。

（4）统计耗时T_ms，即是脉冲累加计数超限时的时间计数。

（5）接着进行计算标准触发系数。

执行完编码器脉冲计数后，则进行计算标准触发系数S_k，S_k是在系统要求的采集图像分辨精度条件下系统在T_ms时间间隔内应达到的触发次数，计算公式如下：

S_{k} = \frac{2 \times π \times R_{r} \times N_{m}}{T_{m} \times K_{g}}

接着进行计算即时触发步长L_k，L_k是触发信号等待周期，计算公式如下：

L_{k} = \frac{T_{ms} \times 10^{3}}{S_{k}}

接着改变触发信号等待周期等待生成同步触发信号，生成同步触发信号是通过一微秒级计数器进行连续计数，当计数值等于L_k时则生成一触发信号，并且计数器清零，重新开始计数，以上过程循环进行。

接着将生成的触发信号通过同步机制发送给图像采集设备，如果是单台相机则可以直接传输，如果是多台相机则将触发信号通过同步盒或进行差分等同步机制发送给图像采集设备。

图像采集设备通过外触发模式，在接受到同步触发信号时，扫描即时带钢图像。

Claims

1.一种带钢表面图像在线变频采集方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

(1)编码器脉冲计数；

(2)计算触发周期；

(3)生成同步触发信号；

(4)图像采集；

其中，步骤(1)中编码器是安装在图像采集位置处的转辊上的同轴编码器，脉冲计数有两种方法，方法一是计算T_ms时间间隔内系统接受到的编码器脉冲数N_m，方法二是计算系统接受到的编码器脉冲数等于N_m时所耗时间T_ms；步骤(2)中计算触发周期分为两个步骤，第一步是计算标准触发系数S_k，第二步是计算即时触发步长L_k；步骤(3)中生成同步触发信号是通过一微秒级计数器进行连续计数，当计数值等于L_k时则生成一触发信号，并且计数器清零，重新开始计数，以上过程循环进行，生成的触发信号通过同步机制发送给图像采集设备；步骤(4)中图像采集是图像采集设备通过外触发模式，在接受到同步触发信号时，扫描即时带钢图像；

标准触发系数S_k是在系统要求的采集图像分辨精度条件下系统在T_ms时间间隔内应达到的触发次数，计算公式如下：

S_{k} = \frac{2 \times π \times R_{r} \times N_{m}}{T_{m} \times K_{g}}

其中，R_r是编码器同轴辊的半径，T_m是旋转编码器的分辨率，K_g为目标图像纵向分辨精度；

即时触发步长L_k是触发信号等待周期，计算公式如下：

L_{k} = \frac{T_{m s} \times 10^{3}}{S_{k}} .

2.根据权利要求1所述的一种带钢表面图像在线变频采集方法，其特征在于：T_ms根据旋转编码器的分辨率来设定，分辨率越高，T_ms取值越小，反之分辨率越低，T_ms取值越大；脉冲计数以T_ms时间间隔循环进行，每执行一次脉冲计数则进行一次步骤(2)。

3.根据权利要求1所述的一种带钢表面图像在线变频采集方法，其特征在于：N_m根据旋转编码器的分辨率来设定，分辨率越高，N_m取值越大，反之分辨率越低，N_m取值越小；脉冲计数以N_m为周期循环进行，每执行一次脉冲计数则进行一次步骤(2)。