CN103230957A - 检测型材速度的方法及其加工监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工设备领域，具体公开了一种检测型材速度的方法，该方法包括：在第一时刻拍摄型材的第一图片，在第二时刻拍摄型材的第二图片，其中，所述第一图片与所述第二图片之间存在重叠部分；估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离；根据所述大概距离，搜索所述第一图片和第二图片匹配范围，计算所述重叠部分的精确长度；根据所述精确长度和所述第一时刻和第二时刻之间的时间段，得到型材的出料速度。此外，本发明还公开了一种应用上述方法的型材加工监测系统。本发明通过将光学感应器与图像匹配方法进行结合，通过光学感应器对型材移动距离进行预判，有效为了提高处理速度和运算量，从而提高了速度检测的实时性。

Description

检测型材速度的方法及其加工监测系统

技术领域

本发明属于机械加工设备领域，具体涉及一种检测型材速度的方法以及应用该方法的型材加工检测系统。

背景技术

挤压成型技术是一种高效的铝合金制品生产技术，广泛应用于各种铝型材的生产之中。该技术将加热至一定温度的铝棒用机器推入模具，挤压成型后由出料口输出。

在铝型材的生产过程中，铝棒经预热后推入模具，经挤压后成型并由出料口输出。理论与实践经验均表明，型材的出口温度与出口速度对于型材强度具有直接影响，通过检测型材出口温度及速度，能够更为有效地监控型材生产过程，提高产品质量，减少残次品出现几率。由于铝型材出口温度较高（＞500℃），且生产环境相对较为恶劣，传统的接触式测量设备的设备故障率较高，影响产品的连续生产。因此难以采用传统的接触式测量方法对型材的速度进行测量

使用非接触式的测量手段可以是使用基于图像特征匹配的速度检测方法、基于光电传感器的速度检测方法或者是基于光学感应器的速度检测方法等。基于图像的处理方法，运算量较大，处理速度较慢，但是处理的精度较高、抗干扰能力强，其精确度主要取决于摄像头的分辨率和采集帧率，但是分辨率过大帧率过高，都会增加处理的数据量，从而会降低速度检测的实时性。而基于光电传感器方法，算法较简单，处理速度快，因此其实时效性较高，但是其传感过程容易受到干扰，且精度较低。基于光学感应器的方法，实时性较好，且具有较高的处理精度，但是其容易受到干扰，对光源和镜头的要求也较高。因此，本领域技术人员急切地其他一种既能够具有较高测量精度、抗干扰能力强，又具有较高实时性的非接触式的速度测量方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种检测型材速度的方法，期待该方法不仅具有较高的测量精度、抗干扰能力，而且具有较好的实时性。

为此，本发明第一方面提供了一种检测型材速度的方法，其包括：

在第一时刻拍摄型材的第一图片，在第二时刻拍摄型材的第二图片，其中，所述第一图片与所述第二图片之间存在重叠部分；

通过光学感应器估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离；

根据所述大概距离，搜索所述第一图片和第二图片匹配范围，计算所述重叠部分的精确长度；

根据所述精确长度和所述第一时刻和第二时刻之间的时间段，得到型材的出料速度。

此外，本发明第二方面还提供了一种应用本发明第一方面的方法的型材加工检测系统，其包括处理器、用于摄取型材图像的图像摄取模块和用于估计所述型材出料速度的光学感应模块，所述光学感应模块包括一用于拍摄型材表面的光学感应器，所述图像摄取模块与所述光学感应器分别与所述处理器连接。

由于本发明第二方面提供的型材加工监测系统包含了本发明第一方面提供的方法，二者具有专利法意义上的特定技术特征，符合单一性的要求。

具体的，根据本发明第一方面提供的方法，包括：

在第一时刻拍摄型材的第一图片，在第二时刻拍摄型材的第二图片，其中，所述第一图片与所述第二图片之间存在重叠部分；

估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离；

根据所述大概距离，搜索所述第一图片和第二图片匹配范围，计算所述重叠部分的精确长度；

根据所述精确长度和所述第一时刻和第二时刻之间的时间段，得到型材的出料速度。

上述技术方案中，所述第一图片和第二图片优选通过CCD摄像头拍摄。此外，还优选通过光学感应器或者光学感应器估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离。

另外，根据本发明第二方面提供的应用本发明第一方面提供的方法的型材加工监测系统，包括处理器、用于摄取型材图像的图像摄取模块和用于估计所述型材出料速度的光学感应模块，所述光学感应模块包括一用于拍摄型材表面的光学感应器，所述图像摄取模块与所述光学感应器分别与所述处理器连接。通过光学感应器对型材表面的纹理进行拍摄和计算，得出型材大体的移动距离使得在对第一图像和第二图像进行匹配过程中大大减少了图像特征的搜索范围，提高了计算的实时性。

上述技术方案中，所述图像摄取模块优选为CCD摄像头。

作为本发明第二方面所述的型材加工检测系统的一种改进的技术方案，所述光学感应模块还包括镜头和照射在型材表面的光源，所述光学感应模块通过该镜头对型材的表面进行拍摄。

在铝型材挤压生产过程中，随着挤压速度的加快，型材出模温度将显著升高，当温度超越一定值时，铝材组织性能和表面质量将出现变化，因此必须随时对铝型材出口温度进行监控、检测，以保证挤压产量与型材质量的最佳匹配。

因此，作为本发明第二方面提供的系统的进一步改进的技术方案，该型材加工检测系统还优选包括若干与所述处理器连接的红外高温传感器。为了能够实时检测型材表面多点温度变化，需要对型材表面多个测点进行实时测量。由于温度参数变化比较缓慢，因此可以进行巡检测量获得多点温度。本系统采用多个红外高温传感器，经过嵌入式单片机系统完成多点温度巡检，根据所属红外高温传感器安装位置及所捕获温度信息，以及所测型材红外辐射能量、发射率及所测波长后，再利用补偿算法计算出正确温度，完成型材表面多点温度测量。

上述技术方案中，还包括用于拍摄型材的监控摄像头，所述监控摄像头与所述处理器连接交互。并且，还优选包括一服务器和与所述服务器连接的存储器，所述服务器与所述处理器连接交互。

在某些优选技术方案中，还包括若干与所述服务器连接的控制台。此外，还优选包括若干与所述控制台连接交互的打印机，从而实现了可以通过控制台远程对所有已联网生产平台的现场工况巡查。

本发明还取得了如下有益效果：本发明通过将光学感应器与图像匹配方法进行结合，通过光学感应器对型材移动距离进行预判，从而大大减少了图像匹配方法中的搜索匹配的范围，有效为了提高处理速度和运算量，从而提高了速度检测的实时性。另外，由于光学感应器仅仅是用于对距离进行粗略估计，对外界干扰也不会很敏感，从而提高了抗干扰能力。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述方法的实施例的流程图；

图2是图像匹配计算示意图；

图3是本发明所述型材加工监测系统一实施例的结构示意图；

图4是本发明所述型材加工监测系统另外一实施例的结构示意图；

图中：

10—型材；20—检测装置；21—图像摄取模块；22—光源；30—处理器；40—监控摄像头；50—服务器；51—存储器；60—控制台；61—打印机。

具体实施方式

如图1所示，本发明一个实施例是关于一种检测型材速度的方法，其包括：

步骤S101：在第一时刻拍摄型材10的第一图片，在第二时刻拍摄型材10的第二图片，其中，所述第一图片与所述第二图片之间存在重叠部分，其中，所述第一图片和第二图片通过CCD摄像头拍摄。

步骤S102：估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离。本领域技术人员可以通过本领域各种常规的技术手段对第一图片和第二图片之间的重叠的部分的距离进行估计，优选通过光学感应器或者光学感应器估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离。

步骤S103：根据所述大概距离，搜索所述第一图片和第二图片匹配范围，计算所述重叠部分的精确长度。如图2所示，CCD摄像头在间隔时间△t的第一时刻It和第二时刻It+△t分别摄取第一图片和第二图片。由于型材10的移动，控制型材10移动速度和第一时刻和第二时刻之间的间隔，使得第一图片和第二图片之间存在重叠部分ΔL。因此，可以通过图像匹配方法确定共有部分的位置差△L。由于这种方法在处理图像数据时，需要识别出物体上微小的差异，所以需要高分辨率的摄像机，这就会使处理的数据量大大增加，△L较大时，需要搜索匹配的范围就会很大。结合步骤S102中的估计距离对ΔL进行预判，就能够大大为了提高处理速度，从而大的减少了运算量，提高了速度检测的实时性。

步骤S104：根据所述精确长度和所述第一时刻和第二时刻之间的时间段，得到型材10的出料速度S，计算公式如下：

$S=\frac{\mathrm{\ΔL}}{\mathrm{\Δt}}$

在某些实施例中，可以是如图3所示的应用上述方法的型材加工监测系统，包括处理器30、检测装置20，所述检测装置10中有用于摄取型材10图像的图像摄取模块21和用于估计所述型材10出料速度的光学感应模块，所述光学感应模块包括一用于拍摄型材10表面的光学感应器，所述图像摄取模块21与所述光学感应器分别与所述处理器30连接。所述图像摄取模块21为CCD摄像头。所述光学感应模块还包括镜头和照射在型材10表面的光源22，所述光学感应模块通过该镜头对型材10的表面进行拍摄。

由于型材10的质量取决于型材10出模温度。随着挤压速度的加快，型材10出模温度将显著升高，当温度超越一定值时，铝材组织性能和表面质量将出现变化，因此必须随时对铝型材10出口温度进行监控、检测，以保证挤压产量与型材10质量的最佳匹配。而温度测量通常的做法是有采用快速热电偶接触方式来检测铝材温度，而挤压过程中型材10一直运动，其检测元件必须随型材10一起运动，无法保持在线监测，且检测时人为操作手法不同，型材10出模后即刻冷却，导致检测温度检测偏差很大，因此很难得到准确的温度与速度最佳匹配。因此，在某些优选实施例中，如图4所示，该型材加工检测系统还优选包括若干与所述处理器30连接的红外高温传感器。为了能够实时检测型材10表面多点温度变化，需要对型材10表面多个测点进行实时测量，由于温度参数变化比较缓慢，因此可以进行巡检测量获得多点温度。本实施例中采用多个红外高温传感器，经过嵌入式单片机系统完成多点温度巡检，根据传感器安装位置及所捕获温度信息，考虑所测铝型材10红外辐射能量、发射率及所测波长后，再利用特殊优化补偿算法计算出正确温度，通过通讯端口送入处理器30完成型材10表面多点温度测量。

此外，还包括用于拍摄型材10的监控摄像头40，所述监控摄像头40与所述处理器30连接交互。还包括一服务器50和与所述服务器50连接的存储器51，所述服务器50与所述处理器30连接交互。还包括若干与所述服务器50连接的控制台60和若干与所述控制台60连接交互的打印机61。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种检测型材速度的方法，其特征在于，包括：

在第一时刻拍摄型材的第一图片，在第二时刻拍摄型材的第二图片，其中，所述第一图片与所述第二图片之间存在重叠部分；

估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离；

根据所述大概距离，搜索所述第一图片和第二图片匹配范围，计算所述重叠部分的精确长度；

根据所述精确长度和所述第一时刻和第二时刻之间的时间段，得到型材的出料速度。

2.如权利要求1所述的一种检测型材速度的方法，其特征在于，所述第一图片和第二图片通过CCD摄像头拍摄。

3.如权利要求1所述的一种检测型材速度的方法，其特征在于，通过光学感应器或者光学感应器估计所述第一图片和第二图片之间的大概距离。

4.一种应用权利要求1或2所述方法的型材加工监测系统，包括处理器、用于摄取型材图像的图像摄取模块和用于估计所述型材出料速度的光学感应模块，所述光学感应模块包括一用于拍摄型材表面的光学感应器，所述图像摄取模块与所述光学感应器分别与所述处理器连接。

5.如权利要求4所述的型材加工监测系统，其特征在于，所述图像摄取模块为CCD摄像头。

6.如权利要求5所述的型材的加工监测系统，其特征在于，所述光学感应模块还包括镜头和照射在型材表面的光源，所述光学感应模块通过该镜头对型材的表面进行拍摄。

7.如权利要求4所述的型材加工监测系统，其特征在于，还包括若干与所述处理器连接的红外高温传感器。

8.如权利要求4所述的型材加工监测系统，其特征在于，还包括用于拍摄型材的监控摄像头，所述监控摄像头与所述处理器连接交互。

9.如权利要求4所述的型材加工监测系统，其特征在于，还包括一服务器和与所述服务器连接的存储器，所述服务器与所述处理器连接交互。

10.如权利要求4所述的型材加工监测系统，其特征在于，还包括若干与所述服务器连接的控制台和若干与所述控制台连接交互的打印机。

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