CN104006749B - 基于在线钢丝绳的测长装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于在线钢丝绳的测长装置及方法，它包含线激光发射器、高速工业相机、支架、工控机、图像分析软件，在线钢丝绳水平运动时，其被激光投射的表面某个点的周期性旋转运动通过激光投射亮线转化为激光亮线的旋转运动，利用高速工业相机连续获取图像并传输给工控机进行图像分析，最终获得激光投射亮线的旋转速度并换算为在线钢丝绳的瞬间线速度，根据速度与时间积分获得钢丝绳的总长度。本发明的有益效果是：测量误差小、安全性好、测量效率高、测量成本低、钢丝绳运动状态好判断、测量设备适应性强。

Description

基于在线钢丝绳的测长装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于在线钢丝绳的测长装置及方法。

背景技术

钢丝绳是长度类产品，其成品长度误差不仅受到国家、行业标准的严格规定，还直接与产品质量、用户需求、企业信誉、生产利润息息相关。因此，在生产过程中准确测量并截取相应钢丝绳长度，控制其长度误差，对于企业和用户意义重大。

现有的钢丝绳在线测长方法主要有接触式和非接触式两种。其中，接触法应用最广，又可分为直接接触和间接接触。直接接触测长时，计长装置与生产线上的钢丝绳接触，将钢丝绳的直线运动转换为计长装置的旋转运动，并根据转动圈数和装置周长换算钢丝绳运动长度；间接接触法则通过计数器测定生产线上与钢丝绳接触的压紧轮、牵引轮或卷筒的旋转圈数，再乘以其周长从而间接计算钢丝绳长度。采用这种传统的机械接触方法测长往往精度较低，误差较大，主要原因有。

1.只要采用接触方式测长，无论是计长装置，还是压紧轮、牵引轮，其与钢绳之间都不可避免地存在打滑，出现计数误差，且钢丝绳直径越大，打滑越严重。

2.由于长期发生滑动摩擦，计长装置、压紧轮、牵引轮的圆周直径会因钢丝绳的磨损而逐渐减小,使周长发生变化，长度计算出现误差。

3.接触法计算的是钢丝绳与旋转装置接触的外圆周位置长度而不是绳的轴心位置长度，测长存在原理性误差。

目前已有多项技术方案对接触式钢丝绳测长方法进行了有益的改进，如2005年由青岛港（集团）有限公司申报的实用新型专利《钢丝绳长度计量装置》（200420096957.2）；2007年由宝钢集团上海第一钢铁有限公司申报的实用新型《钢丝绳长度计》（200520046396.X）；2010年由江苏法尔胜特钢制品有限公司申报的实用新型《钢丝绳长度计数测量装置》（200920040353.9）；2012年由江苏巨力钢绳有限公司申请的两项实用新型《一种用于计算钢丝绳长度的设备》（201110314173.7）和《用于计量钢丝绳长度的设备》（201120394246.3）；2012年由江苏兴龙金属制品股份有限公司申报的两项实用新型《一种钢丝绳计量器》（201210174902.8）和《一种钢丝绳长度计量器》（201220251816.8）。这些技术方案大多集中在机械装置的结构改进上，虽然各有特色，但都无法从本质上消除接触测长方法固有的打滑和磨损这两大缺陷，以及长度计算的原理性误差，测长精度提升受到局限。

非接触方法主要采用励磁读磁技术进行钢丝绳在线实时测长，其技术方案是在被测钢丝绳两端分别安装励磁线圈磁头和霍尔读磁传感器，二者间步长可精确测定。测长时,励磁磁头瞬间通过强电流对行进中的钢丝绳某点励磁，当磁化点行至读磁传感器时将产生脉冲电信号，系统将根据接收信号对步长不断累加，从而获取钢绳长度。目前国内已有相关方案和技术，如1999年中国科学院上海技术物理研究所申报的实用新型《钢丝绳测长装置》（97234783.6）；2001年重庆钢铁（集团）有限责任公司申报的《钢绳测长装置》（00223049.6）。励磁读磁方案虽然具有非接触、实时性强等优点，但也存在以下瓶颈：

1.为磁化彻底，励磁磁头需要通几安至几十安的强电流，且绳径越大，电流越强，由此带来的可行性、安全性问题，以及钢绳的退磁问题都需要进一步考虑；

2.磁化具有一定宽度，不能精确到点，因此，读取剩磁信号时，读磁传感器何时产生计数脉冲是决定测长误差的重要因素；

3.由于磁化没有方向性，励磁读磁技术无法判定在线钢丝绳运动状态，无法解决因钢绳回车而产生的磁化点误读，需要其它信号辅助；

4.励磁线圈尺寸需要随绳径的改变而改变。

有鉴于此，本发明提供了一种基于在线钢丝绳的测长方法。

发明内容

.要解决的技术问题

明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于在线钢丝绳的测长装置及方法，以解决在线钢丝绳测长测量误差大、安全性差、测量效率不高、测量成本高、钢丝绳运动状态不好判断、测量设备适应性差等技术瓶颈问题。

.解决其技术问题所采用的技术方案

明是通过以下技术方案来实现的：

基于在线钢丝绳的测长装置，其特征在于，线激光发射器和高速工业相机安装在支架上，所述高速工业相机处于在线钢丝绳的正上方，所述线激光发射器将激光投射到在线钢丝绳表面，形成激光投射亮线，所述激光投射亮线与在线钢丝绳轴向垂直，所述激光投射亮线位于高速工业相机的视场中心，高速工业相机与工控机通过通信线缆连接并实现实时图像数据传输，所述工控机上安装有图像分析处理软件。

所述通信线缆（6）可选用USB线缆。

一种基于在线钢丝绳的测长方法，其特征在于，在线钢丝绳水平运动时，其被激光投射的表面某个点的周期性旋转运动可通过激光投射亮线转化为所述激光亮线的旋转运动，此时高速工业相机连续获取图像并通过通信电缆实时传输给工控机，工控机利用图像分析处理软件对相邻两帧图像进行处理，最终获得激光投射亮线的瞬间旋转速度，将该瞬间旋转速度换算为在线钢丝绳水平运动的瞬间线速度，对该瞬间线速度进行时间积分，即可测得某时段内钢丝绳的运动总长度。

所述图像分析处理软件可对图像进行图像增强、角点检测、角点匹配、运动估计处理。

有益效果

明的有益效果是：与传统的机械接触式测长相比，本发明提供的一种基于在线钢丝绳的测长装置及方法，消除了打滑和磨损对测长的影响，其原理本质上是基于速度与时间积分而得到长度，不存在原理性误差。本发明基于线激光成像、机器视觉的钢丝绳测长，对人体无伤害，安全性高；本发明实施简单，可行性强，技术方案涉及的设备均已成熟，实施成本低，实施可靠。本发明采用的线激光具有连续反映钢丝绳表面形态、纹理变化的优势，分辨率高、实时性强、信息量大，被测特征量精度高。本发明只需根据激光亮线的方向、速度就可以即时判断在线钢丝绳的前进、停车、倒车等运动状态。本发明采用的线激光投射范围大，可适应不同绳径的钢丝绳，无需更改方案和设备，适应性强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

附图标记说明：1—工控机 2—高速工业相机 3—线激光发射器 4-激光投射亮线 5-在线钢丝绳 6-通信线缆 7-支架

具体实施例及实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1，一种基于在线钢丝绳的测长装置，其特征在于，线激光发射器3和高速工业相机2安装在支架7上，所述高速工业相机2处于在线钢丝绳5的正上方，所述线激光发射器3将激光投射到在线钢丝绳5表面，形成激光投射亮线4，所述激光投射亮线4与在线钢丝绳5轴向垂直，所述激光投射亮线4位于高速工业相机2的视场中心，高速工业相机2与工控机1通过通信线缆6连接并实现实时图像数据传输，所述工控机1上安装有图像分析处理软件。所述通信线缆（6）选用USB线缆。

如图1，利用上述在线钢丝绳的测长装置的测长方法，其特征在于，在线钢丝绳5水平运动时，其被激光投射的表面某个点的周期性旋转运动可通过激光投射亮线4转化为所述激光亮线的旋转运动，此时高速工业相机2连续获取图像并通过通信电缆6实时传输给工控机1，工控机1利用图像分析处理软件对相邻两帧图像进行处理，最终获得激光投射亮线4的瞬间旋转速度，将该瞬间旋转速度换算为在线钢丝绳5水平运动的瞬间线速度，对该瞬间线速度进行时间积分，即可测得某时段内钢丝绳的运动总长度。

Claims (4)

1.一种基于在线钢丝绳的测长装置，其特征在于，线激光发射器（3）和高速工业相机（2）安装在支架（7）上，所述高速工业相机（2）处于在线钢丝绳（5）的正上方，所述线激光发射器（3）将激光投射到在线钢丝绳（5）表面，形成激光投射亮线（4），所述激光投射亮线（4）与在线钢丝绳（5）轴向垂直，所述激光投射亮线（4）位于高速工业相机（2）的视场中心，高速工业相机（2）与工控机（1）通过通信线缆（6）连接并实现实时图像数据传输，所述工控机（1）上安装有图像分析处理软件。

2.如权利要求1所述的基于在线钢丝绳的测长装置，其特征在于，所述通信线缆（6）可选用USB线缆。

3.一种基于在线钢丝绳的测长方法，其特征在于，在线钢丝绳（5）水平运动时，其被激光投射的表面某个点的周期性旋转运动可通过激光投射亮线（4）转化为所述激光投射亮线的旋转运动，此时高速工业相机（2）连续获取图像并通过通信电缆（6）实时传输给工控机（1），工控机（1）利用图像分析处理软件对相邻两帧图像进行处理，最终获得激光投射亮线（4）的瞬间旋转速度，将该瞬间旋转速度换算为在线钢丝绳（5）水平运动的瞬间线速度，对该瞬间线速度进行时间积分，即可测得某时段内钢丝绳的运动总长度。

4.如权利要求3所述的基于在线钢丝绳的测长方法，其特征在于，所述图像分析处理软件可对图像进行图像增强、角点检测、角点匹配、运动估计处理。