CN104880465A - 用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器视觉技术领域，一种用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，对于不同厚度高温板坯表面的成像，通过自动调节相机位置保持成像距离一致，并在光源位置固定的情况下，通过调节光源电流保持板坯成像位置处照度一致，从而对不同厚度板坯成像时输出灰度一致的图像。所述相机对热态板坯成像时采用滤镜，以滤除高温辐射的红光及近红外光。本发明的检测方法能根据高温板坯的不同厚度通过调整相机位置及光源驱动电流从而获得灰度一致的检测对象图像。

Description

用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法

技术领域

    本发明涉及一种机器视觉技术领域，尤其涉及一种用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法。

背景技术

变厚度板材表面缺陷的检测，因受到现场高温辐射、噪声、粉尘、水汽、油污等多种恶劣条件的影响而难以实现。目前，针对热态板材的表面质量检查常采用人工目视检查的方法，即在冷床处设置质量检查点，对轧后大板表面质量进行检查。由于轧后钢板温度高，难以在短时间内快速完成钢板表面质量检查，容易造成批量缺陷的发生，且这种检查方式存在着缺陷检出率低、工人劳动强度大等多种问题。另外，由于人工不能直接观察钢板下表面，如需检测钢板下表面，则需要通过翻板来进行。人工检测，批量缺陷要经过多块板之后才能发现。针对热态板材表面缺陷的检测，传统的人工目视检测方式导致整个质量判断周期较长，信息获取不及时，对质量控制、生产节奏和库存控制都存在较大的影响。

针对变厚度板材表面缺陷的检测，国内外研究者进行了不同的尝试和探索。国外方面，以色列OPTIMET公司在1999年申请了“Linear conoscopic holography”专利（美国专利号US005953137A），该专利介绍了一种锥光全息成像技术，与传统的视觉测量技术不同，该方法可以提供深度信息。该方法基于单轴晶体的双折射原理，激光从被测物体反射后，透过晶体，由CCD相机获得干涉区的图像，根据图像计算传感器与被测物体之间的距离。国内方面，中国专利CN200910092408.5 公开了一种连铸板坯表面裂纹在线检测方法，介绍了一种采用绿色激光线光源为照明装置，通过线阵CCD摄像机采集高温铸坯表面图像，利用激光发出的绿光与高温铸坯表面背景光在波长上存在的不同，通过在线阵CCD前加装窄带滤色镜滤除高温铸坯表面的背景光，从而得到反映高温铸坯表面状况的灰度图像，并采用图像处理算法得到铸坯表面的裂纹状况。中国专利CN101871895A 公开了连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法，该专利描述了一种连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法，应用面阵相机对照射在铸坯表面的激光线成像，提取铸坯表面缺陷的深度信息，从而实现对连铸坯表面缺陷的检测。以上相关技术目前还都处在实验验证阶段，且没有考虑热态板坯厚度变化时成像方案的调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，该检测方法根据高温板坯的不同厚度通过调整相机位置及光源驱动电流从而获得灰度一致的检测对象图像。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，对于不同厚度高温板坯表面的成像，通过自动调节相机位置保持成像距离一致，并在光源位置固定的情况下，通过调节光源电流保持板坯成像位置处照度一致，从而对不同厚度板坯成像时输出灰度一致的图像；其步骤是：

第一，光源和相机位于板坯上方，并且光源位置固定；设光源的投射角度为                                               ，光源投射距离为，当板坯厚度变化为时，相机相应向上移动距离，并向光源本体的水平方向移动的距离；若使相机沿平行于光源投射角度的方向轴移动，则相机移动的距离为；

第二，光源控制器根据板坯厚度的变化得到需要输出的光源驱动电流，设光源第一位置照度为，光源第一位置输入电流为，光源第二位置照度为，光源第二位置输入电流为C₂，光源投射距离的变化为，即成像相机移动的距离，在光源电流不变情况下，有：；

为了保持成像位置处照度一致，则距离变化后的第二电流值，需要调整的电流。

所述相机对热态板坯成像时采用滤镜，以滤除高温辐射的红光及近红外光。

所述光源的投射角度为5度至30度。

本发明的用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法与现有技术相比，其积极效果是：

1）本发明在视觉检测系统中，相机根据被测对象厚度的变化调整位置，使相机与被测对象之间的成像距离保持不变，从而保证成像图像的物理分辨率一致，这有利于视觉检测系统对被测对象尺寸参数的测量。

2）光源的照度可以根据被测对象厚板的变化进行调整，使成像位置处的照度保持不变，从而保证相机输出灰度一致的图像。

3）成像时使用滤镜滤除高温辐射产生的红光及近红外光，实现视觉检测系统中相机输出灰度一致的检测对象图像。

本发明可应用于变厚度板坯表面质量及其他厚度变化的板材在线视觉检测系统。

附图说明

图1为本发明的变厚度板材成像示意图；

图2为本发明的光源照度控制方法示意图。

图中：1光源，2驱动电流，3光源控制器，4板坯厚度信息，5相机，6板坯，7光源照射区域，8相机纵向移动位置，9相机横向移动位置，10相机位置移动轴（平行于光源投射角度的方向轴）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，一种用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，是对于不同厚度高温板坯表面的成像，通过自动调节相机位置保持成像距离一致，并在光源位置固定的情况下，通过调节光源电流保持板坯成像位置处照度一致，从而对不同厚度板坯成像时输出灰度一致的图像；其步骤是：

第一，光源1和相机5位于板坯6上方，并且光源1位置固定；设光源的投射角度为，相机的成像角度为，光源投射距离为，当板坯6厚度变化为时，光源1的投射位置向光源本体的水平方向移动，为保证相机5成像位置不变，相机相应向上移动距离，并向光源本体的水平方向移动的距离。为了实现相机5同步移动，可使相机5沿平行于光源投射角度的方向轴10移动，则当板坯厚度变化为时，相机移动的距离为。

针对不同厚度的板坯6，相机5的位置调整可在与光源1投射角度平行的导轨上移动实现，移动距离为，即相机5的调整方向与光源1的投射方向平行。

第二，当光源1位置固定且板坯6厚度变化时，光源1投射到板坯6的距离变小，在光源驱动电流不变的情况下，板坯成像位置处的照度相应增大。参见图2，光源控制器3根据板坯厚度变化信息4得到需要输出的光源驱动电流2。根据光源照度与投射距离的平方成反比的关系，及表面缺陷成像系统在其它条件均不变的情况下，输出的图像灰度与光源的驱动电流之间存在线性关系，可以得到板坯厚度变化时成像位置处需要调整的电流大小。

设：光源投射距离为，光源第一位置照度为，光源第一位置输入电流为，光源第二位置照度为，光源第二位置输入电流为C₂，则第二位置的光源投射距离的变化为，即成像相机移动的距离，在光源电流不变情况下，有：；

为了保持成像位置处照度一致，则距离变化后的第二电流值，需要调整的电流。

光源的照度可以通过光源的驱动电流进行调节，电流的调整根据光源的投射距离进行计算，使光源在板坯表面成像位置处的照度保持不变。

此外，相机对热态板坯成像时采用滤镜滤除高温辐射的红光及近红外光，消除板坯高温辐射对图像质量的影响。

实施例，以应用于某钢厂厚板产线的表面检测系统为例，分析成像系统需要进行的参数调整。

考虑当板坯厚度变化范围在400mm，光源的投射角度在5到30度范围内，根据前述第一步分析，5度时水平移动最大距离为，30度时水平移动最大距离为。

当光源的投射角度在5到30度范围内时，相机同步移动的最大距离为401.5mm（5度：）－462mm（30度：）之间。

光源采用的安装角度为7度，相机的安装角度为3度，安装角度根据现场经验进行设置，且光源和相机在同侧（与上述分别处于不同侧分析结果一致），则在相机移动过程中，相机沿光源投射方向轴移动的最大距离为，横向水平移动的距离最大可达，则对应的相机窗口开口在最薄板成像时窗口沿光源一侧方向加宽49mm即可。当光源到最薄板坯的距离为3200mm，需要的驱动电流为1.5A时，当板坯厚度变化，则光源投射的距离变化为。因驱动电流与光源照度之间存在线性关系，照度与光源照射距离的平方成反比这一规律，可得板厚变化后的光源驱动电流A。

本发明用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法在视觉检测系统中的相机位置可根据板坯厚度的变化进行调整，相机的调整方向与光源的投射方向平行，从而保证成像距离保持不变；光源的照度可以通过光源的驱动电流进行调节，电流的调整根据光源的投射距离进行计算，使光源在板坯表面成像位置处的照度保持不变；从而对不同厚度板坯成像时输出灰度一致的图像。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，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。

Claims (3)

1.一种用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，其特征是：对于不同厚度高温板坯表面的成像，通过自动调节相机位置保持成像距离一致，并在光源位置固定的情况下，通过调节光源电流保持板坯成像位置处照度一致，从而对不同厚度板坯成像时输出灰度一致的图像；其步骤是：

第一，光源和相机位于板坯上方，并且光源位置固定；设光源的投射角度为                                               ，光源投射距离为，当板坯厚度变化为时，相机相应向上移动距离，并向光源本体的水平方向移动的距离；若使相机沿平行于光源投射角度的方向轴移动，则相机移动的距离为；

第二，光源控制器根据板坯厚度的变化得到需要输出的光源驱动电流，设光源第一位置照度为，光源第一位置输入电流为，光源第二位置照度为，光源第二位置输入电流为C₂，光源投射距离的变化为，即成像相机移动的距离，在光源电流不变情况下，有：；

为了保持成像位置处照度一致，则距离变化后的第二电流值，需要调整的电流。

2.根据权利要求1所述的用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，其特征是：所述相机对热态板坯成像时采用滤镜，以滤除高温辐射的红光及近红外光。

3.根据权利要求1或2所述的用于变厚度板材表面质量在线视觉检测方法，其特征是：所述光源的投射角度为5度至30度。