CN105445285A - 用于无张力约束下线材视觉检测装置及方法 - Google Patents
用于无张力约束下线材视觉检测装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种机器视觉技术领域,尤其涉及一种对钢铁工业中管、棒、线材产品在无张力约束下的表面质量检测装置和方法。一种用于无张力约束下线材视觉检测装置,包括若干台相机(1),相机安装在滑动导轨(3)上,滑动导轨固定在固定板(4)上,滑动导轨沿空心导槽(2)外围周向分布,被检测线材(5)通过空心导槽时,各相机对线材外表面进行成像,相机与被检测线材成像距离相等;当线材规格变化时,相机沿滑动导轨进行位置调整,以保持相机与被检测线材成像距离相等。本发明能实现相机成像距离自动调整从而实现对焦,保证了在分辨率不变情况下检测系统清晰成像。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器视觉技术领域,尤其涉及一种对钢铁工业中管、棒、线材产品在无张力约束下的表面质量检测装置和方法。
背景技术
在产品表面质量检测中,基于机器视觉技术的检测系统被大量应用。管、棒、线材产品的表面质量检测,因其外表面为圆形,在光源布置,成像方式上都与其它平面类、旋转类产品有较大差异,特别是这类产品的直径规格发生变化时,圆形表面对各成像器件的相对距离发生变化,为了保证清晰成像需要对相机焦距或者成像距离进行调整。
国际上目前只有较少的几家单位进行这类产品的研发,如OG公司、达涅利公司等。欧洲专利EP2341330A2(Imagecapturingandprocessingsystemforhotprofilesofrevolution)公开了一种对热态圆柱长材表面进行成像的方法,三组线阵CCD相机和线性光源成120度分布。OG公司的中国专利200680032274.2公开了一种用于探测诸如轧制/冷拉金属杆的工件上的表面缺陷的装置和方法”,解决了一种用于金属扁平物无损表面缺陷探测的相关问题。中国专利CN102549374A(Amethodandapparatusofaportableimaging-basedmeasurementwithselfcalibration)采用改变焦距的成像方式进行对焦。但是,相关专利均没有考虑到被测对象规格变化及无张力约束时,保持成像系统分辨率不变的调整方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于无张力约束下线材视觉检测装置及方法,该线材在本文中可理解为外部为圆周面,线材横截面的外部为圆形,该线材是广义的,即包括了管、棒、以及线材。该检测装置和方法是根据成像系统布置模型计算相机位置,实现相机成像距离自动调整从而实现对焦,保证了在分辨率不变情况下检测系统清晰成像。
为了实现上述技术目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于无张力约束下线材视觉检测装置,包括若干台相机,相机安装在滑动导轨上,滑动导轨固定在固定板上,滑动导轨沿空心导槽外围周向分布,被检测线材通过空心导槽时,各相机对线材外表面进行成像,相机与被检测线材成像距离相等;当线材规格变化时,相机沿滑动导轨进行位置调整,以保持相机与被检测线材成像距离相等。
所述滑动导轨上设置有第二连接板,第二连接板由电机驱动,电机由控制器输出信号控制;相机通过第一连接板与角位台连接,角位台安装于第二连接板上,第二连接板由上下二块板组成,上板与下板之间通过螺栓连接,上下二块板之间能调整连接角度。
所述相机沿被检测线材横截面的外部圆形中心为中心的圆周上均匀设置。
所述相机为三台、四台或六台。
一种用于无张力约束下线材视觉检测方法,其步骤是:
被检测线材外部为圆周面,将若干台相机沿被检测线材横截面的外部圆形中心为中心的圆周上均匀设置,被检测线材通过空心导槽时,各相机对线材外表面进行成像;相机设置于滑动导轨上能移动;
当被检测线材直径变动时,通过控制器输出信号控制电机,从而带动相机沿滑动导轨移动,保持相机与被检测线材的成像距离相等。
本发明的检测方法是:首先根据检测系统的架构设计确定各成像器件的分布情况,对于圆周面的检测可分为三相机,四相机、六相机等布置方案,然后根据相机布置方案确定各相机在被测对象直径发生变化时需要调整的位置,通过控制器输出信号控制电机,从而带动相机沿滑动导轨移动,以保证各成像器件的成像距离保持不变,从而保证成像分辨率一致,有效实现不同规格产品的表面视觉检测。
应用本发明的技术方案,针对管、棒、线材产品在无张力约束条件下进行表面检测时,依据检测系统方案确定各成像器件在检测不同规格(直径)产品时的检测位置,在被检测对象表面清晰成像的同时保证成像分辨率一致,实现被测对象表面质量检测。
附图说明
图1为本发明的三相机成像坐标示意图;
图2为本发明的三相机布置方式示意图;
图3为本发明的四相机成像坐标(下面二个相机)示意图;
图4为本发明的四相机布置方式示意图;
图5为本发明的六相机成像坐标(下面二个相机)示意图;
图6为本发明的六相机布置方式示意图;
图7为本发明的六相机对应不同规格线材的位置调整轨迹示意图;
图8为本发明的六相机中第一相机位置调整轨迹示意图;
图9为本发明的六相机中第二相机位置调整轨迹示意图;
图10为本发明的六相机中第三相机位置调整轨迹示意图;
图11为本发明的六相机中第四相机位置调整轨迹示意图;
图12为本发明的六相机中第五相机位置调整轨迹示意图;
图13为本发明的六相机中第六相机位置调整轨迹示意图;
图14为本发明的相机安装于滑动导轨的结构示意图。
图中:1相机,2导槽,3滑动导轨,4固定板,5被检测线材,6第一连接板,7角位台,8电机,9第二连接板。
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6和图14,一种用于无张力约束下线材视觉检测装置,包括若干台相机1,相机1安装在滑动导轨3上,滑动导轨3固定在固定板4上,滑动导轨3沿空心导槽2外围周向分布,被检测线材5通过空心导槽2时,各相机1对线材5外表面进行成像,所述相机1沿被检测线材5横截面的外部圆形中心为中心的圆周上均匀设置,相机1与被检测线材5成像距离相等;当线材5规格变化时,相机1沿滑动导轨3进行位置调整,以保持相机与被检测线材成像距离相等。
所述空心导槽2可以这样制作,将一根相同直径的管子截成二段后分开一段距离放置,并且保证两段管子的中心线在同一直线上,被检测线材5通过空心导槽2(即两段管子)时,露出了一段被检测线材5,这样相机能对被检测线材的圆周面进行成像。
所述滑动导轨3上设置有第二连接板9,第二连接板9由电机8驱动,电机8由控制器(图中未示出)输出信号控制;相机1通过第一连接板6与角位台7连接,角位台7安装于第二连接板9上,第二连接板9由上下二块板组成,上板与下板之间通过螺栓连接,上下二块板之间能调整连接角度,以满足不同位置时相机与滑动导轨之间的角度连接关系。
所述相机为三台、四台或六台。
一种用于无张力约束下线材视觉检测方法,是基于上述的用于无张力约束下线材视觉检测装置。被检测线材5外部为圆周面,将若干台相机1沿被检测线材5横截面的外部圆形中心为中心的圆周上均匀设置,若干台相机1可以在一个平面内,该平面与被检测线材5横截面的外部圆形中心组成的中心线相垂直,若干台相机1也可以不在一个平面内;被检测线材5通过空心导槽2时,各相机1对线材5外表面进行成像,成像时保持相机1与被检测线材5的成像距离相等;相机1设置于滑动导轨3上能移动。当被检测线材5直径变动时,通过控制器输出信号控制电机8,从而带动相机1沿滑动导轨3移动,以保持相机1与被检测线材5的成像距离相等。
以高速线材产品表面质量检测为例,说明本发明技术方案的具体实施方式。线材表面检测系统采用三台、四台或六台线阵相机均布进行绕圆周面的成像,而线材在无张力约束下通过空心导槽时以贴近导槽下部表面通过,在进行相机成像位置调整时,需分析不同规格线材通过时相机需要进行的位置调整量,以保持相机与被检测线材的成像距离相等。
设:O1和O2分别对应半径为R1和R2规格线材的中心,O为空心导槽圆弧面与线材圆弧面的切点,并以O点为坐标原点,分别计算各相机的坐标位置。
又设:成像距离为d,线材半径为R。
对于三相机布置方式,三台相机成像坐标和沿滑动导轨移动轨迹为:参见图1和图2,
相机1位置
相机2位置
相机3位置
以上α的值为60°。
在上式中,成像距离d是确定,则各台相机移动轨迹能根据线材半径R确定,从而能够确定三台相机的位置。通过将相关数据输入给控制器后,经控制器计算后将相关数据输出给电机,从而控制电机运行将相机移动到相对应位置。
对于四相机布置方式,四台相机成像坐标和沿滑动导轨移动轨迹为:参见图3和图4,
相机1位置
相机2位置
相机3位置
相机4位置
以上α的值为90°。
对于六相机布置方式,六个相机成像坐标和沿滑动导轨移动轨迹为:参见图5和图6,
对于六相机布置方式,则有:
相机1位置
相机2位置
相机3位置:
相机4位置:
相机5位置:
相机6位置:
以上α的值为30°。
下面以六相机布置方式,说明各相机位置参数的调整。根据高线系统设计相关参数,其中成像距离d为320mm,设线材半径R变化范围为5-20mm。据此可以算出每个相机在不同线材规格下的坐标位置。六台相机对应不同规格线材的位置调整轨迹示意图如图7所示。
通过以上关系,可以分别确定各相机移动轴的方向:
CAM1:斜率k=-0.134/0.5=-0.268,与x反向成大致15度角,参见图8。
CAM2:斜率k=0.134/0.5=0.268,与x正向成大致15度角,参见图9。
CAM3:斜率k=1,与x正向成大致45度角,参见图10。
CAM4:斜率k=1.866/0.5=3.732,与x正向成大致75度角,参见图11。
CAM5:斜率k=-1.866/0.5=-3.732,与x反向成大致75度角,参见图12。
CAM6:斜率k=1,与x反向成大致45度角,参见图13。
本发明的检测装置和检测方法是根据检测系统相机布置模型,计算被检测对象不同规格型号下各相机的位置,自动调整成像器件到被检测对象之间的距离。对不同规格的产品在无张力约束时进行检测,成像器件到被检测对象之间的距离保持不变,保证了检测系统分辨率一致,为后续的图像处理及产品质量检测提供了基础。
本发明的技术方案可以应用于管、棒、线材产品在无张力约束条件下进行表面检测时相机自动对焦调整,在保证分辨率一致的情况下进行视觉检测,其应用前景非常广阔。
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 (8)
1.一种用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:
包括若干台相机(1),相机(1)安装在滑动导轨(3)上,滑动导轨(3)固定在固定板(4)上,滑动导轨(3)沿空心导槽(2)外围周向分布,被检测线材(5)通过空心导槽(2)时,各相机(1)对线材(5)外表面进行成像,相机(1)与被检测线材(5)成像距离相等;当线材(5)规格变化时,相机(1)沿滑动导轨(3)进行位置调整,以保持相机(1)与被检测线材(5)成像距离相等。
2.根据权利要求1所述的用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:所述滑动导轨(3)上设置有第二连接板(9),第二连接板(9)由电机(8)驱动,电机(8)由控制器输出信号控制;相机(1)通过第一连接板(6)与角位台(7)连接,角位台(7)安装于第二连接板(9)上,第二连接板(9)由上下二块板组成,上板与下板之间通过螺栓连接,上下二块板之间能调整连接角度。
3.根据权利要求1或2所述的用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:所述相机(1)沿被检测线材(5)横截面的外部圆形中心为中心的圆周上均匀设置。
4.根据权利要求3所述的用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:所述相机(1)为三台、四台或六台。
5.一种用于无张力约束下线材视觉检测方法,其特征是:
被检测线材外部为圆周面,将若干台相机沿被检测线材横截面的外部圆形中心为中心的圆周上均匀设置,被检测线材通过空心导槽时,各相机对线材外表面进行成像;相机设置于滑动导轨上能移动;
当被检测线材直径变动时,通过控制器输出信号控制电机,从而带动相机沿滑动导轨移动,保持相机与被检测线材的成像距离相等。
6.根据权利要求5所述的用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:所述相机为三台,三台相机沿滑动导轨移动轨迹为:
设:线材半径为R,成像距离为d,O为空心导槽圆弧面与线材圆弧面的切点,以O点为坐标原点,分别计算各相机的坐标位置;
对于三相机布置方式,则有:
相机1位置
相机2位置
相机3位置
7.根据权利要求5所述的用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:所述相机为四台,四台相机沿滑动导轨的移动轨迹为:
设:线材半径为R,成像距离为d,O为空心导槽圆弧面与线材圆弧面的切点,以O点为坐标原点,分别计算各相机的坐标位置;
对于四相机布置方式,则有:
相机1位置
相机2位置
相机3位置
相机4位置
8.根据权利要求5所述的用于无张力约束下线材视觉检测装置,其特征是:所述相机为六台,六台相机沿导轨的移动轨迹为:
设:线材半径为R,成像距离为d,O为空心导槽圆弧面与线材圆弧面的切点,以O点为坐标原点,分别计算各相机的坐标位置;
对于六相机布置方式,则有:
相机1位置
相机2位置
相机3位置:
相机4位置:
相机5位置:
相机6位置:
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