CN106247968A - 一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统及方法 - Google Patents

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李彦
马菽聪
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Abstract

本发明提供一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统及方法，包括：线结构光投射单元、图像传感单元、检测及计算单元；其中，线结构光投射单元，用于检测到板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到工作辊的表面，线结构光通过所述工作辊的表面反射到所述图像传感单元的成像面；图像传感单元，用于按照设定频率采集反射的线结构光在成像面形成的图像；检测及计算单元，用于检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光斑，并计算光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将最大位移量确定为板带矫直机的工作辊挠度值。本发明实施例能够在不影响矫直机生产的条件下，对板带矫直机的工作辊挠度进行实时检测，安全可靠且精度较高。

Description

一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统及方法
技术领域
本发明涉及板带矫直机的工作辊挠度测量技术领域，特别是涉及一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统及方法。
背景技术
目前，冶金工业中矫直机的应用已经十分广泛，然而由于板带矫直机在生产过程中的工作辊挠度值只能靠理论计算得到，因此无法提供实时的工作辊挠度值给矫直机二级模型，从而使得矫直二级模型在设定辊缝时的精度无法进一步提高，进而影响矫直质量。
由此可见，目前亟需一种实时检测工作辊挠度值的技术方案，以解决现有技术中不能够实时检测板带矫直机的工作辊挠度的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统及方法，用以解决现有技术中不能实时检测板带矫直机的工作辊挠度的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明实施例提供一种板带矫直机的工作辊挠度的实时检测系统，该系统包括：线结构光投射单元、图像传感单元、检测及计算单元；其中，
所述线结构光投射单元，用于检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊的表面反射到所述图像传感单元的成像面；
所述图像传感单元，用于按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；
所述检测及计算单元，用于检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
优选地，所述检测及计算单元具体用于：
检测所述图像中的各像素点的数字灰度值，并将各像素点的数字灰度值分别与预设的数字灰度阈值进行对比；
将数字灰度值大于所述数字灰度阈值的像素点确认为所述光线对应的像素点，且将数字灰度值小于所述数字灰度阈值的像素点确认为背景像素点；
计算所述光线对应的各像素点分别与预设基准线的距离，将像素点与预设基准线的距离确定为相应像素点相对于预设基准线的位移量。
优选地，所述结构光投射单元采用线结构光发射器实现。
优选地，所述图像传感单元采用面阵互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器或面阵电荷耦合CCD图像传感器实现。
优选地，所述检测单元采用中央处理器CPU、图形处理器GPU、微处理器MPU、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA或集成电路芯片实现。
优选地，所述线结构光为激光。
基于上述系统，本发明实施例提供了一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测方法，该方法包括：
线结构光投射单元检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊表面反射到图像传感单元的成像面；
所述图像传感单元按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；
检测及计算单元检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
优选地，所述检测及计算单元检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量，包括：
所述检测及计算单元检测所述图像中的各像素点的数字灰度值，并将各像素点的数字灰度值分别与预设的数字灰度阈值进行对比；
将数字灰度值大于所述数字灰度阈值的像素点确认为所述光线对应的像素点，且将数字灰度值小于所述数字灰度阈值的像素点确认为背景像素点；
计算所述光线对应的各像素点分别与预设基准线的距离，将像素点与预设基准线的距离确定为相应像素点相对于预设基准线的位移量。
优选地，所述线结构光为激光。
如上所述，本发明提供的板带矫直机工作辊挠度的实时检测系统及方法，包括：线结构光投射单元、图像传感单元、检测及计算单元；其中，所述线结构光投射单元，用于检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊表面反射到所述图像传感单元的成像面；所述图像传感单元，用于按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；所述检测及计算单元，用于检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。如此，本发明实施例在不影响矫直机生产的条件下，能够对板带矫直机的工作辊挠度进行实时检测，为矫直机二级模型实时提供工作辊挠度检测值，从而提高矫直机二级模型设定精度，达到提高矫直质量的目的。
附图说明
图1显示为本发明的板带矫直机工作辊挠度的实时检测系统的组成结构示意图；
图2显示为本发明的板带矫直机工作辊挠度的实时检测方法的流程示意图；
图3显示为本发明的成像面示意图；
图4显示为本发明的测量光学系统图；
图5显示为本发明的具体实施例中的板带矫直机工作辊挠度的实时检测系统的组成结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明实施例应用于对板带矫直机工作辊挠度的实时检测，能够在不影响矫直机生产的条件下，对板带矫直机的工作辊挠度进行实时检测，为矫直机二级模型实时提供工作辊挠度的检测值，从而提高矫直机二级模型的设定精度，达到提高矫直质量的目的。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中提供的板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：线结构光投射单元100、图像传感单元101、检测及计算单元102；其中，
所述结构光投射单元100，用于检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊表面反射到所述图像传感单元101的成像面；
所述图像传感单元101，用于按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；
所述检测及计算单元102，用于检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
其中，所述线结构光为激光。
具体的，所述检测及计算单元102具体用于：
检测所述图像中的各像素点的数字灰度值，并将各像素点的数字灰度值分别与预设的数字灰度阈值进行对比；
将数字灰度值大于所述数字灰度阈值的像素点确认为所述光线对应的像素点，且将数字灰度值小于所述数字灰度阈值的像素点确认为背景像素点；
计算所述光线对应的各像素点分别与预设基准线的距离，将像素点与预设基准线的距离确定为相应像素点相对于预设基准线的位移量。
进一步地，所述系统还包括：
存储单元103，用于存储检测的工作辊挠度值。
以上功能单元的划分方式仅为本发明实施例给出的一种优选实现方式，功能单元的划分方式不构成对本发明的限制。为了描述的方便，以上所述系统的各部分以功能分为各种单元分别描述。该系统可以是分布式系统或集中式系统，若为分布式系统，则上述功能单元可分别由硬件设备实现，各硬件设备之间通过通信网络交互；若是集中式系统，则上述各功能单元可集成在一个硬件设备中实现。
在实际应用中，所述板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统可以采用分布式结构，所述结构光投射单元100及图像传感单元101可布置在前端，所述结构光投射单元100可采用线结构光发射器实现，所述图像传感单元101可采用面阵互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感器或面阵电荷耦合(ChargeCoupled Device，CCD)图像传感器实现；所述检测单元102及所述存储单元103可集成在一个后台数据处理服务器中实现，所述检测单元102可由位于所述数据处理服务器中的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图形处理器(raphics Processing Unit，GPU)、微处理器(Micro Processor Unit，MPU)、数字信号处理器(Digital signal Processor，DSP)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或集成电路芯片实现，所述存储单元103可由位于所述数据处理服务器中的存储器实现。
基于相同的技术构思，本发明实施例提供了一种板带矫直机工作辊挠度的实时检测方法，由于该板带矫直机工作辊挠度的实时检测方法解决问题的原理与系统相似，因此方法的实施过程及实施原理均可以参见前述系统的实施原理，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供了一种板带矫直机工作辊挠度的实时检测方法，如图2所示，该方法包括：
步骤S200：线结构光投射单元100检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊表面反射到图像传感单元101的成像面。
本步骤中，所述线结构光为激光。
本步骤中，线结构光投射单元100检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，才将线结构光投射到所述工作辊的表面；否则，自动关闭并停止将线结构光投射到所述工作辊的表面。
步骤S201：图像传感单元101按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像。
本步骤中，线结构光投射单元100检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，才将线结构光投射到所述工作辊的表面，此时，图像传感单元101按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；线结构光投射单元100检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，自动关闭并停止将线结构光投射到所述工作辊的表面，相应的，图像传感单元101也停止采集图像。
本步骤中，可以根据需要及实际情况设定采集图像的频率，优选地，可以将采集图像的频率设定为50ms，这里对采集图像的频率不作具体限定。
步骤S202：检测及计算单元102检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
本步骤中，可以预先对所述图像进行预处理以提高所述图像的质量，这里对图像预处理算法不作具体限定，可以采用现有图像预处理算法对所述图像进行图像预处理，重复之处不再赘述。
本步骤中，反射的线结构光在所述成像面形成的光线在工作辊未受力发生挠曲变形时为直线，在工作辊受力发生挠曲变形时为曲线；下面对如何检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量进行详细说明：
检测所述图像中的各像素点的数字灰度值，并将各像素点的数字灰度值分别与预设的数字灰度阈值进行对比；
将数字灰度值大于所述数字灰度阈值的像素点确认为所述光斑对应的像素点，且将数字灰度值小于所述数字灰度阈值的像素点确认为背景像素点；
计算所述光线对应的各像素点分别与预设基准线的距离，将像素点与预设基准线的距离确定为相应像素点相对于预设基准线的位移量。
具体的，若以所述成像面的中心点为原点o建立二维坐标系xoy，如图3所示，横向为x轴，纵向为y轴；那么，预设的基准线即为y轴，所述光线对应的各像素点分别与预设基准线y轴的距离即为各像素点i的x轴坐标xi的绝对值|xi|，各像素点与y轴的距离|xi|即为各像素点相对于预设基准线y轴的位移量。
需要说明的是：图3仅为示例，并不构成对本发明的限制。
本步骤中，将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值，下面对为何将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值进行说明：
如果工作辊(被测物体)沿线结构光轴移动或所述工作辊的表面变化而导致入射的线结构光沿入射光轴移动，那么图像传感单元101的成像面上的成像点也会随之移动，根据物象之间的关系从而确入射的线结构光在工作辊表面的位移量与反射的线结构光在成像面的位移量之间的关系；
测量光学系统图如图4所示，依据图4中的工作辊的表面、入射的线结构光、反射的线结构光、光学透镜以及成像面的空间关系，当入射的线结构光在工作辊的表面由基准点o移到a时，反射的线结构光在成像面将偏离主光轴由基准点o'移至a'，ao为入射的线结构光在工作辊表面的位移量，a'o'为反射的线结构光在成像面的位移量；由直射光三角法测距原理可知，a'o'延长线及光学成像透镜应与入射的线结构光交于p点；令：ao＝dl，ao1＝x，a'o1'＝x'，a'o'＝y，则：x＝dl sinθ，其中，θ为入射的线结构光与成像透镜的法平面之间的夹角，为成像面与成像透镜法平面之间的夹角；据三角形相似定理得到：
其中，d0为点a到成像透镜的距离，d1为交点o'到成像透镜的距离；
将x和y代入式(1)可得式(2)：
根据式(2)得到入射的线结构光在工作辊表面的位移量dl与反射的线结构光在成像面的位移量y之间的关系式：
根据挠度定义：细长物体(如梁或柱)的挠度是指在变形时其轴线上各点在该点处轴线法平面内的位移量，由此可知，反射的线结构光在成像面的位移量y即为板带矫直机的工作辊挠度值。
需要说明的是：上述a'点为所述最大位移量对应的像素点。
进一步地，所述方法还包括：
步骤S203：存储单元存储检测到的工作辊挠度值。
下面在实际应用中结合图5，对所述板带矫直机工作辊挠度的实时检测系统的具体组成结构及实现过程进行详细说明：
如图5所示，所述板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统安装在所述板带矫直机8的传输辊道10两旁的地面上，安装的具体位置在板带矫直机的出口位置；该板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统包括：线结构光发射器1，设置成出光面朝向所述板带矫直机的工作辊；面阵CCD图像传感器3，设置成其成像面位于预设光路上；数据处理服务器6，与所述面阵CCD图像传感器3通信连接；支架5；
其中，所述支架5的中轴线与所述板带矫直机8的中轴线对齐，所述面阵CCD图像传感器3和所述线结构光发射器1设置于所述支架5的中轴线，且所述线结构光发射器1设置于所述面阵CCD图像传感器3的上方；所述线结构光发射器1和所述面阵CCD图像传感器3套设于带有可调节的刻度的连接轴4与所述支架5相连，所述工作辊挠度实时检测系统设有供设置所述支架5的工位，且于所述工位设有限制所述面阵CCD图像传感器和所述线结构光发射器1转动的限位结构；所述线结构光发射器1和所述面阵CCD图像传感器3通过所述连接轴4能够相对于所述支架5运动，但在所述线结构光发射器1和所述面阵CCD图像传感器3进入工作位后相对于所述支架5静止，且所述支架5与所述板带矫直机8不能有相对运动。若所述矫直机8的入口设有导板挡住所述线结构光发射器1投射线结构光，则可以通过在所述导板的合适位置开孔来解决这一问题。
该系统的具体实现过程为：所述线结构光发射器1检测所述板带矫直机8的工作辊9滚动时，将线结构光2投射到板带矫直机8的工作辊9的表面，所述线结构光通过所述工作辊的表面反射到所述面阵CCD图像传感器3的成像面；面阵CCD图像传感器3按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像，再将采集的图像通过数据传输线7传送到所述数据处理服务器6，由所述数据处理服务器6检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
综上所述，本发明提供的板带矫直机工作辊挠度的实时检测系统及方法，包括：线结构光投射单元、图像传感单元、检测及计算单元；其中，所述线结构光投射单元，用于检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊的表面反射到所述图像传感单元的成像面；所述图像传感单元，用于按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；所述检测及计算单元，用于检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。如此，本发明实施例能够在不影响矫直机生产的条件下，按照设定频率对板带矫直机的工作辊挠度进行实时检测，为矫直机二级模型实时提供工作辊挠度的检测值，从而提高矫直机二级模型的设定精度，达到提高矫直质量的目的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种板带矫直机的工作辊挠度实时检测系统，其特征在于，所述系统包括：线结构光投射单元、图像传感单元、检测及计算单元；其中，
所述线结构光投射单元，用于检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊的表面反射到所述图像传感单元的成像面；
所述图像传感单元，用于按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；
所述检测及计算单元，用于检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测及计算单元具体用于：
检测所述图像中的各像素点的数字灰度值，并将各像素点的数字灰度值分别与预设的数字灰度阈值进行对比；
将数字灰度值大于所述数字灰度阈值的像素点确认为所述光线对应的像素点，且将数字灰度值小于所述数字灰度阈值的像素点确认为背景像素点；
计算所述光线对应的各像素点分别与预设基准线的距离，将像素点与预设基准线的距离确定为相应像素点相对于预设基准线的位移量。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述结构光投射单元采用线结构光发射器实现。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像传感单元采用面阵互补金属氧化物半导体CMOS图像传感器或面阵电荷耦合CCD图像传感器实现。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测单元采用中央处理器CPU、图形处理器GPU、微处理器MPU、数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA或集成电路芯片实现。
6.根据权利要求1至5任一项所述的系统，其特征在于，所述线结构光为激光。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述系统实现的板带矫直机的工作辊挠度实时检测方法，其特征在于，所述方法包括：
线结构光投射单元检测到所述板带矫直机的工作辊滚动时，将线结构光投射到所述工作辊的表面，所述线结构光通过所述工作辊的表面反射到图像传感单元的成像面；
图像传感单元按照设定频率采集反射的线结构光在所述成像面形成的图像；
检测及计算单元检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量；将计算出的最大位移量确定为所述板带矫直机的工作辊挠度值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测及计算单元检测所述图像中反射的线结构光在所述成像面形成的光线，并计算所述光线对应的各像素点分别相对于预设基准线的位移量，包括：
所述检测及计算单元检测所述图像中的各像素点的数字灰度值，并将各像素点的数字灰度值分别与预设的数字灰度阈值进行对比；
将数字灰度值大于所述数字灰度阈值的像素点确认为所述光线对应的像素点，且将数字灰度值小于所述数字灰度阈值的像素点确认为背景像素点；
计算所述光线对应的各像素点分别与预设基准线的距离，将像素点与预设基准线的距离确定为相应像素点相对于预设基准线的位移量。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述线结构光为激光。
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