CN106814072A - 轧辊磨削表面缺陷检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了轧辊磨削表面缺陷检测系统及其检测方法，检测系统包括结构光投射器、成像装置、数据传输模块和图像处理与分析系统，结构光投射器能够朝向被测轧辊表面投射具有一定形状的结构光图形，成像装置能够对经轧辊表面反射后图形进行成像，成像装置通过数据传输模块将信号传输于图像处理与分析系统，图像处理与分析系统能够将接收到的图像信息与自身预存储的标准图像信息进行比对分析并输出检测结果，检测方法为先标定成像装置，再确定结构光投射器和成像装置参数并按参数进行调节，运行系统及测量软件后再进行微调使反射图像清晰以及处于拍摄图像中心，最后对轧辊表面不同区域进行检测分析获得测量结果，本发明检测效率与准确率高。
Description
技术领域
本发明属于磨削表面缺陷检测领域，具体涉及一种基于结构光反射的轧辊磨削表面缺陷检测系统。
背景技术
斑点、网纹、螺旋纹等是轧辊磨削表面缺陷的常发形态，也是决定轧辊磨削质量及稳定性的一项重要指标。目前轧辊磨床中所使用的涡流探伤、超声波探伤等自动化检测方法无法有效检测此类缺陷，其检测主要是由有经验的磨工师傅在合适的光照条件下从特定的角度对轧辊表面进行目测观察进而判断。这种人工目测检测方式对工人经验要求高，判断的主观性强，难以实现轧辊全辊面的有效检测，检测效率和准确率低。由于人工目测方法的局限性，其仅能对轧辊表面磨削质量与缺陷进行定性地观测评估，而无法实现定量测量与评价；且由于观测方式的主观性，观测具有一定的随机性，也难以形成统一的观测标准。目前工业上也有采用打磨等方式对轧辊或轧制产品表面进行处理，使得缺陷特征对比度得以增强以提高人工观测的准确性，但这些方式检测效果有限，但检测效率进一步降低，其最终评判仍需通过人工观测进行，从而无法摆脱肉眼检测方法的局限性。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种轧辊磨削表面缺陷检测系统，该轧辊磨削表面缺陷检测系统可以实现对斑点、网纹、螺旋纹等缺陷的定性与定量测量，提高缺陷检测的效率与准确性。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案：一种轧辊磨削表面缺陷检测系统，包括结构光投射器、成像装置、数据传输模块和图像处理与分析系统，所述结构光投射器能够朝向被测轧辊表面投射具有一定形状的结构光图形，成像装置能够对经轧辊表面反射后图形进行成像，成像装置通过数据传输模块将信号传输于图像处理与分析系统，图像处理与分析系统能够将接收到的图像信息与自身预存储的标准图像信息进行比对分析并输出检测结果。
作为本发明的进一步改进，所述成像装置为CCD或CMOS工业相机。
作为本发明的进一步改进，所述结构光投射器为能够投射相干单色图形或非相干白光、单色光图形的结构光激光器或结构光投影仪。
作为本发明的进一步改进，结构光投射器上设有第一调节装置，第一调节装置能够调整结构光投射器投射结构光的扇形角。
作为本发明的进一步改进，还设有第二调节装置和第三调节装置，其中第二调节装置能够调整结构光投射器的投射距离，第三调节装置能够调整成像装置与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离。
作为本发明的进一步改进，所述结构光投射器发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线关于投射在轧辊表面图形中心对称，且结构光投射器发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线中间形成设定夹角。
作为本发明的进一步改进，还设有第四调节装置，该第四调节装置能够调节结构光投射器的安装倾斜角度和成像装置的安装倾斜角度以及二者之间的水平距离。
作为本发明的进一步改进，还设有机械系统，该机械系统能够驱动结构光投射器和成像装置形成的整体沿轧辊轴向水平移动以及驱动轧辊转动。
作为本发明的进一步改进，所述数据传输模块通过无线或有线的传输方式实现成像装置与图像处理与分析系统的信号传输。
一种轧辊磨削表面缺陷检测方法，具体步骤如下：
步骤一：对成像装置进行标定；
步骤二：根据被测轧辊尺寸及待检测缺陷类型，确定结构光投射器的扇形角、投射距离及其发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线夹角；
步骤三：调节结构光投射器的扇形角、投射距离及倾角；
步骤四：根据步骤二中结构光投射器发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线夹角以及结构光投射器的倾角，确定成像装置的倾角，根据成像公式(f：镜头焦距，u：物距，v：相距)及几何关系计算成像装置成像中心与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离，并调节成像装置倾角及其与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离；
步骤五：运行系统及测量软件相应模块，根据具有图像处理与分析系统的计算机实时显示的成像装置拍摄图像情况对成像装置的倾角及其与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离进行微调以使图像清晰并使反射图像处于拍摄图像中心位置；
步骤六：运行测量系统及相应测量软件，具有图像处理与分析系统的计算机通过成像装置拍摄到的反射图形与其自身预存储的标准图像信息对比分析得出定性和定量测量结果；
步骤七：通过相应机械系统带动结构光投射器和成像装置整体平动或轧辊转动，对轧辊表面不同区域进行检测。
本发明的有益效果是：本发明基于结构光反射的原理，通过结构光发射器朝轧辊表面投射具有一定形状的结构光图形，然后测量反射图像变化以反映被测区域轧辊表面光反射特征，从而实现斑点、网纹、螺旋纹等轧辊磨削表面缺陷定性与定量，该检测系统能够实现全自动化检测，且该检测系统具有可实现定量测量，检测效率与准确率高的特点，可有效弥补人工目测方法的不足，提升轧辊磨削与轧制生产的质量及稳定性。
附图说明
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
实施例：一种轧辊磨削表面缺陷检测系统，包括结构光投射器1、成像装置2、数据传输模块3和图像处理与分析系统4，所述结构光投射器1能够朝向被测轧辊5表面投射具有一定形状的结构光图形，成像装置2能够对经轧辊表面反射后图形进行成像，成像装置2通过数据传输模块3将信号传输于图像处理与分析系统4，图像处理与分析系统4能够将接收到的图像信息与自身预存储的标准图像信息(用于测量结果分析的参考样本反射图形可采用经抛光或磨削并测定无缺陷的轧辊试样，或参照使用镜面光泽度测量所用标准板，或使用原始发射图形(结构光投影仪作为结构光投射器1时))进行比对分析并输出检测结果。
基于结构光反射的原理，通过结构光发射器朝轧辊5表面投射具有一定形状的结构光图形，然后测量反射图像变化以反映被测区域轧辊5表面光反射特征，从而实现斑点、网纹、螺旋纹等轧辊磨削表面缺陷定性与定量，该检测系统能够实现全自动化检测，且该检测系统具有可实现定量测量，检测效率与准确率高的特点，可有效弥补人工目测方法的不足，提升轧辊磨削与轧制生产的质量及稳定性。
所述成像装置2为CCD或CMOS工业相机。
所述结构光投射器1为能够投射相干单色图形或非相干白光、单色光图形的结构光激光器或结构光投影仪。
结构光投射器1上设有第一调节装置，第一调节装置能够调整结构光投射器1投射结构光的扇形角θ，第一调节装置可以为结构结构光投射器1内自带的调焦装置。
还设有第二调节装置和第三调节装置，其中第二调节装置能够调整结构光投射器1的投射距离h1，第三调节装置能够调整成像装置2与被测轧辊5表面投射图形中心之间的垂直距离h2，通过结构光投射器1的投射距离h1的调整来改变其投射图形的尺寸，第二调节装置可以通过支架、纵向的长条形孔和调整螺丝来实现结构光投射器1投射距离h1的调整，也可以通过齿轮齿条啮合机构或者链轮链条传动机构等来实现结构光投射器1的投射距离h1的调整，第三调节装置与第二调节装置结构原理相同，二者都可以采用各种距离调节机构。
所述结构光投射器1发射光路中心轴线与成像装置2接收光路中心轴线关于投射在轧辊表面图形中心对称，且结构光投射器1发射光路中心轴线与成像装置2接收光路中心轴线中间形成设定夹角α，夹角α一般为0-160度。
还设有第四调节装置，该第四调节装置能够调节结构光投射器的安装倾斜角度ω1和成像装置的安装倾斜角度ω2以及二者之间的水平距离d，第四调节装置包括水平方向延伸的桁架，桁架上设置水平方向的长条孔通过螺栓实现结构光投射器1和成像装置2水平距离的调整，也可以是丝杆螺母机构、齿轮齿条机构，链轮链条机构等来实现二者距离的调节，结构光投射器安装倾斜角度ω1和成像装置的安装倾斜角度ω2调节机构可以为能够转动的安装后通过螺丝固定的方式实现，或者通过齿轮啮合旋转的方式实现。
还设有机械系统，该机械系统能够驱动结构光投射器1和成像装置2形成的整体沿轧辊轴向水平移动以及驱动轧辊转动，机械系统的水平移动机构可以为桁架上设置水平滑轨的方式通过推动即可实现，也可以通过在水平滑轨上设置丝杆螺母机构通过电机驱动，轧辊转动可以通过电机通过减速器带动的方式来实现。
所述数据传输模块3通过无线(如WIFI)或有线(如GIGE、USB、CamLink)的传输方式实现成像装置2与图像处理与分析系统4的信号传输。
一种轧辊磨削表面缺陷检测方法，具体步骤如下：步骤一：对成像装置2进行标定；
步骤二：根据被测轧辊5尺寸及待检测缺陷类型，确定结构光投射器1的扇形角、投射距离h1及其发射光路中心轴线与成像装置2接收光路中心轴线夹角；
步骤三：调节结构光投射器1的扇形角、投射距离h1及倾角；
步骤四：根据步骤二中结构光投射器1发射光路中心轴线与成像装置2接收光路中心轴线夹角以及结构光投射器1的倾角，确定成像装置2的倾角，根据成像公式(f：镜头焦距，u：物距，v：相距)及几何关系计算成像装置2成像中心与被测轧辊5表面投射图形中心之间的垂直距离，并调节成像装置2倾角及其与被测轧辊5表面投射图形中心之间的垂直距离；
步骤五：运行系统及测量软件相应模块，根据具有图像处理与分析系统4的计算机实时显示的成像装置2拍摄图像情况对成像装置2的倾角及其与被测轧辊5表面投射图形中心之间的垂直距离进行微调以使图像清晰并使反射图像处于拍摄图像中心位置；
步骤六：运行测量系统及相应测量软件，具有图像处理与分析系统4的计算机通过成像装置2拍摄到的反射图形与其自身预存储的标准图像信息(原始发射图形或参考样本反射图形)对比分析得出定性和定量测量结果；
步骤七：通过相应机械系统带动结构光投射器1和成像装置2整体平动或轧辊转动，对轧辊表面不同区域进行检测。
Claims (10)
1.一种轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：包括结构光投射器(1)、成像装置(2)、数据传输模块(3)和图像处理与分析系统(4)，所述结构光投射器(1)能够朝向被测轧辊(5)表面投射具有一定形状的结构光图形，成像装置能够对经轧辊表面反射后图形进行成像，成像装置通过数据传输模块将信号传输于图像处理与分析系统，图像处理与分析系统能够将接收到的图像信息与自身预存储的标准图像信息进行比对分析并输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：所述成像装置为CCD或CMOS工业相机。
3.根据权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：所述结构光投射器为能够投射相干单色图形或非相干白光、单色光图形的结构光激光器或结构光投影仪。
4.根据权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：结构光投射器上设有第一调节装置，第一调节装置能够调整结构光投射器投射结构光的扇形角(θ)。
5.根据权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：还设有第二调节装置和第三调节装置，其中第二调节装置能够调整结构光投射器的投射距离(h1)，第三调节装置能够调整成像装置与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离(h2)。
6.根据权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：所述结构光投射器发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线关于投射在轧辊表面图形中心对称，且结构光投射器发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线中间形成设定夹角(α)。
7.根据权利要求6所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：还设有第四调节装置，该第四调节装置能够调节结构光投射器的安装倾斜角度(ω1)和成像装置的安装倾斜角度(ω2)以及二者之间的水平距离(d)。
8.根据权利要求7所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：还设有机械系统，该机械系统能够驱动结构光投射器和成像装置形成的整体沿轧辊轴向水平移动以及驱动轧辊转动。
9.根据权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统，其特征在于：所述数据传输模块通过无线或有线的传输方式实现成像装置与图像处理与分析系统的信号传输。
10.一种采用权利要求1所述的轧辊磨削表面缺陷检测系统的轧辊磨削表面缺陷检测方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：对成像装置进行标定；
步骤二：根据被测轧辊尺寸及待检测缺陷类型，确定结构光投射器的扇形角、投射距离及其发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线夹角；
步骤三：调节结构光投射器的扇形角、投射距离及倾角；
步骤四：根据步骤二中结构光投射器发射光路中心轴线与成像装置接收光路中心轴线夹角以及结构光投射器的倾角，确定成像装置的倾角，根据成像公式(f：镜头焦距，u：物距，v：相距)及几何关系计算成像装置成像中心与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离，并调节成像装置倾角及其与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离；
步骤五：运行系统及测量软件相应模块，根据具有图像处理与分析系统的计算机实时显示的成像装置拍摄图像情况对成像装置的倾角及其与被测轧辊表面投射图形中心之间的垂直距离进行微调以使图像清晰并使反射图像处于拍摄图像中心位置；
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