CN107202797B - 非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统及其方法，其主要技术特点是：该系统包括多个线阵扫描相机装置、集中式系统主机及I/O接口板；线阵扫描相机装置安装在焊缝检测点并进行现场各焊缝检测点的图像信号采集，集中式系统主机接收各个线阵扫描相机装置回传的图像信号并实现钢焊缝检测功能；该检测方法在使用Houghlines直线检测算法后采用直线拟合逻辑分析判别算法用以更加准确地判定该轮廓直线是否为焊缝。本发明设计合理，大大提高了多检测点同时处理高速运行生产线的允许最大通过速度，能够准确而快速地识别带钢焊缝，在保证识别率的基础上大大减小了程序误报的概率，可广泛应用于带钢焊缝检测领域。

Description

非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统及其方法

技术领域

本发明属于图像识别技术领域，尤其是一种非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统及其方法。

背景技术

目前，在连续热镀锌生产线上通常采用对射式焊缝检测仪进行带钢焊缝检测通常，该方法存在的问题是：需要在焊缝处额外冲孔而对带钢表面造成的损坏。另外，采用面阵相机虽然可以实现带钢焊缝检测功能，但是其存在系统配置高、资源消耗大以及检测速度慢等缺点，难以满足对高等级涂镀带钢生产线运行速度快及对于多点位图像同时连续运算要求高的检测生产检测需要。

发明内容

本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、识别率高且速度快的非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统及其方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统，包括多个线阵扫描相机装置、集中式系统主机及I/O接口板；所述线阵扫描相机装置安装在焊缝检测点并进行现场各焊缝检测点的图像信号采集，线阵扫描相机装置通过光纤/以太网传输设备与集中式系统主机相连接并将采集的图像信号传输给集中式系统主机；所述集中式系统主机接收各个线阵扫描相机装置回传的图像信号并实现钢焊缝检测功能，该集中式系统主机通过I/O接口板与生产线基础自动化控制器相连接用于采集生产线实时速度，该集中式系统主机通过I/O接口板与生产线基础自动化控制器相连接并向其发送控制信号。

所述线阵扫描相机装置包括线阵扫描相机、线阵光源及光源控制器，所述线阵扫描相机通过光源控制器与线阵光源相连接，所述线阵光源在光源控制器的控制下为线阵扫描相机供电。

所述线阵扫描相机装置安装在生产线上各检测点位处主机架上，该主机架安置在被检测焊缝位置的正上方且底部与地面固装，该主机架实现对线阵扫描相机装置安装及防护功能；所述集中式系统主机、I/O接口板安装在电气控制室内的计算机台上。

所述线阵扫描相机采用BASLERraL2048-48gm相机且其内置线阵扫描相机镜头为ML-U1614MP9，所述线阵光源为2048线阵光源，所述光源控制器控制器采用P-LSP-600-W控制器。

所述集中式系统主机采用研华610H工控机并且内置有带钢焊缝检测软件。

一种非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、集中式系统主机接收多个监测点线性扫描相机装置采集的图像；

步骤2、采用中值滤波法对每一帧图像进行平滑处理；

步骤3、建立结构元素并采用膨胀算法和腐蚀算法消除噪声、分割出独立的图像元素；

步骤4、计算图像的平均像素值，根据平均像素值获得阈值分割值；

步骤5、使用Canny边缘算法找出图像中的所有边缘；

步骤6、使用Houghlines直线检测算法获取所有斜率在一定规定范围内的直线；

步骤7、采用直线拟合逻辑判别方法判别是否有焊缝，如有焊缝则向生产线基础自动化控制器发送焊缝信号；否则返回步骤1继续进行检测。

所述采用直线拟合逻辑判别方法判别是否有焊缝包括以下步骤：

⑴设置一定像素高和宽的滑动窗口；

⑵让滑动窗口从图像第1行开始到图像结尾行以1个像素行距进行步进扫描；

⑶获取在滑动窗体内的所有线段；

⑷累加所有线段长度并剪去重合线段长度，获得新线段长度；

⑸判断所有新线段的长度并获得最长的新线段值；

⑹判断得到的最长的新线段值是否大于图像宽度的阈值；

⑺如果大于阈值则认为是有焊缝标志；

⑻如果不大于阈值则认为无焊缝标志。

本发明的优点和积极效果是：

1、本检测系统采用线阵扫描相机进行非接触式连续拍摄，并通过集中式主机内置的带钢焊缝检测软件实现对生产线上多个采样点的带钢焊缝实时检测，针对高等级涂镀带钢生产线运行速度快以及对于多点位图像同时连续运算要求高的特点，克服了采用面阵相机进行焊缝检测的同类产品运行时系统配置高且资源消耗大的缺点，进而大大提高了多检测点同时处理高速运行生产线的允许最大通过速度；同时解决了传统对射式焊缝检测仪需要在焊缝处额外冲孔而对带钢表面造成的损坏，能够准确而快速的识别带钢焊缝。

2、本检测方法通过对图片膨胀和腐蚀算法消除图片上大量的噪点使焊缝图像更加清晰，通过计算图片像素的平均像素值和获得阈值分割可以准确地获得Canny边缘检测算法需要的阈值，从而有效地获得图片轮廓，并且针对被识别物体(带钢焊缝)高速运动中的线阵采集图像特点，创新的在经典Houghlines算法后外嵌了直线拟合逻辑分析判别算法用以更加准确地判定该轮廓直线是否为焊缝，在保证识别率的基础上大大减小了算法误报的概率。

3、本发明设计合理，可广泛应用于带钢焊缝检测领域，具有很高的识别率、可靠性和稳定性；能够对带钢速度在300米/分钟，准确识别焊缝；采用非接触式检测，对带钢表面没有任何不良影响；而且系统处理后焊缝信号转换后与生产线基础自动化硬线连接。

附图说明

图1是本发明的检测系统连接示意图；

图2是本发明的检测方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统，如图1所示，包括多个线阵扫描相机装置、光纤/以太网传输设备、集中式系统主机及I/O接口板。所述线阵扫描相机装置包括线阵扫描相机、线阵光源及光源控制器，线阵扫描相机通过光源控制器与线阵光源相连接，线阵光源在光源控制器的控制下为线阵扫描相机供电，线阵扫描相机负责现场各焊缝检测点的图像信号采集，线阵扫描相机通过光纤/以太网传输设备与集中式系统主机相连接并将采集的图像信号传输给集中式系统主机上。集中式系统主机负责接收各个检测点回传的实时图像并实现图像多线程高速识别处理及焊缝信号判别工作；集中式系统主机通过I/O接口板与生产线基础自动化控制器相连接用于采集生产线实时速度，集中式系统主机通过I/O接口板与生产线基础自动化控制器相连接并向其发送控制信号。

由于本发明采用线阵连续扫描相机作为图像识别的信号源器件，因此，本系统需要线上基础自动化控制器通过硬线模拟量信号将实时线速度发送至本系统I/O接口板，集中式系统主机需结合实时速度信号方可组成无畸变的带钢表面图像。本检测系统通过集中式主机外接的I/O接口板进行数/模信号转换，并与生产线基础自动化控制器(PLC等)之间采用硬线连接，实现针对传统式焊缝检测仪的无差别替换。

在本实施例中，线阵扫描相机、线阵光源及控制器安装在生产线上各检测点位处主机架上，主机架安置在被检测焊缝位置的正上方，主机架负责线阵扫描相机、专用线阵光源及其控制器及现场光/电通讯附件的安装及防护；主机架底部四个地角螺丝与地面锁紧，防止主机架颤动影响图像采集质量。集中式系统主机、I/O接口板安装在电气控制室内的计算机台上，计算机台负责集中式系统主机及I/O接口板、全系统低压供电及分配、光/电通讯传输及信号采集等设备的集中安置。现场多个焊缝检测点位需分别布置光纤至计算机主控台，多路图像数据通过光纤并经过光纤转网口后接入集中式系统主机；实际线速度模拟量信号需基础自动化模拟量输出模板硬线输入至该计算机主控台处；集中式系统主机识别焊缝后，经固态继电器由计算机主控台硬线输出至基础自动化开关量输入模板。

在本实施例中，线阵扫描相机采用BASLERraL2048-48gm相机，其内置线阵扫描相机镜头为ML-U1614MP9，线阵光源为2048线阵光源，光源控制器控制器采用P-LSP-600-W控制器，所述集中式系统主机采用研华610H工控机并内置有带钢焊缝检测软件。

本发明的非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测方法是通过集中式系统主机内带钢焊缝检测软件实现的，具体包括以下步骤：

步骤1、集中式系统主机接收线性扫描相机采集的图像；

步骤2、采用中值滤波法对每一帧图像“平滑处理”，平滑处理后的图像可以有效的减少图像上的噪声或失真。

步骤3、建立结构元素并采用膨胀算法和腐蚀算法消除噪声、分割出独立的图像元素。通过多次腐蚀、膨胀(膨胀、腐蚀)可以将焊缝图像更加突出。本步骤采用的是基于结构元素分解的算法。

步骤4、对计算图像的平均像素值，根据平均像素值获得阈值分割值，可以准确的获得Canny边缘检测算法需要的阈值，从而有效地获得图像轮廓。

步骤5、使用Canny边缘算法以快速而高效地找出图像中的所有边缘；

步骤6、使用Houghlines直线检测算法获取所有斜率在一定规定范围内的直线。

步骤7、采用直线拟合逻辑判别方法判别是否有焊缝，如有焊缝则向生产线基础自动化控制器发送焊缝信号；否则返回步骤1循环进行检测

由于HoughLines算法应用于实际带钢焊缝扫描图像时其基本算法输出的线段并不能很好的反映出是否为带钢焊缝，因此，本发明针对被识别物体(带钢焊缝)高速运动中的线阵采集图像特点，创新的在经典Houghlines算法后外嵌了直线拟合逻辑分析判别算法用以更加准确地判定该轮廓直线是否为焊缝，在保证识别率的基础上大大减小了程序误报的概率。

采用直线拟合逻辑判别方法的设计思想为：(1)约束：经过形态学算法以后噪点已经被消除，图像线条比较简单清晰，通过HoughLines算法得到的一定斜率的直线个数相对较少，所以以下算法的运算时间比较少，能够达到高速处理图像的要求。(2)信号输入:HoughLines算法输出的符合初步条件的所有线段组。具体实现方法包括以下步骤：

(1)设置高为10个像素宽为800个像素的“滑动窗口”。该“窗口”设计概念可理解为程序内针对不同现场，不同的待检带钢宽度而自行定义的约束判别条件。

(2)让滑动窗口从图像第1行开始到图像结尾行以1个像素行距进行步进扫描。

(3)获取在滑动窗体内的所有线段。

(4)累加所有线段长度并剪去重合线段长度，获得新线段长度。

(5)判断所有新线段的长度并获得最长的新线段值。

(6)判断得到的最长的新线段值是否大于图像宽度的50％(进一步判别条件，可更改)

(7)如果大于50％则认为是有焊缝标志

(8)如果不大于50％则认为无焊缝标志。

本发明经由某厂连续热镀锌生产线三测量点同时运行并连续工作累计超过30天，后统计样本数据结论为系统可检测带钢运动速度不大于300米/分钟，系统同时测量点位不多于三个，对合规焊缝的识别率大于99.98％，连续运行焊缝误报概率小于0.01％。本发明的系统硬件完全符合冶金生产环境连续运行的严苛要求。软件平台运行可靠，图像数据传输接口稳定连续，识别算法合理，节省系统运行资源。与传统对射式焊缝检测仪相比无需带钢表面打孔；与其他面阵相机焊缝识别设备相比具有测量点位多，允许生产线速度显著提高等综合优势。全系统经最终用户现场连续使用评估，对比传统焊缝检测手段在保证焊缝识别率及控制硬件替换工作量的前提下，综合适用性及稳定性均有所提高，各指标均达到系统设计初衷要求。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统的检测方法，所述检测系统包括多个线阵扫描相机装置、集中式系统主机及I/O接口板；所述线阵扫描相机装置安装在焊缝检测点并进行现场各焊缝检测点的图像信号采集，线阵扫描相机装置通过光纤/以太网传输设备与集中式系统主机相连接并将采集的图像信号传输给集中式系统主机；所述集中式系统主机接收各个线阵扫描相机装置回传的图像信号并实现钢焊缝检测功能，该集中式系统主机通过I/O接口板与生产线基础自动化控制器相连接用于采集生产线实时速度，该集中式系统主机通过I/O接口板与生产线基础自动化控制器相连接并向其发送控制信号，其特征在于：所述检测方法包括以下步骤：

步骤1、集中式系统主机接收多个监测点线性扫描相机装置采集的图像；

步骤2、采用中值滤波法对每一帧图像进行平滑处理；

步骤3、建立结构元素并采用膨胀算法和腐蚀算法消除噪声、分割出独立的图像元素；

步骤4、对计算图像的平均像素值，根据平均像素值获得阈值分割值，从而获得图像轮廓；

步骤5、使用Canny边缘算法找出图像中的所有边缘；

步骤6、使用Houghlines直线检测算法获取所有斜率在一定规定范围内的直线；

步骤7、采用直线拟合逻辑判别方法判别是否有焊缝，如有焊缝则向生产线基础自动化控制器发送焊缝信号；否则返回步骤1继续进行检测。

2.根据权利要求1所述的非接触式连续热镀锌生产线带钢焊缝检测系统的检测方法，其特征在于：所述采用直线拟合逻辑判别方法判别是否有焊缝包括以下步骤：

⑴设置一定像素高和宽的滑动窗口；

⑵让滑动窗口从图像第1行开始到图像结尾行以1个像素行距进行步进扫描；

⑶获取在滑动窗体内的所有线段；

⑷累加所有线段长度并剪去重合线段长度，获得新线段长度；⑸判断所有新线段的长度并获得最长的新线段值；

⑹判断得到的最长的新线段值是否大于图像宽度的阈值；⑺如果大于阈值则认为是有焊缝标志；

⑻如果不大于阈值则认为无焊缝标志。

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