CN108731588B - 一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置及方法，测量装置由位置检测传感器，尾部成像传感器，头部成像传感器，直线运动机构，长度位置测量装置及计算机组成；位置检测传感器、尾部成像传感器及直线运动机构固定在设备机架上，均布置在钢板的上方；尾部、头部成像传感器的成像视野分别覆盖带钢尾部、头部的边界；头部成像传感器及高精度测量尺安装在直线运动机构的滑块上，直线运动机构的滑块滑动方向与钢板的运动方向一致；计算机根据直线运动机构的位置数据和尾部、头部成像传感器的成像信号完成钢板长度及对角线测量。本发明能够实现钢板尺寸的自动测量，并能获得更好的测量精度，实现精细的产品质量控制。

Description

一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置及方法

技术领域

本发明涉及应用于钢板产品质量监测与控制技术，尤其是指一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置及方法。

背景技术

钢板生产过程中尺寸控制是一个重要的参数控制，因为部分客户最终以钢板尺寸数量来采购的，钢铁生产企业为了满足客户的要求，通常会在尺寸上留有一定的尺寸裕度，以保证不出现不满足客户要求尺寸的产品出现，如果对这些尺寸精度不能精确控制，例，预留尺寸偏大，则会增加用户需求钢材的重量，令客户不满意，尤其是厚度较大(50-450mm)的钢板，预留尺寸偏大会使客户损失更大。

传统的钢板长度都是通过测量辊的转动间接进行测量的，由于材质规格变化和生产速度波动等工艺问题，长度精度难以有效控制。钢板的对角线目前还没有好的测量办法，针对钢板形状尺寸要求较高的横切板，对角线测量通常采用人工测量方法，采用卷尺分别测量矩形钢板的对角线，通过两个对角线的偏差来评价钢板的矩形度情况，卷尺本身的测量精度较低，人工测量也存在很大测量误差。

为此，需要设计一套对钢板长度及对角线进行自动化、高精度的测量装置和具有重要的应用价值。

中国专利201320424314.5“厚板钢板形状尺寸测量装置”是涉及钢板尺寸的测量装置，包含测量钢板长度与宽度尺寸的长宽测量器或/和测量钢板对角线尺寸的对角线测量器，该专利提出一种采用红外测距原理实现，与本发明采用的成像方案完全不一样。

中国专利201220119736.7“一种检测钢板板形的装置”公开了一种成本低廉、在线实时清晰地检测钢板板形的装置，该专利设计一套照明装置和水平台，辅助人工实现板形的测量，但不能够实现视觉自动化测量。

中国专利201110216266.6“对角线检测装置”提出一套机械平台设计，包括支撑框架和送料装置，送料装置架设在支撑框架上，该套装置可以与瓷砖或其他矩形板类产品的生产流水线匹配使用，即该装置内的送料装置就是流水线的输料装置。该技术采用机械接触测量方式来实现尺寸测量，与本发明采用的视觉、自动化测量方案不同。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置及方法，一方面能够实现钢板尺寸的自动测量，取代人工抽检，实现在线、全部产品测量；另一方面，机器视觉测量系统借助于高精度的运动机构和成像精度，相对于传统的卷尺测量能够获得更好的精度，实现精细的产品质量控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置，所述测量装置由位置检测传感器，尾部成像传感器，头部成像传感器，直线运动机构，长度位置测量装置及计算机组成；

所述位置检测传感器、尾部成像传感器及直线运动机构固定在设备机架上，均布置在钢板的上方，其中：所述位置检测传感器与尾部成像传感器布置在钢板尾部的上方，并相对位置固定，头部成像传感器布置在钢板头部的上方；

所述尾部成像传感器的成像视野覆盖带钢尾部的边界，所述头部成像传感器的成像视野覆盖带钢头部的边界；

所述直线运动机构由直线丝杠导轨，滑块以及控制滑块移动的驱动器构成，该驱动器与计算机连接，滑块在直线丝杠导轨上可滑动；所述头部成像传感器安装在直线运动机构的滑块上，直线运动机构的滑块滑动方向与钢板的运动方向一致；

所述高精度测量尺由长度尺和能在长度尺的长度方向移动的测量头构成，高精度测量尺的测量头与直线运动机构的滑块绑定，以跟踪头部成像传感器的位置变化；

所述位置检测传感器与尾部成像传感器及头部成像传感器电连接，并三者分别与所述计算机电连接；计算机获得尾部成像传感器及头部成像传感器采集的钢板尾部及头部成像信号；位置检测传感器作为计算机一个IO输入，计算机收到该信号开始一次检测工作；

所述直线运动机构的驱动器与计算机连接，计算机控制直线运动机构上的头部成像传感器达到指定位置，并记录由高精度测量尺测量的位置变化产生的距离，

计算机根据直线运动机构的位置数据和尾部成像传感器、头部成像传感器的钢板尾部及头部成像信号完成钢板长度及对角线测量。

所述位置检测传感器作为计算机一个IO输入是指：位置检测传感器在检测到钢板尾部到来时发出钢板尾部到达信号，并将该钢板尾部到达信号同步送到尾部成像传感器、头部成像传感器和计算机；所述尾部成像传感器，受钢板尾部到达信号的触发，检测钢板尾部的图像信号，并上传到计算机；头部成像传感器，受钢板尾部到达信号的触发，检测钢板头部的图像信号，并上传到计算机。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

一种采用上述测量装置的机器视觉钢板长度及对角线测量方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，计算机获得所生产钢板的长度数据，将头部成像传感器移动到成像视野能够覆盖钢板头部的相应位置；

S2，位置检测传感器检测到钢板尾部时，向计算机、头部及尾部成像传感器发出钢板尾部到达信号，计算机开始一次检测，计算机记录直线运动机构检测到的位置数据，同时使头部成像传感器及尾部成像传感器分别对钢板的头部和尾部进行成像检测，并将各自检测到的头部成像信号和尾部成像信号送入计算机；

S3，计算机获得头部成像信号和尾部成像信号并分别处理成钢板的头部图像和尾部图像；

S4，计算机根据记录的直线运动机构的位置数据以及钢板的头部图像和尾部图像，计算钢板的长度、宽度和对角线尺寸；

S5，判别计算得到的钢板的长度、宽度和对角线尺寸是否满足要求，如果均满足要求，计算机一次检测结束；

S6，当钢板长度、宽度规格不满足要求时，根据实际的长度规格调整头部成像传感器3的位置，然后重复上述S1-S5步骤进行测量；

S7，当钢板对角线尺寸超差时，将钢板取出剔除，分析原因后，进行生产调整。

所述步骤S4中，计算钢板的长度、宽度和对角线尺寸的具体过程如下：

在钢板头部和尾部成像传感器的成像视野内，分别得到钢板头部图像和尾部图像中四个角点的位置，设钢板尾部图像中尾部短边的上、下角点分别设为A和B点、钢板头部图像中的头部短边的上、下角点分别设为C和D点，根据计算机记录的直线运动机构检测到的A，B，C，D各点的位置数据可以计算出钢板的形状尺寸：

钢板长度L：L＝0.5×(L_AC+L_BD)；

钢板宽度W：L＝0.5×(L_AB+L_CD)；

对角线长度差：△d＝abs(L_AD－L_BC)；

其中，abs表示绝对值；

△d＝0为钢板对角线最佳状态，即对角线长度差为0，表示钢板为矩形。

其中：

L_AC为A点到C点距离；

L_BD为B点到D点距离；

L_AD为A点到D点距离；

L_BC为B点到C点距离。

本发明的有益效果：

一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置及方法，是基于机器视觉的钢板长度和对角线测量系统设计，其通过多个面阵相机同步成像，在同一时刻定位矩形钢板的四个角点，从而计算出钢板的长度、宽度和对角线长度。该方法一方面能够实现钢板尺寸的自动测量，取代人工抽检，实现在线、全部产品测量；另一方面，机器视觉测量系统借助于高精度的运动机构和成像精度，相对于传统的卷尺测量能够获得更好的精度，实现精细的产品质量控制。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明机器视觉钢板长度及对角线测量装置的结构示意图；

图2为本发明中尾部成像传感器及头部成像传感器成像视野及钢板位置示意图；

图3为本发明机器视觉钢板长度及对角线测量方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

在生产过程中，由于钢板规格不断变化，钢板的长度和宽度都随之变化，要想同时精确定位钢板的四个角点十分困难，本发明提出一种相机布置方案，通过相机位置随动，实现对钢板四个角点的追踪和定位。

参见图1，本发明的机器视觉钢板长度及对角线测量装置由位置检测传感器1，尾部成像传感器2，头部成像传感器3，直线运动机构4，长度位置测量装置5及计算机6组成。

所述位置检测传感器1、尾部成像传感器2及直线运动机构4固定在设备机架上，均布置在钢板的上方；其中：所述位置检测传感器1、尾部成像传感器2布置在钢板尾部的上方，并相对位置固定，头部成像传感器3布置在钢板头部的上方；

所述尾部成像传感器2的成像视野覆盖带钢尾部的边界，所述头部成像传感器3的成像视野覆盖带钢头部的边界；

所述直线运动机构4由直线丝杠导轨，滑块以及控制滑块移动的驱动器构成，该驱动器与计算机连接，滑块在直线丝杠导轨上可滑动；所述头部成像传感器3安装在直线运动机构4的滑块上，直线运动机构4的滑块滑动方向与钢板的运动方向一致，当测量不同规格的钢板时，头部成像传感器3在直线运动机构4上的位置作相应变动，使头部成像传感器3与尾部成像传感器2的间距变化，例，钢板长度变大，则尾部成像传感器2与头部成像传感器3间距变大，即直线运动机构4能够带动头部成像传感器3实现与尾部成像传感器2不同的间距控制；

所述高精度测量尺5由长度尺和能在长度尺的长度方向移动的测量头构成，高精度测量尺5的测量头与直线运动机构的滑块绑定，所以测量尺能够跟踪直线运动机构滑块的位置；因为头部成像传感器3也固定在直线运动机构4的滑块上，所以测量尺的测量头的实际作用是跟踪头部成像传感器3的位置变化。

所述位置检测传感器1与尾部成像传感器2及头部成像传感器3电连接，并三者分别与所述计算机6电连接，；位置检测传感器1在检测到钢板7尾部到来时发出钢板尾部到达信号，并将该钢板尾部到达信号同步送到尾部成像传感器2、头部成像传感器3和计算机6；所述尾部成像传感器2，受钢板尾部到达信号的触发，检测钢板7尾部的成像信号，并上传到计算机6；头部成像传感器3，受钢板尾部到达信号的触发，检测钢板7头部的成像信号，并上传到计算机6；

所述直线运动机构4的驱动器与计算机6连接，计算机6控制直线运动机构4上的头部成像传感器3达到指定位置，并记录由高精度测量尺5测量的位置变化产生的距离；计算机6与尾部成像传感器2及头部成像传感器3连接，能够获得尾部成像传感器2及头部成像传感器3采集的钢板尾部、头部成像信号；位置检测传感器1作为计算机6一个IO输入，计算机6收到该信号即开始一次检测工作。根据直线运动机构4的位置数据和尾部成像传感器2、头部成像传感器3的钢板尾部、头部成像信号完成钢板长度及对角线测量。

通过上述测量装置完成机器视觉钢板长度及对角线测量的方法流程如下：

S1，计算机6提前从生产系统获得生产的钢板7规格，即系统能够获得钢板7的长度数据，将头部成像传感器3移动到指定位置，该位置使头部成像传感器3的成像视野能够覆盖钢板的头部；

S2，生产的钢板7在生产线上向前传动，当钢板7尾部通过位置检测传感器1的瞬间，位置检测传感器1产生钢板尾部到达信号，该钢板尾部到达信号送入计算机6，计算机6开始一次检测工作，计算机记录直线运动机构检测到的位置数据，同时，该钢板尾部到达信号同步发送给头部成像传感器3及尾部成像传感器2，使头部成像传感器3及尾部成像传感器2分别对钢板7的头部和尾部进行成像检测，并将各自检测到的头部成像信号和尾部成像信号送入计算机6；

S3，计算机6获得头部成像信号和尾部成像信号并分别处理成钢板的头部图像和尾部图像；

S4，计算机6根据记录的直线运动机构检测到的位置数据以及钢板的头部图像和尾部图像计算钢板的长度、宽度和对角线长度差尺寸；

如附图2所示，头部成像传感器3及尾部成像传感器2的位置已知，其中头部成像传感器3的视野中心点为O′，尾部成像传感器2的视野中心点为O，头部成像传感器3及尾部成像传感器2的位置距离就是O O′之间的距离，设：O O′＝X；头部成像传感器3的成像视野覆盖钢板头部的两个角点C与D，尾部成像传感器2的成像视野覆盖钢板尾部的两个角点A与B。由于尾部成像传感器2的位置是固定的，因此，头部成像传感器3及尾部成像传感器2的位置距离X值会随着头部成像传感器3的位置变化而变化，头部成像传感器3的位置变化是通过高精度测量尺5获得。

在钢板头部和尾部成像传感器的成像视野内，分别得到钢板头部图像和尾部图像中四个角点的位置，即如图2所示，钢板尾部图像中尾部短边上下角点分别设为A和B点、钢板头部图像中的头部短边上下角点分别设为C和D点，根据计算机记录的直线运动机构检测到的A，B，C，D各点的位置数据可以计算出钢板的形状尺寸：

钢板长度L：L＝0.5×(L_AC+L_BD)；

钢板宽度W：L＝0.5×(L_AB+L_CD)；

对角线长度差：△d＝abs(L_AD－L_BC)；

其中，abs表示绝对值；

△d＝0为钢板对角线最佳状态，即对角线长度差为0，表示钢板为矩形。

其中：

L_AC为A点到C点距离；

L_BD为B点到D点距离；

L_AD为A点到D点距离；

L_BC为B点到C点距离；

S5，判别计算得到的钢板的钢板的长度、宽度和对角线长度差尺寸是否满足要求，如果均满足要求，计算机一次检测结束；

S6，当钢板对角线长度差满足要求而长度、宽度尺寸不满足要求时，根据实际的长度规格调整头部成像传感器3的位置，然后重复上述S1-S5步骤进行测量；

S7，当钢板对角线长度差尺寸超差时，将钢板取出剔除，分析原因后，进行生产调整，这是因为钢板在机组上是连续生产的，由于钢板板型或者机组生产状态变化，本来计划切割的矩形钢板会切成菱形状态，菱形钢板在卷筒或者对折时会出现错位，这是不满足要求的，所以尺寸控制，对于超差的产品进行剔除，并随时调整尺寸，避免批量超差产品事故发生。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (3)

1.一种机器视觉钢板长度及对角线测量装置，其特征在于，所述测量装置由位置检测传感器，尾部成像传感器，头部成像传感器，直线运动机构，长度位置测量装置及计算机组成；

所述位置检测传感器、尾部成像传感器及直线运动机构固定在设备机架上，均布置在钢板的上方，其中：所述位置检测传感器与尾部成像传感器布置在钢板尾部的上方，并相对位置固定，头部成像传感器布置在钢板头部的上方；

所述尾部成像传感器的成像视野覆盖带钢尾部的边界，所述头部成像传感器的成像视野覆盖带钢头部的边界；

所述直线运动机构由直线丝杠导轨，滑块以及控制滑块移动的驱动器构成，该驱动器与计算机连接，滑块在直线丝杠导轨上可滑动；所述头部成像传感器安装在直线运动机构的滑块上，直线运动机构的滑块滑动方向与钢板的运动方向一致；

所述长度位置测量装置为高精度测量尺，所述高精度测量尺由长度尺和能在长度尺的长度方向移动的测量头构成，高精度测量尺的测量头与直线运动机构的滑块绑定，以跟踪头部成像传感器的位置变化；

所述位置检测传感器与尾部成像传感器及头部成像传感器电连接，并三者分别与所述计算机电连接；计算机获得尾部成像传感器及头部成像传感器采集的钢板尾部及头部成像信号；位置检测传感器作为计算机一个IO输入，计算机收到该信号开始一次检测工作；

所述直线运动机构的驱动器与计算机连接，计算机控制直线运动机构上的头部成像传感器达到指定位置，并记录由高精度测量尺测量的位置变化产生的距离，

计算机根据直线运动机构的位置数据和尾部成像传感器、头部成像传感器的钢板尾部及头部成像信号完成钢板长度及对角线测量，

所述位置检测传感器作为计算机一个IO输入是指：位置检测传感器在检测到钢板尾部到来时发出钢板尾部到达信号，并将该钢板尾部到达信号同步送到尾部成像传感器、头部成像传感器和计算机；所述尾部成像传感器，受钢板尾部到达信号的触发，检测钢板尾部的图像信号，并上传到计算机；头部成像传感器，受钢板尾部到达信号的触发，检测钢板头部的图像信号，并上传到计算机。

2.一种采用如权利要求1所述测量装置的机器视觉钢板长度及对角线测量方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，计算机获得所生产钢板的长度数据，将头部成像传感器移动到成像视野能够覆盖钢板头部的相应位置；

S2，位置检测传感器检测到钢板尾部时，向计算机、头部及尾部成像传感器发出钢板尾部到达信号，计算机开始一次检测，计算机记录直线运动机构检测到的位置数据，同时使头部成像传感器及尾部成像传感器分别对钢板的头部和尾部进行成像检测，并将各自检测到的头部成像信号和尾部成像信号送入计算机；

S3，计算机获得头部成像信号和尾部成像信号并分别处理成钢板的头部图像和尾部图像；

S4，计算机根据记录的直线运动机构的位置数据以及钢板的头部图像和尾部图像，计算钢板的长度、宽度和对角线尺寸；

S5，判别计算得到的钢板的长度、宽度和对角线尺寸是否满足要求，如果均满足要求，计算机一次检测结束；

S6，当钢板长度、宽度规格不满足要求时，根据实际的长度规格调整头部成像传感器3的位置，然后重复上述S1-S5步骤进行测量；

S7，当钢板对角线尺寸超差时，将钢板取出剔除，分析原因后，进行生产调整。

3.如权利要求2所述的机器视觉钢板长度及对角线测量方法，其特征在于：

所述步骤S4中，计算钢板的长度、宽度和对角线尺寸的具体过程如下：

在钢板头部和尾部成像传感器的成像视野内，分别得到钢板头部图像和尾部图像中四个角点的位置，设钢板尾部图像中尾部短边的上、下角点分别设为A和B点、钢板头部图像中的头部短边的上、下角点分别设为C和D点，根据计算机记录的直线运动机构检测到的A，B，C，D各点的位置数据可以计算出钢板的形状尺寸：

钢板长度L：L＝0.5×(L_AC+L_BD)；

钢板宽度W：L＝0.5×(L_AB+L_CD)；

对角线长度差：△d＝abs(L_AD－L_BC)；

其中，abs表示绝对值；

△d＝0为钢板对角线最佳状态，即对角线长度差为0，表示钢板为矩形，

其中：

L_AC为A点到C点距离；

L_BD为B点到D点距离；

L_AD为A点到D点距离；

L_BC为B点到C点距离。

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