CN110044267A - 基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法，本方法在带钢上方对称配置两个相机并且成像位置分别覆盖带钢宽度，相机镜头的光轴对准带钢的中心线；两个相机分别对带钢的实时左右边界点成像得到相应的成像点；建立直角坐标系，各成像点落入直角坐标系的X轴，带钢的实时左右边界点与各成像点构成两个三角形，由两个三角形及各成像点的坐标位置信息计算得到带钢实时左右边界点的坐标位置，进而计算得到带钢的实际宽度。本方法采用两个空间位置固定的相机成像，通过两个相机的空间位置校验，消除带钢跑偏、震动和高低位置变化带来的测量误差，有效提高带钢宽度的测量精度。

Description

基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法。

背景技术

机器视觉检测技术已广泛应用于工业自动化控制的各个领域，尤其应用于检测速度高、检测精度高、检测环境恶劣等场合，其具有检测效率高、检测精度一致性好和环境适应能力强等优点。该技术在带钢表面质量检测领域也得到了广泛的研究和应用，实现带钢表面缺陷的在线检测和带钢尺寸测量等功能。

在基于机器视觉检测技术的带钢表面质量检测系统中，缺陷的位置计算和带钢边界检测是一个重要指标。由于需要定位缺陷在带钢宽度上的位置和定义图像处理过程中需要检测带钢区域，带钢边界作为辅助值被计算出来，进而能够得到带钢宽度。然而在实际检测过程中，由于带钢存在跑偏和震动等原因导致带钢倾斜，使得检测系统计算出来的带钢宽度的精度较差，难以直接用于带钢宽度的尺寸控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法，本方法采用两个空间位置固定的相机成像，通过两个相机的空间位置校验，消除带钢跑偏、震动和高低位置变化带来的测量误差，有效提高带钢宽度的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法包括如下步骤：

步骤一、在带钢上方对称配置两个相机并且成像位置分别覆盖带钢宽度，即两个相机成像面位于同一平面内，相机镜头的光轴与带钢宽度方向构成夹角θ，且θ<90°，相机镜头的光轴对准带钢的中心线；

步骤二、设定带钢的实时左右边界点为A点和B点，左侧相机对带钢实时左右边界点分别成像于Ａ2点和Ｂ2点，右侧相机对带钢实时左右边界点分别成像于Ａ1点和Ｂ1点；

步骤三、在两个相机重叠的成像面内建立直角坐标系，以带钢水平成像位置的宽度方向为X轴方向，成像面内垂直X轴方向为Y轴方向，两个相机视野的左边界为原点O，则Ａ1点、Ａ2点、Ｂ1点和Ｂ2点分别落在X轴上；

步骤四、在该坐标系内，由带钢的实时左右边界点和两个相机成像的边界点分别构成两个三角形，即三角形AA1A2和三角形BB1B2；其中Ａ1点、Ａ2点、Ｂ1点和Ｂ2点的坐标位置通过图像数据分析获得，根据三角形AA1A2和三角形BB1B2计算A点和B点的坐标位置，由A点和B点的坐标位置进而计算得到带钢的实际宽度。

进一步，所述相机为线扫描相机。

进一步，设定两个相机的镜头光轴轴心点分别为C1和C2，在三角形AA1A2和三角形BB1B2中，底边A1A2和B1B2的长度通过图像数据分析获得，其中三角形AA1A2的底角θ1和θ2、三角形BB1B2的底角θ3、θ4分别通过C1、C2、Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2的坐标位置相应获得，由此计算出A点和B点的坐标位置数据Ax、Ay和Bx、By，进而计算得到带钢的宽度W。

由于本发明基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法采用了上述技术方案，即本方法在带钢上方对称配置两个相机并且成像位置分别覆盖带钢宽度，相机镜头的光轴对准带钢的中心线；两个相机分别对带钢的实时左右边界点成像得到相应的成像点；建立直角坐标系，各成像点落入直角坐标系的X轴，带钢的实时左右边界点与各成像点构成两个三角形，由两个三角形及各成像点的坐标位置信息计算得到带钢实时左右边界点的坐标位置，进而计算得到带钢的实际宽度。本方法采用两个空间位置固定的相机成像，通过两个相机的空间位置校验，消除带钢跑偏、震动和高低位置变化带来的测量误差，有效提高带钢宽度的测量精度。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法示意图；

图2为图1中三角形AA1A2的放大示意图；

图3为图1中三角形BB1B2的放大示意图。

具体实施方式

实施例如图1、图2和图3所示，本发明基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法包括如下步骤：

步骤一、在带钢1上方对称配置两个相机并且成像位置分别覆盖带钢1宽度，即两个相机2、3成像面位于同一平面内，相机2、3镜头的光轴与带钢1宽度方向构成夹角θ，且θ<90°，相机2、3镜头的光轴21、31对准带钢1的中心线；

步骤二、设定带钢1的实时左右边界点为A点和B点，左侧相机2对带钢1实时左右边界点分别成像于Ａ2点和Ｂ2点，右侧相机3对带钢1实时左右边界点分别成像于Ａ1点和Ｂ1点；

步骤三、在两个相机2、3重叠的成像面内建立直角坐标系，以带钢1水平成像位置的宽度方向为X轴方向，成像面内垂直X轴方向为Y轴方向，两个相机2、3视野的左边界为原点O，则Ａ1点、Ａ2点、Ｂ1点和Ｂ2点分别落在X轴上；

步骤四、在该坐标系内，由带钢1的实时左右边界点和两个相机2、3成像的边界点分别构成两个三角形，即三角形AA1A2和三角形BB1B2；其中Ａ1点、Ａ2点、Ｂ1点和Ｂ2点的坐标位置通过图像数据分析获得，根据三角形AA1A2和三角形BB1B2计算A点和B点的坐标位置，由A点和B点的坐标位置进而计算得到带钢1的实际宽度。

优选的，所述相机1为线扫描相机。

优选的，设定两个相机2、3的镜头光轴21、31轴心点分别为C1和C2，在三角形AA1A2和三角形BB1B2中，底边A1A2和B1B2的长度通过图像数据分析获得，其中三角形AA1A2的底角θ1和θ2、三角形BB1B2的底角θ3、θ4分别通过C1、C2、Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2的坐标位置相应获得，由此计算出A点和B点的坐标位置数据Ax、Ay和Bx、By，进而计算得到带钢1的宽度W。

本方法通过配置位置不同的相机从不同位置分别对倾斜带钢的实时左右边界点成像，通过图像对比和分析，精确计算出带钢跑偏和震动引起的宽度偏差，达到高精度测量带钢宽度的目的。

根据相机镜头成像的映射原理，带钢的位置变化会引起左右两个相机对带钢边界的成像位置相应变动，具体可以体通过两个相机对带钢左右边界成像位置的偏差体现出来，即Ａ1Ａ2、Ｂ1Ｂ2会出现位置和长短的变化，从而实现带钢宽度的精确测量。

本方法在成像空间布置完成之后，需要对检测系统成像进行标定，在带钢的一个标高位置成像，并且解析采集图像在图像宽度上图像的分辨率，获得每个像素代表的实际长度，这样即可获得该成像空间布置的基本参数，包括相机的位置、空间坐标系的位置。

针对实际带钢成像时的计算，存在以下情形：（1）实际带钢位置位于直角坐标系的X轴上，此时两个相机的图像效果一致，仅存在左右对称的差别，所以两个相机图像计算出来带钢宽度相等，带钢边界成像位置重叠；（2）带钢的实时左右两个边界可能有一个在X轴上，此时两个相机成像则有一个边界位置出现重合；（3）当带钢完全处于X轴之上时，左右两个相机成像的边界都不同，此时采用本方法计算带钢实时两个边界的真实坐标位置，进而计算得到带钢宽度。

Claims (3)

1.一种基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、在带钢上方对称配置两个相机并且成像位置分别覆盖带钢宽度，即两个相机成像面位于同一平面内，相机镜头的光轴与带钢宽度方向构成夹角θ，且θ<90°，相机镜头的光轴对准带钢的中心线；

步骤二、设定带钢的实时左右边界点为A点和B点，左侧相机对带钢实时左右边界点分别成像于Ａ2点和Ｂ2点，右侧相机对带钢实时左右边界点分别成像于Ａ1点和Ｂ1点；

步骤三、在两个相机重叠的成像面内建立直角坐标系，以带钢水平成像位置的宽度方向为X轴方向，成像面内垂直X轴方向为Y轴方向，两个相机视野的左边界为原点O，则Ａ1点、Ａ2点、Ｂ1点和Ｂ2点分别落在X轴上；

步骤四、在该坐标系内，由带钢的实时左右边界点和两个相机成像的边界点分别构成两个三角形，即三角形AA1A2和三角形BB1B2；其中Ａ1点、Ａ2点、Ｂ1点和Ｂ2点的坐标位置通过图像数据分析获得，根据三角形AA1A2和三角形BB1B2计算A点和B点的坐标位置，由A点和B点的坐标位置进而计算得到带钢的实际宽度。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法，其特征在于：所述相机为线扫描相机。

3.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉检测技术的带钢宽度在线测量方法，其特征在于：设定两个相机的镜头光轴轴心点分别为C1和C2，在三角形AA1A2和三角形BB1B2中，底边A1A2和B1B2的长度通过图像数据分析获得，其中三角形AA1A2的底角θ1和θ2、三角形BB1B2的底角θ3、θ4分别通过C1、C2、Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2的坐标位置相应获得，由此计算出A点和B点的坐标位置数据Ax、Ay和Bx、By，进而计算得到带钢的宽度W。