CN110288644A - 基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法 - Google Patents

基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法 Download PDF

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曹衍龙
张远松
杨将新
王敬
孙安顺
董献瑞
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    • G06T2207/30132—Masonry; Concrete

Abstract

本发明公开了一种基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法，包括用结构光传感器采集得到的耐火砖的彩色点云数据；使用一阶平面方法对彩色点云数据的上表面区域进行近似拟合，获得拟合平面，在拟合平面上确定不共线的三个点，获得耐火砖的表面倾斜角。本发明能够测量耐火砖表面倾斜角，有效控制表面倾斜角参数在一定范围内，避免对钢铁冶炼生产过程造成泄露。

Description

基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法。
背景技术
耐火砖，根据国际标准是指在高温环境下其化学与物理性质稳定并能正常使用的非金属(并不排除含有一定比例的金属)材料与产品。耐火砖能在高温下经受各种机械作用和物理化学变化，广泛用于冶金、化工、石油、发电等工业领域。近些年来，我国的耐火砖生产企业快速发展，耐火砖的市场竞争也日益激烈，众多企业纷纷提高生产技术和质检技术，实现生产和检测自动化，以提高企业竞争力。在耐火砖的生产线上，产品下线装箱之前，长期以来都是依靠人工使用卷尺手动测量，肉眼评判深度缺陷，如耐火砖的缺角、缺棱以及麻面等。由于耐火砖生产过程中，压机的振动噪音等对工人的身心健康危害较大，而且很多缺陷都是工人依靠经验判断，受主观影响较大，无法建立一个统一的评判标准。此外，大批量生产过程中该工序不仅要消耗大量劳动成本，而且重复、单调的测量观察工作极易引起人员疲劳，容易出现误判，若个别不良品混入整批成品中，会给工厂带来严重经济损失，甚至严重影响钢铁的生产。因此，在一些不适合人工作业的危险场合，人工视觉难以满足要求的场合和带有高度重复性、智能性并且靠人的眼睛无法连续稳定地进行产品检测的场合。耐火砖在生产的过程中，除了外形几何尺寸，其表面缺陷：划痕，深度缺陷，凹坑和麻面，这些缺陷对于耐火砖的质量及其钢铁的冶炼过程的使用状况都有着不可忽视的影响。耐火砖在生产过程中受模具损耗等影响，其表面平行度，即表面倾斜角参数也应控制在一定范围内，否则会对钢铁冶炼生产过程造成泄露等不利影响。目前尚无对耐火砖的表面平行度进行自动测量的测量系统或者方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够利用非接触的视觉方法，实现对耐火砖表面倾斜角的测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、用结构光传感器采集得到的耐火砖的彩色点云数据；
步骤2、使用一阶平面方法对彩色点云数据的上表面区域进行近似拟合，获得拟合平面；
步骤3、在拟合平面上确定不共线的三个点，分别为 (x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)，生成两个向量
步骤4：两个向量求叉集得到法向量
步骤5：根据法向量获得耐火砖的表面倾斜角θ，
其中
进一步，步骤2中，使用最小二乘法对耐火砖图像点云进行平面拟合获得拟合平面，根据原始耐火砖图像的尺寸参数和拟合平面，生成对应的基准平面图像。
本发明的优点在于：基于拟合平面法向量，能够测量耐火砖表面倾斜角，有效控制表面倾斜角参数在一定范围内，避免对钢铁冶炼生产过程造成泄露。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量
耐火砖在生产过程中受模具损耗等影响，其表面平行度，即表面倾斜角参数也应控制在一定范围内，否则会对钢铁冶炼生产过程造成泄露等不利影响。表面倾斜角求解步骤如下：
1)通过对上表面区域进行一阶平面方法近似拟合，可以得到上表面区域的拟合平面，
2)在上表面随机确立三个点(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)，可生成两个向量
3)两个向量求叉乘得到法向量
4)求解二面角，确定其倾斜角
实验中，测得的计算得到θ＝1.60073°。按照需求表面允许最大倾角为1.2°，可知表面倾角不满足工况要求。
步骤2)中，使用最小二乘法对耐火砖图像点云进行平面拟合获得拟合平面，根据原始耐火砖图像的尺寸参数和拟合平面，生成对应的基准平面图像。
在多次重复实验中，耐火砖的缺陷实验数据如表1所示，表面平行度上限为1.6°，其中OK表示合格，NG表示不合格。由测量结果可知，即该测量方法可以满足缺陷识别要求。
表1缺陷测量实验结果
对实验结果进行分析，数据分析表明系统的缺陷识别满足精度要求，从而证明本套视觉测量系统的稳定性和重复性精度是满足需求的。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、用结构光传感器采集得到的耐火砖的彩色点云数据；
步骤2、使用一阶平面方法对彩色点云数据的上表面区域进行近似拟合，获得拟合平面；
步骤3、在拟合平面上确定不共线的三个点，分别为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)，生成两个向量
步骤4：两个向量求叉集得到法向量
步骤5：根据法向量获得耐火砖的表面倾斜角θ，
其中
2.根据权利要求1所述的基于拟合平面法向量的耐火砖表面倾斜角的测量方法，其特征在于，步骤2中，使用最小二乘法对耐火砖图像点云进行平面拟合获得拟合平面，根据原始耐火砖图像的尺寸参数和拟合平面，生成对应的基准平面图像。
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