CN112730441B - 一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统及其检测、修磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统及其检测、修磨流程属于冶金智能检测领域，解决了现有特钢棒材表面缺陷检测修磨系统结构复杂且造价高的问题，该系统利用特钢棒材传输辊道单元、特钢棒材旋转单元、线阵相机单元、特钢棒材端面姿态检测单元、激光超声测深仪器及其滑轨单元以及机械臂修磨单元共同完成特钢棒材表面缺陷轴向方向和周向方向的缺陷定位、缺陷深度测量及表面缺陷的修磨，本发明的方法可满足多种规格棒材表面缺陷的检测、定位及修磨，且成本低、结构简单，占地面积小，可实现特钢棒材在线表面缺陷分拣及表面缺陷局部修磨等功能。

Description

一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统及其检测、修磨方法

技术领域

本发明属于智能检测领域，特别是涉及一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统及其检测、修磨方法。

背景技术

在特钢棒材生产过程中，由于轧制、矫直设备及其加工工艺等多方面原因，会导致特钢棒材加工过程中产生直线型裂纹、耳子、三角口裂纹和结疤等表面缺陷，这些缺陷不仅影响产品的外观，也降低了特钢棒材的性能，为了分拣和去除特钢棒材的表面缺陷，当前多是从国外进口表面缺陷检测仪器，但其价格昂贵，且二次定位缺陷时只能给出轴向的表面缺陷数量和位置，无法对缺陷进行完整定位。

另外，现有的特钢棒材表面缺陷检测设备的检测工位和修磨工位大都是分开的，在检测工位进行表面缺陷检测后，将有表面缺陷的棒材转运到修磨工位上在进行修磨，这样就会使整体的设备结构占用空间增大。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，解决了现有特钢棒材表面缺陷检测修磨系统结构复杂且造价高的问题，旨在提供一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统及其检测、修磨方法，本系统能够对特钢棒材表面缺陷轴向方向和周向方向的缺陷定位及缺陷深度测量，实现对特钢棒材表面缺陷的完整定位。本发明的方法可满足多种规格特钢棒材表面缺陷的检测、定位及修磨，且成本低、结构简单，可实现特钢棒材在线表面缺陷分拣及表面缺陷局部修磨等功能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，包括：

特钢棒材传输辊道单元，由多个并排设置的V型轮及其驱动电机组成，用于传输待检测特钢棒材，特钢棒材传输辊道单元在辊道抬升单元的作用下可上下移动；

接近开关定位单元，用于判断待检测钢棒是否传输到位；

特钢棒材旋转单元，固定设置底座上，由旋转驱动电机，同步轴及多个同步链及转动轮组成，旋转驱动电机带动同步轴转动，并通过同步链条带动转动轮转动；

特钢棒材压紧从动单元，固定设置在机架上，特钢棒材压紧从动单元包括可上下移动的双从动轮，双从动轮将待检测钢棒压在特钢棒材旋转单元上；

旋转增量编码器单元，由安装在特钢棒材压紧从动单元的双从动轮上的多个增量编码器组成；

线阵相机单元，与旋转增量编码器单元共同作用，获取特钢棒材的圆周面的展开图像；

激光超声测深仪器及其滑轨单元，激光超声探头可以沿着滑轨单元做上下、左右运动；

特钢棒材端面姿态检测单元，设置在机架上，位于待检测钢棒的相对一侧，用于获取待检测钢棒的数据信息及周向角度坐标信息；

机械臂修磨单元，可沿特钢棒材长度上做往复运动，并对特钢棒材的表面缺陷处进行修磨。

进一步的，一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，还包括线阵相机补光单元，线阵相机补光单元固定设置在机架上，线阵相机补光单元为线阵相机提供辅助光源。

进一步的，所述辊道抬升单元包括液压缸和多组抬升连杆，液压缸与多组抬升连杆连通，多组抬升连杆间隔设置在特钢棒传输辊道单元的下方，特钢棒材传输辊道单元在抬升连杆的作用下可上下移动。

进一步的，所述特钢棒材压紧从动单元的数量为三组，分别位于待检测特钢棒材的头部，中部和尾部，每组特钢棒材压紧从动单元结构相同：包括设置在机架上的上下移动轨道，轨道的下部与双从动轮连接，双从动轮可在待检测特钢棒材的作用下转动。

进一步的，所述激光超声测深仪器及其滑轨单元由激光超声探头、上下运动轨道及水平运动轨道组成，水平运动轨道固定设置在机架上，上下运动轨道设置水平运动轨道上且可沿着水平运动轨道滑动，上下运动轨道的端部与激光超声探头连接。

进一步的，所述特钢棒材端面姿态检测单元，由面阵工业相机和相机上下运动轨道组成，相机上下运动轨道设置在机架上，面阵工业相机设置在相机上下运动轨道的端部且可沿相机上下运动轨道运动，所述面阵工业相机相对待检测特钢棒材的端面设置，用于检测特钢棒材的端面姿态。

进一步的，所述机械臂修磨单元包括第七轴、机械臂本体及力位移修磨头组成，第七轴设置在底座上且沿着待测特钢棒材的长度方向设置，机械臂本体安装在第七轴上，可沿着第七轴滑动，力位移修磨头安装在机械臂本体的端部，在机械臂本体的带动下对特钢棒材上的表面缺陷进行修磨。

本发明保护的另外一个方案，一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统的检测及修磨流程，按照以下步骤进行：

步骤1）控制辊道抬升单元抬升特钢棒材传输辊道单元，启动特钢棒材传输辊道单元将特钢棒材送至表面缺陷检测及修磨辊道上，当特钢棒材在运动过程中触发靠近面阵工业相机一侧的接近开关时，停止辊道运动；

步骤2）控制液压缸降低特钢棒材传输辊道单元，将特钢棒材放置在特钢棒材旋转单元上；

步骤3）启动特钢棒材压紧从动单元，将特钢棒材压紧；

步骤4）启动特钢棒材端面姿态检测单元，使面阵工业相机正对特钢棒材端面，拍照识别特钢棒材端面的相关基本信息和特钢棒材端面的当前的姿态角度数据；

步骤5）启动特钢棒材旋转单元，带动压紧从动轮旋转，同时带动与从动轮连接在一起的旋转增量编码器旋转，根据增量编码器的脉冲数据，计算出特钢棒材旋转速度，将速度转换成合理的采集频率送给线阵相机单元；

步骤6）线阵相机根据计算得到的采集频率进行图像数据采集，同时记录线阵相机每采集一次图像数据对应的特钢棒材端面姿态角度数据；

步骤7）特钢棒材旋转完一周后，线阵相机采集到了特钢棒材圆周面的展开图像，且展开图像的每一行像素均对应圆周方向的一个角度信息，此时的图像可以看成纵坐标是角度信息，横坐标是棒材轴向长度信息，这样可以方便的计算定位特钢棒材的轴向和周向的表面缺陷位置；

步骤8）完成第一段特钢棒材表面数据的采集后，将线阵相机移动至特钢棒材的另一相邻部位上方，使在该位置采集的图像数据与第一次采集的图像数据略有重合部分，按前述方法进行第二段图像数据的采集；

步骤9）同时开始计算分析第一段采集的图像数据，得到特钢棒材第一段的表面缺陷的数量及每个表面缺陷的位置点集，这些点集是由一组周向角度坐标和对应的轴向长度坐标组成，并保存表面缺陷数量及每个表面缺陷的位置点集数据；

周向角度坐标主要靠端部姿态检测单元获取，轴向长度坐标主要依据线阵相机采集时的位置、线阵相机的视场、线阵相机与特钢棒材距离等信息计算出该段特钢棒材在轴向方向的每点位置信息；

步骤10）当特钢棒材的第二段图像数据采集完成后，按前述方法，继续移动相机至下一段，同时当分析完第一段数据后开始分析第二段的图像数据，以此类推，直至将特钢棒材表面数据均采集分析一次，这样得到每一段特钢棒材的表面缺陷数量及相应的表面缺陷位置点集数据；

步骤11）在第一段和第二段采集数据的公共视野部分，若没有表面缺陷，则直接根据周向和轴向坐标合并第一段和第二段的测量结果，计算表面缺陷数量和，并对表面缺陷进行重新编号；若有表面缺陷，则依据第一段和第二段公共视野计算的表面缺陷位置信息，在轴向方向和周向方向进行表面缺陷数据拼接，拼接完成后，再合并非公共视野部分的测量结果，计算表面缺陷数量，对表面缺陷进行重新编号；

步骤12）第一段和第二段合并后，用合并后的数据与第三段用相同方法合并，以此类推，得到整个特钢棒材所有表面缺陷的数量和每个表面缺陷的周向和轴向位置的点集坐标，完成整个特钢棒材的表面缺陷的定位；

步骤13）特钢棒材表面缺陷定位后，启动激光超声测深仪器，若在激光超声测深仪器移动或测量过程中，激光超声测深仪器与压紧从动单元中的压紧从动轮有干涉，则将该压紧从动轮抬起，操作测量完成后，将其再次下移压紧特钢棒材，在任意操作时刻，保证至少有两组从动轮压紧了特钢棒材；

步骤14）将激光超声测深仪器移动到特钢棒材一端的第一个表面裂纹缺陷轴向位置，旋转特钢棒材，根据特钢棒材端面姿态检测单元判断特钢棒材旋转角度是否到了合适的位置，到达位置后，用激光超声测深仪器对特钢棒材表面裂纹缺陷抽样检测多个点的深度值，并拟合出来该表面缺陷的各个点深度信息，并将该深度信息与对应的表面缺陷位置点集信息一并存储；

步骤15）检测完第一个表面裂纹缺陷深度信息并存储后，继续以类似方法检测其他所有的表面裂纹缺陷深度信息，检测完成后即得到一个特钢棒材表面缺陷信息表，该信息表不仅包含了特钢棒材的ID、材质、长度、直径、重量等基本信息，还包含了该特钢棒材的表面缺陷信息的数量、每个表面缺陷的周向和轴向位置点集及其深度信息；

步骤16）特钢棒材上所有表面缺陷的位置、深度获取后，若特钢棒材上没有表面缺陷，则抬升特钢棒材传输辊道单元及端面姿态检测单元，将特钢棒材传送至无表面缺陷区域；若特钢棒材上有表面缺陷，将该表面缺陷数据表送至机械臂修磨单元，计算特钢棒材压紧从动单元与机械臂修磨单元在修磨过程中的是否存在干涉，若存在干涉，则提前规划压紧从动单元与机械臂修磨单元的运动路径，避免干涉，但在任意操作时刻，保证至少有两组从动轮压紧了特钢棒材；

步骤17）根据表面缺陷数据表，启动机械臂第七轴，将机械臂运动至可修磨的轴向位置，端面姿态检测单元计算特钢棒材当前姿态角度，若周向位置不在可修磨位置，则旋转特钢棒材至可修磨位置，根据表面缺陷位置及相应的深度数据规划力位移修磨轨迹，控制机械臂修磨单元按规划轨迹完成第一个表面缺陷的修磨，之后移动机械臂位置并转动特钢棒材，使其进行下一表面缺陷位置的修磨，以此类推，直至将特钢棒材上的所有表面缺陷均进行了修磨操作；

步骤18）完成表面缺陷检测及修磨操作后，将特钢棒材端面姿态检测单元复位，抬升特钢棒材传输辊道，送走当前完成修磨操作的特钢棒材，系统进入等待下一特钢棒材来临的状态。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。本发明通过线阵相机、特钢棒材端面姿态检测单元以及激光超声测深仪器协同工作，共同完成特钢棒材表面缺陷轴向方向和周向方向的缺陷定位及缺陷深度测量。而且本发明的特钢棒材表面缺陷检测修磨系统的检测工作和修磨工作在同一工位上完成，设备整体结构简单，占地面积小且造价便宜。

另外，在表面缺陷检测和修磨的过程中，通过增设特钢棒材压紧从动单元，使用独特的双从动轮结构，这种结构更有利于特钢棒材的轴向固定且不妨碍棒材的周向旋转，能够更准确地获取表面缺陷的位置。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨装置的前侧视图。

图2为本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨装置的后侧视图。

图3为本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨装置的左视图。

图4为本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨装置的前视图。

图5为本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨装置的右视图。

图6为本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨装置的后视图。

图中：1为特钢棒材传输辊道单元，1001为V型轮，1002为驱动电机，2为接近开关定位单元，21为接近开关，3为辊道抬升单元、31为液压缸，32为抬升连杆，4为特钢棒材旋转单元、41为旋转驱动电机，42为同步轴，43为同步链，44为转动轮，5为特钢棒材压紧从动单元，51为双从动轮，52为上下移动轨道，6为旋转增量编码器单元，61增量编码器，7为线阵相机单元、71为线阵相机，72为相机移动轨道，8为线阵相机补光单元，9为激光超声测深仪器及其滑轨单元，91为激光超声探头，92为上下运动轨道，93为水平运动轨道，10为特钢棒材端面姿态检测单元、101为面阵工业相机，102为相机上下运动轨道，11为机械臂修磨单元，111为第七轴，112为机械臂本体，113为力位移修磨头，12为特钢棒材。

具体实施方式

如图1-图6所示，一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，包括：

特钢棒材传输辊道单元1，由多个并排设置的多组V型轮1001及其驱动电机1002组成，待检测特钢棒材12放置在V型轮1001的凹槽内，通过驱动电机1002带动V型轮1001转动从而将待检测特钢棒材12传输至检测位，在特钢棒材传输辊道单元1的下方设置辊道抬升单元3，特钢棒材传输辊道单元1可在辊道抬升单元3的作用下可上下移动，从而完成待检测特钢棒材12从传输位置到检测修磨位置的转化。

接近开关定位单元2，用于判断待检测特钢棒材12是否传输到位。接近开关定位单元2由3个接近开关21组成，三个接近开关21分别位于待检测特钢棒材的头部、中部和尾部。

特钢棒材旋转单元4，固定设置底座上，由旋转驱动电机41，同步轴42及多个同步链43及转动轮44组成，旋转驱动电机41带动同步轴42转动，并通过同步链43带动转动轮44转动，从而带动放置在转动轮44上的特钢棒材12旋转。

特钢棒材压紧从动单元5，固定设置在机架上，特钢棒材压紧从动单元5包括可上下移动的双从动轮51，双从动轮51将待检测特钢棒材12压在特钢棒材旋转单元4上。双从动轮结构更有利于特钢棒材12的轴向固定且不妨碍特钢棒材12的周向旋转。

旋转增量编码器单元6，由安装在特钢棒材压紧从动单元5的双从动轮51上的多个增量编码器61组成。每组双从动轮51上均安装有一个增量编码器61。

线阵相机单元7，与旋转增量编码器单元6共同作用，获取特钢棒材12的圆周面的展开图像；线阵相机单元7可以采用在机架上并排设置多个线阵相机的方式来对特钢棒材12进行拍照，也可以采用单个线阵相机7和相机移动轨道72的方式。

采用多个线阵相机71并排设置的方式，可以一次性获取特钢棒材12整个长度方向的照片，可以提升整个设备的处理速度，缺点就是线阵相机71的价格较高。采用多个线阵相机71后，会增加整体设备的造价。

为了降低整个设备的成本，可以采用线阵相机71和相机移动轨道72的方式，将相机移动轨道72固定设置在机架上，线阵相机71安装在相机移动轨道72上且可以沿着相机移动轨道72上左右滑动。通过线阵相机71在相机移动轨道72滑动，来获取特钢棒材12长度方向上不同段上的表面缺陷数量及相应的表面缺陷位置点集数据。这两种方式可以根据现场的实际需要和工程的项目预算来进行合理的选择。

激光超声测深仪器及其滑轨单元9，由激光超声探头91、上下运动轨道92及水平运动轨道93组成，水平运动轨道93固定设置在机架上，上下运动轨道92设置水平运动轨道93上且可沿着水平运动轨道93滑动，上下运动轨道92的端部与激光超声探头91连接。

特钢棒材端面姿态检测单元10，由面阵工业相机101和相机上下运动轨道102组成，相机上下运动轨道102设置在机架上，面阵工业相机101设置在相机上下运动轨道102的端部且可沿相机上下运动轨道102运动，所述面阵工业相机101相对待检测钢棒的端面设置，用于检测特钢棒材的端面信息。

机械臂修磨单元11，可沿特钢棒材长度上做往复运动，并对特钢棒材12的缺陷处进行修磨。机械臂修磨单元11包括第七轴111、机械臂本体112及力位移修磨头113组成，第七轴111设置在底座上且沿着待测特钢棒材12的长度方向设置，机械臂本体112安装在第七轴111上，可沿着第七轴111滑动，力位移修磨头113安装在机械臂本体112的端部，在机械臂的带动下对特钢棒材12上的表面缺陷位置进行修磨。

本发明特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，通过线阵相机71、特钢棒材端面姿态检测单元10以及激光超声测深仪器，可以完成特钢棒材表面缺陷轴向方向和周向方向的表面缺陷定位及表面缺陷深度测量。本系统整体结构简单，造价低，能够实现特钢棒材在线表面缺陷分拣及表面缺陷局部修磨等功能。

为了更好的采集特钢棒材圆周面的展开图像，在机架上增设线阵相机补光单元8，线阵相机补光单元8为线阵相机71提供辅助光源，使线阵相机71拍摄的特钢棒材端面照片更加清楚，从而更加准确的定位特钢棒材12的轴向的表面缺陷位置。

上述实施例中并没有限定辊道抬升单元3的具体结构，只要能够完成特钢棒材传输辊道单元1的上下往复运动即可。为了更好的理解辊道抬升单元3的作用，本实施例具体公开一种辊道抬升单元3的结构：包括液压缸31和多组抬升连杆32，液压缸31与多组抬升连杆32连通为抬升连杆32提供动力，多组抬升连杆32间隔设置在特钢棒材传输辊道单元1的下方，特钢棒材传输辊道单元1在抬升连杆32的作用下可上下移动，将待检测特钢棒材从特钢棒材传输辊道转移到特钢棒材旋转单元4上。

在上述实施例的基础上，为了更准确的检测缺陷的位置，将特钢棒材压紧从动单元5的数量设计为三组，分别位于待检测特钢棒材的头部，中部和尾部。在进行表面缺陷检测或者修磨时，应当保证至少有两组特钢棒材压紧从动单元5的双从动轮压紧了特钢棒材。这样能够保证特钢棒材在检测或修磨，不会产生轴向的移动，从而影响特钢棒材检测的准确性。每组特钢棒材压紧从动单元5结构相同：包括设置在机架上的上下移动轨道52，轨道的下部与双从动轮51连接，双从动轮51可在待检测钢棒的作用下转动。

上面对本发明的特钢棒材表面缺陷检测修磨系统的具体结构进行了介绍，下面对该系统的具体使用方法进行详细阐述。一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统的检测及修磨流程，按照以下步骤进行：

步骤1）控制辊道抬升单元3抬升特钢棒材传输辊道单元1，启动特钢棒材传输辊道单元1将特钢棒材送至表面缺陷检测及修磨辊道上，当特钢棒材在运动过程中触发靠近面阵工业相机101一侧的接近开关21时，停止辊道运动；

步骤2）控制液压缸31装置降低特钢棒材传输辊道单元1的位置，将特钢棒材12放置在特钢棒材旋转单元4上；

步骤3）启动特钢棒材压紧从动单元5，将特钢棒材12压紧；

步骤4）启动特钢棒材端面姿态检测单元10，使使面阵工业相机101正对特钢棒材端面，拍照识别特钢棒材端面的相关基本信息和特钢棒材端面的当前的姿态角度数据；

步骤5）启动特钢棒材旋转单元4，带动压紧从动轮旋转，同时带动与从动轮连接在一起的旋转增量编码器旋转，根据增量编码器的脉冲数据，计算出特钢棒材旋转速度，将速度转换成合理的采集频率送给线阵相机单元7；

步骤6）线阵相机71根据计算得到的采集频率进行图像数据采集，同时记录线阵相机71每采集一次图像数据对应的特钢棒材端面姿态角度数据；

步骤7）特钢棒材旋转完一周后，线阵相机71采集到了特钢棒材圆周面的展开图像，且展开图像的每一行像素均对应圆周方向的一个角度信息，此时的图像可以看成纵坐标是角度信息，横坐标是棒材轴向长度信息，这样可以方便的计算定位特钢棒材的轴向和周向的表面缺陷位置；

步骤8）完成第一段特钢棒材表面数据的采集后，将线阵相机71移动至特钢棒材的另一相邻部位上方，使在该位置采集的图像数据与第一次采集的图像数据略有重合部分，按前述方法进行第二段图像数据的采集；

步骤9）同时开始计算分析第一段采集的图像数据，得到特钢棒材第一段的表面缺陷的数量及每个表面缺陷的位置点集，这些点集是由一组周向角度坐标和对应的轴向长度坐标组成，并保存表面缺陷数量及每个表面缺陷的位置点集数据；

周向角度坐标主要靠端部姿态检测单元10获取，轴向长度坐标主要依据线阵相机71采集时的位置、线阵相机71的视场、线阵相机71与特钢棒材距离等信息计算出该段特钢棒材在轴向方向的每点位置信息；

步骤10）当特钢棒材的第二段图像数据采集完成后，按前述方法，继续移动相机至下一段，同时当分析完第一段数据后开始分析第二段的图像数据，以此类推，直至将特钢棒材表面数据均采集分析一次，这样得到每一段特钢棒材的表面缺陷数量及相应的表面缺陷位置点集数据；

步骤11）在第一段和第二段采集数据的公共视野部分，若没有表面缺陷，则直接根据周向和轴向坐标合并第一段和第二段的测量结果，计算表面缺陷数量和，并对表面缺陷进行重新编号；若有表面缺陷，则依据第一段和第二段公共视野计算的表面缺陷位置信息，在轴向方向和周向方向进行表面缺陷数据拼接，拼接完成后，再合并非公共视野部分的测量结果，计算表面缺陷数量，对表面缺陷进行重新编号；

步骤12）第一段和第二段合并后，用合并后的数据与第三段用相同方法合并，以此类推，得到整个特钢棒材所有表面缺陷的数量和每个表面缺陷的周向和轴向位置的点集坐标，完成整个特钢棒材的表面缺陷的定位；

步骤13）特钢棒材表面缺陷定位后，启动激光超声测深仪器，若在激光超声测深仪器移动或测量过程中，激光超声测深仪器与压紧从动单元5中的压紧从动轮有干涉，则将该压紧从动轮抬起，操作测量完成后，将其再次下移压紧特钢棒材，在任意操作时刻，保证至少有两组从动轮压紧了特钢棒材12；

步骤14）将激光超声测深仪器移动到特钢棒材一端的第一个表面裂纹缺陷轴向位置，旋转特钢棒材，根据特钢棒材端面姿态检测单元10判断特钢棒材旋转角度是否到了合适的位置，到达位置后，用激光超声测深仪器对特钢棒材表面裂纹缺陷抽样检测多个点的深度值，并拟合出来该表面缺陷的各个点深度信息，并将该深度信息与对应的表面缺陷位置点集信息一并存储；

步骤15）检测完第一个表面裂纹缺陷深度信息并存储后，继续以类似方法检测其他所有的表面裂纹缺陷深度信息，检测完成后即得到一个特钢棒材表面缺陷信息表，该信息表不仅包含了特钢棒材的ID、材质、长度、直径、重量等基本信息，还包含了该特钢棒材的表面缺陷信息的数量、每个表面缺陷的周向和轴向位置点集及其深度信息；

步骤16）特钢棒材上所有表面缺陷的位置、深度获取后，若特钢棒材上没有表面缺陷，则抬升特钢棒材传输辊道单元1及端面姿态检测单元，将特钢棒材传送至无表面缺陷区域；若特钢棒材上有表面缺陷，将该表面缺陷数据表送至机械臂修磨单元11，计算特钢棒材压紧从动单元5与机械臂修磨单元11在修磨过程中的是否存在干涉，若存在干涉，则提前规划压紧从动单元与机械臂修磨单元11的运动路径，避免干涉，但在任意操作时刻，保证至少有两组从动轮压紧了特钢棒材；

步骤17）根据表面缺陷数据表，启动机械臂第七轴111，将机械臂运动至可修磨的轴向位置，端面姿态检测单元10计算特钢棒材当前姿态角度，若周向位置不在可修磨位置，则旋转特钢棒材至可修磨位置，根据表面缺陷位置及相应的深度数据规划力位移修磨轨迹，控制机械臂修磨单元11按规划轨迹完成第一个表面缺陷的修磨，之后移动机械臂位置并转动特钢棒材，使其进行下一表面缺陷位置的修磨，以此类推，直至将特钢棒材上的所有表面缺陷均进行了修磨操作；

步骤18）完成表面缺陷检测及修磨操作后，将特钢棒材端面姿态检测单元10复位，抬升特钢棒材传输辊道单元1，送走当前完成修磨操作的特钢棒材，系统进入等待下一特钢棒材来临的状态。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于，包括：

特钢棒材传输辊道单元（1），由多个并排设置的V型轮（1001）及其驱动电机（1002）组成，用于传输待检测特钢棒材，特钢棒材传输辊道单元（1）在辊道抬升单元（3）的作用下可上下移动；

接近开关定位单元（2），用于判断待检测特钢棒材是否传输到位；

特钢棒材旋转单元（4），固定设置底座上，由旋转驱动电机（41），同步轴（42）及多个同步链（43）及转动轮（44）组成，旋转驱动电机（41）带动同步轴（42）转动，并通过同步链（43）条带动转动轮（44）转动；

特钢棒材压紧从动单元（5），固定设置在机架上，特钢棒材压紧从动单元（5）包括可上下移动的双从动轮（51），双从动轮（51）将待检测特钢棒材压在特钢棒材（12）旋转单元（4）上；

旋转增量编码器单元（6），由安装在双从动轮（51）上的多个增量编码器（61）组成；

线阵相机单元（7），与旋转增量编码器单元（6）共同作用，获取特钢棒材（12）的圆周面的展开图像；

激光超声测深仪器及其滑轨单元（9），激光超声探头（91）可以沿着滑轨单元做上下、左右运动；

特钢棒材端面姿态检测单元（10），其设置在机架上，与待检测特钢棒材端面相对设置，用于获取待检测特钢棒材的端面信息；

机械臂修磨单元（11），可沿特钢棒材长度方向上做往复运动，并对特钢棒材（12）的表面缺陷处进行修磨。

2.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：还包括线阵相机补光单元（8），线阵相机补光单元（8）固定设置在机架上，为线阵相机（71）提供辅助光源。

3.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：所述线阵相机单元（7），由单个线阵相机（71）和相机移动轨道（72）组成，相机移动轨道（72）固定设置在机架上，线阵相机（71）安装在相机移动轨道（72）上且可以沿着相机移动轨道（72）上左右滑动。

4.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：所述辊道抬升单元（3）包括液压缸（31）和多组抬升连杆（32），液压缸（31）与多组抬升连杆（32）连通，多组抬升连杆（32）间隔设置在特钢棒材传输辊道单元（1）的下方，特钢棒材传输辊道单元（1）可在抬升连杆（32）的作用下上下移动。

5.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：所述特钢棒材压紧从动单元（5）的数量为三组，分别位于待检测特钢棒材的头部，中部和尾部，每组特钢棒材压紧从动单元（5）结构相同：包括设置在机架上的上下移动轨道（52），上下移动轨道（52）的下部与双从动轮（51）连接，双从动轮（51）可在待检测特钢棒材的作用下转动。

6.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：所述激光超声测深仪器及其滑轨单元（9）由激光超声探头（91）、上下运动轨道（92）及水平运动轨道（93）组成，水平运动轨道（93）固定设置在机架上，上下运动轨道（92）设置在水平运动轨道（93）上且可沿着水平运动轨道（93）滑动，上下运动轨道（92）的端部与激光超声探头（91）连接。

7.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：所述特钢棒材端面姿态检测单元（10），由面阵工业相机（101）和相机上下运动轨道（102）组成，相机上下运动轨道（102）设置在机架上，面阵工业相机（101）设置在相机上下运动轨道（102）的端部且可沿相机上下运动轨道（102）运动，所述面阵工业相机（101）相对待检测特钢棒材的端面设置，用于检测特钢棒材（12）的端面信息。

8.根据权利要求1所述的一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统，其特征在于：所述机械臂修磨单元（11）包括第七轴（111）、机械臂本体（112）及力位移修磨头（113），第七轴（111）设置在底座上且沿着待测特钢棒材的长度方向设置，机械臂本体（112）安装在第七轴（111）上，可沿着第七轴（111）运动，力位移修磨头（113）安装在机械臂本体（112）的端部，在机械臂本体（112）的带动下对特钢棒材（12）上的表面缺陷进行修磨。

9.一种特钢棒材表面缺陷检测修磨系统的检测、修磨方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

步骤1）控制辊道抬升单元（3）抬升特钢棒材传输辊道单元（1），启动特钢棒材传输辊道单元（1）将特钢棒材（12）送至表面缺陷检测及修磨辊道上，当特钢棒材（12）在运动过程中触发靠近面阵工业相机（101）一侧的接近开关（21）时，停止特钢棒材传输辊道单元（1）运动；

步骤2）控制液压缸（31）降低特钢棒材传输辊道单元（1）的高度，将特钢棒材放置在特钢棒材旋转单元（4）上；

步骤3）启动特钢棒材压紧从动单元（5），将特钢棒材压紧；

步骤4）启动特钢棒材端面姿态检测单元（10），使面阵工业相机（101）正对特钢棒材端面，拍照识别特钢棒材端面的相关基本信息和特钢棒材端面的当前的姿态角度数据；

步骤5）启动特钢棒材旋转单元（4），带动压紧从动轮旋转，同时带动与从动轮连接在一起的旋转增量编码器（61）旋转，根据增量编码器（61）的脉冲数据，计算出特钢棒材旋转速度，将速度转换成合理的采集频率送给线阵相机单元（7）；

步骤6）线阵相机（71）根据计算得到的采集频率进行图像数据采集，同时记录线阵相机（71）每采集一次图像数据对应的特钢棒材端面姿态角度数据；

步骤7）特钢棒材旋转完一周后，线阵相机（71）采集到了特钢棒材圆周面的展开图像，且展开图像的每一行像素均对应圆周方向的一个角度信息，此时的图像可以看成纵坐标是角度信息，横坐标是棒材轴向长度信息，这样可以方便的计算定位特钢棒材的轴向和周向的表面缺陷位置；

步骤8）完成第一段特钢棒材表面数据的采集后，将线阵相机（71）移动至特钢棒材的另一相邻部位上方，使在该位置采集的图像数据与第一次采集的图像数据略有重合部分，按前述方法进行第二段图像数据的采集；

步骤9）同时开始计算分析第一段采集的图像数据，得到特钢棒材第一段的表面缺陷的数量及每个表面缺陷的位置点集，这些点集是由一组周向角度坐标和对应的轴向长度坐标组成，并保存表面缺陷数量及每个表面缺陷的位置点集数据；

周向角度坐标主要靠端部姿态检测单元获取，轴向长度坐标主要依据线阵相机采集时的位置、线阵相机的视场、线阵相机与特钢棒材距离等信息计算出该段特钢棒材在轴向方向的每点位置信息；

步骤10）当特钢棒材的第二段图像数据采集完成后，按前述方法，继续移动相机至下一段，同时当分析完第一段数据后开始分析第二段的图像数据，以此类推，直至将特钢棒材表面数据均采集分析一次，这样得到每一段特钢棒材的表面缺陷数量及相应的表面缺陷位置点集数据；

步骤11）在第一段和第二段采集数据的公共视野部分，若没有表面缺陷，则直接根据周向和轴向坐标合并第一段和第二段的测量结果，计算表面缺陷数量和，并对表面缺陷进行重新编号；若有表面缺陷，则依据第一段和第二段公共视野计算的表面缺陷位置信息，在轴向方向和周向方向进行表面缺陷数据拼接，拼接完成后，再合并非公共视野部分的测量结果，计算表面缺陷数量，对表面缺陷进行重新编号；

步骤12）第一段和第二段合并后，用合并后的数据与第三段用相同方法合并，以此类推，得到整个特钢棒材所有表面缺陷的数量和每个表面缺陷的周向和轴向位置的点集坐标，完成整个特钢棒材的表面缺陷的定位；

步骤13）特钢棒材表面缺陷定位后，启动激光超声测深仪器，若在激光超声测深仪器移动或测量过程中，激光超声测深仪器与压紧从动单元中的压紧从动轮有干涉，则将该压紧从动轮抬起，操作测量完成后，将其再次下移压紧特钢棒材，在任意操作时刻，保证至少有两组从动轮压紧了特钢棒材；

步骤14）将激光超声测深仪器移动到特钢棒材一端的第一个表面裂纹缺陷轴向位置，旋转特钢棒材，根据特钢棒材端面姿态检测单元（10）判断特钢棒材旋转角度是否到了合适的位置，到达位置后，用激光超声测深仪器对特钢棒材表面缺陷抽样检测多个点的深度值，并拟合出来该表面缺陷的各个点深度信息，并将该深度信息与对应的表面缺陷位置点集信息一并存储；

步骤15）检测完第一个表面裂纹缺陷深度信息并存储后，继续以类似方法检测其他所有的表面裂纹缺陷深度信息，检测完成后即得到一个特钢棒材表面缺陷信息表，该信息表不仅包含了特钢棒材的ID、材质、长度、直径、重量等基本信息，还包含了该特钢棒材的表面裂纹缺陷信息的数量、每个表面缺陷的周向和轴向位置点集及其深度信息；

步骤16）特钢棒材上所有表面缺陷的位置、深度获取后，若特钢棒材上没有表面缺陷，则抬升特钢棒材传输辊道单元（1）及端面姿态检测单元，将特钢棒材传送至无表面缺陷区域；若特钢棒材上有表面缺陷，将表面该缺陷数据表送至机械臂修磨单元（11），计算特钢棒材压紧从动单元（5）与机械臂修磨单元（11）在修磨过程中的是否存在干涉，若存在干涉，则提前规划压紧从动单元与机械臂修磨单元（11）的运动路径，避免干涉，但在任意操作时刻，保证至少有两组从动轮压紧了特钢棒材；

步骤17）根据表面缺陷数据表，启动机械臂第七轴（111），将机械臂运动至可修磨的轴向位置，端面姿态检测单元（10）计算特钢棒材当前姿态角度，若周向位置不在可修磨位置，则旋转特钢棒材至可修磨位置，根据表面缺陷位置及相应的深度数据规划力位移修磨轨迹，控制机械臂修磨单元（11）按规划轨迹完成第一个表面缺陷的修磨，之后移动机械臂位置并转动特钢棒材，使其进行下一表面缺陷位置的修磨，以此类推，直至将特钢棒材上的所有表面缺陷均进行了修磨操作；

步骤18）完成表面缺陷检测及修磨操作后，将特钢棒材端面姿态检测单元（10）复位，抬升特钢棒材传输辊道，送走当前完成修磨操作的特钢棒材，系统进入等待下一特钢棒材来临的状态。

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