CN114111622A - 一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，该方法将磁铁制作的标准棒站立吸附在孔型槽底的轧辊上，在辊系的一侧采用平行光源或近平行光源对准孔型的中心进行照射，在辊系的另一侧采用投影接收装置进行投影，在投影接收装置的背面采用相机对准中心进行拍照，得到孔型深度投影图片，对图片进行处理，计算标准棒的像素高度、孔型的像素高度，并计算标准棒的像素高度与孔型的像素高度的比例关系，结合标准棒的真实高度，计算得到孔型的深度。本发明以图像处理为基础，更加便利、精确的测量棒材轧制孔型深度。

Description

一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法
技术领域
本发明属于棒材轧制技术领域，特别涉及一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法。
背景技术
棒材轧机，由于兼有孔型和连续轧制的特点，导致它的轧制工艺比板带轧制更加复杂。棒材轧制随着产品规格的变化，其需要采用的辊型也在时刻变化，各机架同时还需要进行秒流量匹配，这直接导致棒材轧制需要频繁更换轧辊。由于棒材轧机机架普遍较小，所以在换辊时，一般都将机架和轧辊同时更换，这种特点导致棒材轧机不易实现辊缝的自动检测。
目前现场主流检测方法方式是人工卡量，依据人的经验不同，卡量精度也波动较大，经验丰富的操作员工，卡量精度可以达到0.5mm左右，经验不丰富的操作员工，偏差也可能达到1mm以上，因此给产品的精度控制带来波动。
因此急需开发一种更加精确的测量方法，以提高孔型深度的测量精度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，该方法以图像处理为基础，更加便利、精确的测量棒材轧制孔型深度。
本发明是通过一下技术方案实现的：
一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，包括以下步骤：
将磁铁制作的标准棒站立吸附在孔型槽底的轧辊上，在辊系的一侧采用平行光源或近平行光源对准孔型的中心进行照射，在辊系的另一侧采用投影接收装置进行投影，在投影接收装置的背面采用相机对准中心进行拍照，得到孔型深度投影图片，对图片进行处理，计算标准棒的像素高度、孔型的像素高度，并计算标准棒的像素高度与孔型的像素高度的比例关系，结合标准棒的真实高度，计算得到孔型的深度。
进一步的，所述标准棒长度为40mm，直径为4mm。标准棒的长度与具体的孔型有关，本发明采用的是40mm，大约为孔型系列里最小孔型深度的二分之一左右，标准棒直径采用4mm，过大容易导致底部不贴合，过小则投影过小且容易吸附不稳，产生倾斜。
进一步的，所述平行光源为采用凸透镜原理自制的平行光源，点光源在凸透镜的焦点上，经过凸透镜的折射，在凸透镜的另外一侧获得平行光源，所述凸透镜为焦距f为360mm、直径为300mm的凸透镜，所述点光源为80W的点光源。
进一步的，所述近平行光源为30W的手电筒。
进一步的，对图像进行处理的具体过程为：
第一步、确定黑白边界阈值
读取图片数据，获取图片的高度HEI和宽度WID，单位为像素，并计算各点的RGB值和灰度值；
在图片中直接取五个点，分别为图形中心M（0.5*WID，0.5*HEI），M点上下左右各距离15个像素的点B(0.5*WID，0.5*HEI+15)、C(0.5*WID，0.5*HEI-15)、A(0.5*WID-15，0.5*HEI)、D(0.5*WID+15，0.5*HEI)；
这里取15个像素的原因是，15个像素大约表示6mm的长度，大于棒材直径4mm，确保ABCDM五点，至少有一点在标准棒外。
设定ABCDM五点中的最大灰度值为MAX_gray，设定黑白边界阈值为MAX_gray-20；
即，针对图片中的所有点，当某点的灰度大于等于MAX_gray-20，认为属于白色区域的点；当灰度小于MAX_gray-20，认为该点属于黑色区域；
第二步、计算孔型深度
以图片的宽度WID为X轴，以图片的高度为Y轴，建立坐标系；
首先寻找白色孔型部分的左最低点F，寻找方法为：令纵坐标y从[HEI,0]按照1像素为步长迭代，从下往上搜索，对于任意一个y，再令横坐标x在[0,WID]内按照1像素为步长迭代，当出现的第一个RGB值大于或者等于MAX_gray-20时，则该点为F点，当F点横坐标与0.5WID的偏差达到0.1*WID时，弹出报警框，提示重新拍照；
当搜索到F点后，设其坐标为（XF，YF），此时保持横坐标X不变，令y从[0,HEI]从上往下搜索，当搜索到第一个RGB值大于或者等于MAX_gray-20时，则该点为E点,设E点坐标为（XF，YE），由此可知，孔型的左像素高度EF为：
EF = YF-YE （1）
重复上述动作，从图像右侧搜索，找出孔型的右像素高度E’F’
E’F’ = YF’-YE’ （2）
因此，确定孔型的像素高度H孔为：
H孔=0.5*（EF+E’F’） （3）
随后，以横坐标为0.5*（XF+XF’）,令y从0.5*（YF+YF’）往上搜索，搜索到第一个像素大于MAX_gray-20时的点为止，设该点为N，设N点纵坐标为YN，则可知，标准棒投影尺寸H棒为：
H棒=0.5*（YF+YF’）- YN （4）
因此，设孔型深度真实尺寸是ACT孔，棒材真实高度是40mm，则由等比例可知：
ACT孔=40H孔/H棒 (5)
计算得到孔型的深度ACT孔。
本发明的有益效果为：
本发明以图像处理为基础，更加便利、精确的测量棒材轧制孔型深度；
本发明可以直接将图像处理计算结果联网传递给过程控制系统，进而实现辊缝测量的自动化。
附图说明
图1为本发明拍照所得投影图片；
图2为本发明的原理示意图；
图3为本发明平行光源制作原理图；
图4为本发明黑白边界阈值确定示意图；
图5为本发明孔型深度计算原理图；
图6为本发明图片处理算法流程图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，包括以下步骤：
将磁铁制作的标准棒站立吸附在孔型槽底的轧辊上，在辊系的一侧采用平行光源或近平行光源对准孔型的中心进行照射，在辊系的另一侧采用投影接收装置进行投影，在投影接收装置的背面采用相机对准中心进行拍照，得到孔型深度投影图片，投影原理如图2所示，所得投影图片如图1所示，接下来，对图片进行处理，计算标准棒的像素高度、孔型的像素高度，并计算标准棒的像素高度与孔型的像素高度的比例关系，结合标准棒的真实高度，计算得到孔型的深度。
本发明的标准棒长度为40mm，直径为4mm。标准棒的长度与具体的孔型有关，本发明采用的是40mm，大约为孔型系列里最小孔型深度的二分之一左右，标准棒直径采用4mm，过大容易导致底部不贴合，过小则投影过小且容易吸附不稳，产生倾斜。
本发明的平行光源为采用凸透镜原理自制的平行光源，点光源在凸透镜的焦点上，经过凸透镜的折射，在凸透镜的另外一侧获得平行光源，本发明采用的凸透镜为焦距f为360mm、直径为300mm的凸透镜，点光源为80W的点光源，平行光源制作原理如图3所示。
另外，手电筒采用的是凹面镜成像原理，其也可以获得近似平行光远，所以本发明还可以采用30W手电作为光源直接照射，当将其对准孔型中心时，也可以获得较好的效果。
本发明对图像进行处理的算法流程如图6所示，其具体过程描述如下：
第一步、确定黑白边界阈值
读取图片数据，获取图片的高度HEI和宽度WID，单位为像素，并计算各点的RGB值和灰度值；
如图4所示，在所得的投影图片中直接取五个点，分别为图形中心M（0.5*WID，0.5*HEI），M点上下左右各距离15个像素的点B(0.5*WID，0.5*HEI+15)、C(0.5*WID，0.5*HEI-15)、A(0.5*WID-15，0.5*HEI)、D(0.5*WID+15，0.5*HEI)；
这里取15个像素的原因是，15个像素大约表示6mm的长度，大于棒材直径4mm，确保ABCDM五点，至少有一点在标准棒外。
设定ABCDM五点中的最大灰度值为MAX_gray，设定黑白边界阈值为MAX_gray-20；
即，针对图片中的所有点，当某点的灰度大于等于MAX_gray-20，认为属于白色区域的点；当灰度小于MAX_gray-20，认为该点属于黑色区域；
第二步、计算孔型深度
如图5所示，以图片的宽度WID为X轴，以图片的高度为Y轴，建立坐标系；
首先寻找白色孔型部分的左最低点F，寻找方法为：令纵坐标y从[HEI,0]按照1像素为步长迭代，从下往上搜索，对于任意一个y，再令横坐标x在[0,WID]内按照1像素为步长迭代，当出现的第一个RGB值大于或者等于MAX_gray-20时，则该点为F点，当F点横坐标与0.5WID的偏差达到0.1*WID时，弹出报警框，提示重新拍照；
当搜索到F点后，设其坐标为（XF，YF），此时保持横坐标X不变，令y从[0,HEI]从上往下搜索，当搜索到第一个RGB值大于或者等于MAX_gray-20时，则该点为E点,设E点坐标为（XF，YE），由此可知，孔型的左像素高度EF为：
EF = YF-YE （1）
重复上述动作，从图像右侧搜索，找出孔型的右像素高度E’F’
E’F’ = YF’-YE’ （2）
因此，确定孔型的像素高度H孔为：
H孔=0.5*（EF+E’F’） （3）
随后，以横坐标为0.5*（XF+XF’）,令y从0.5*（YF+YF’）往上搜索，搜索到第一个像素大于MAX_gray-20时的点为止，设该点为N，设N点纵坐标为YN，则可知，标准棒投影尺寸H棒为：
H棒=0.5*（YF+YF’）- YN （4）
因此，设孔型深度真实尺寸是ACT孔，棒材真实高度是40mm，则由等比例可知：
ACT孔=40H孔/H棒 (5)
计算得到孔型的深度ACT孔。

Claims (5)

1.一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：将磁铁制作的标准棒站立吸附在孔型槽底的轧辊上，在辊系的一侧采用平行光源或近平行光源对准孔型的中心进行照射，在辊系的另一侧采用投影接收装置进行投影，在投影接收装置的背面采用相机对准中心进行拍照，得到孔型深度投影图片，对图片进行处理，计算标准棒的像素高度、孔型的像素高度，并计算标准棒的像素高度与孔型的像素高度的比例关系，结合标准棒的真实高度，计算得到孔型的深度。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，其特征在于：所述标准棒长度为40mm，直径为4mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，其特征在于：所述平行光源为采用凸透镜原理自制的平行光源，点光源在凸透镜的焦点上，经过凸透镜的折射，在凸透镜的另外一侧获得平行光源，所述凸透镜为焦距f为360mm、直径为300mm的凸透镜，所述点光源为80W的点光源。
4.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，其特征在于：所述近平行光源为30W的手电筒。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的棒材轧制孔型深度的检测方法，其特征在于：对图像进行处理的具体过程为：
第一步、确定黑白边界阈值
读取图片数据，获取图片的高度HEI和宽度WID，单位为像素，并计算各点的RGB值和灰度值；
在图片中直接取五个点，分别为图形中心M（0.5*WID，0.5*HEI），M点上下左右各距离15个像素的点B(0.5*WID，0.5*HEI+15)、C(0.5*WID，0.5*HEI-15)、A(0.5*WID-15，0.5*HEI)、D(0.5*WID+15，0.5*HEI)；
设定ABCDM五点中的最大灰度值为MAX_gray，设定黑白边界阈值为MAX_gray-20；
即，针对图片中的所有点，当某点的灰度大于等于MAX_gray-20，认为属于白色区域的点；当灰度小于MAX_gray-20，认为该点属于黑色区域；
第二步、计算孔型深度
以图片的宽度WID为X轴，以图片的高度为Y轴，建立坐标系；
首先寻找白色孔型部分的左最低点F，寻找方法为：令纵坐标y从[HEI,0]按照1像素为步长迭代，从下往上搜索，对于任意一个y，再令横坐标x在[0,WID]内按照1像素为步长迭代，当出现的第一个RGB值大于或者等于MAX_gray-20时，则该点为F点，当F点横坐标与0.5WID的偏差达到0.1*WID时，弹出报警框，提示重新拍照；
当搜索到F点后，设其坐标为（XF，YF），此时保持横坐标X不变，令y从[0,HEI]从上往下搜索，当搜索到第一个RGB值大于或者等于MAX_gray-20时，则该点为E点,设E点坐标为（XF，YE），由此可知，孔型的左像素高度EF为：
EF = YF-YE （1）
重复上述动作，从图像右侧搜索，找出孔型的右像素高度E’F’
E’F’ = YF’-YE’ （2）
因此，确定孔型的像素高度H孔为：
H孔=0.5*（EF+E’F’） （3）
随后，以横坐标为0.5*（XF+XF’）,令y从0.5*（YF+YF’）往上搜索，搜索到第一个像素大于MAX_gray-20时的点为止，设该点为N，设N点纵坐标为YN，则可知，标准棒投影尺寸H棒为：
H棒=0.5*（YF+YF’）- YN （4）
因此，设孔型深度真实尺寸是ACT孔，棒材真实高度是40mm，则由等比例可知：
ACT孔=40H孔/H棒 (5)
计算得到孔型的深度ACT孔。
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