CN114353673A - 一种激光三角法钢板优化测长装置 - Google Patents

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张风元
李英杰
林佳佳
刘光军
梁会印
王成龙
李复磊
郭亚南
徐元乾
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Abstract

本发明涉及轧钢技术领域，具体公开了一种激光三角法钢板优化测长装置，包括工业相机、激光器和传动控制系统，工业相机设有多个且通过支架安装在输送辊的传动侧，工业相机照射输送辊的中心线上，激光器设有激光发射器和激光接收器，激光发射器通过支架安装在输送辊的冷床侧，激光接收器通过支架安装在输送辊的传动侧，用于激光器照射输送辊的中心线上形成激光线；本发明通过直射式激光三角法测量钢板位移，经钢板端部散射后进入工业相机并在工业相机成像平面成像点，而图像点坐标与钢板断面激光点位置又存在映射关系，经过计算机采集图像数据后，查找图像激光线端点，根据投影变换公式计算出钢板端部坐标，进而计算出整张钢板的长度。

Description

一种激光三角法钢板优化测长装置
技术领域
本发明涉及轧钢技术领域，具体涉及一种激光三角法钢板优化测长装置。
背景技术
目前国内采用的钢板长度定尺方式大多是定尺机设备，整体非常笨重，故障率较高。采用的是电机传动控制机械设备行走，通过绝对值编码器来计算出行走距离，由于现场轨道不平整等条件，测量精度不高，经常出现定尺不准现象。
另一种钢板长度定尺方式是通过测量辊的编码器，然后通过程序换算成长度，由于现场环境存在在振动、辊道表面磨损等不良因素，使用一段时间后测量的数据偏差较大，给生产带来不利影响。因此，需要设计一种激光三角法钢板优化测长装置，以解决现有对运行中的钢板测量不确认、测量难度大的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光三角法钢板优化测长装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光三角法钢板优化测长装置，包括工业相机、激光器和传动控制系统，所述工业相机设有多个且通过支架安装在输送辊的传动侧，工业相机照射输送辊的中心线上，激光器设有激光发射器和激光接收器，激光发射器通过支架安装在输送辊的冷床侧，激光接收器通过支架安装在输送辊的传动侧，用于激光器照射输送辊的中心线上形成激光线。
具体的是，所述工业相机照射在输送辊的辊道中心线上，且工业相机的相机轴线与辊道中心线成45°夹角，激光器照射在输送辊的辊道中心线上，且激光器的激光平面与辊道中心线成45°夹角。
一种激光三角法钢板优化测长装置的测长方法，包括以下步骤：
步骤1)在输送辊两侧均匀位置分别安装工业相机和激光器，通过测量钢板表面激光线判断板头、板尾位置；
步骤2)使用工控计算机采集工业相机图像，并通过识别钢板表面激光线得到板头位置信息，位置信息通过以太网发送给传动控制系统，由传动控制器控制输送辊道精确走位；
步骤3)采用激光三角测量原理测量钢板位移，根据投影变换公式计算钢板板头的端坐标Xw0；
步骤4)传动控制系统组成测长系统，测长系统以剪切线为原点、激光平面法线为Z轴、钢板前进方向为X轴建立坐标系，计算出钢板板头的当前坐标Xw，
步骤5)输送辊移动情况下，计算得出钢板的长度X＝Xw-Xw0。
具体的是，所述步骤1)中的钢板表面激光线为激光发射器和激光接收器分别布置在辊道两侧上方，激光发射器倾斜向板面发射激光线，激光接收器接收激光线，通过测量钢板表面激光线判断板头、板尾位置。
具体的是，所述步骤2)中的工控计算机与工业相机之间通过铺设耐高温网线来连接，接头形式RJ45，工控计算机给每台工业相机、激光器设一路供气，压缩空气压力0.1-0.3MPa，温度≤35℃，工控计算机给每台相机、激光器设一路供水、一路回水；进水压力0.1MPa，水流量0.1-0.3m3/h，水温≤35℃。
具体的是，所述步骤3)中的激光三角测量原理为激光发射器发出的激光线照射到钢板表面，钢板端部(Xw，Yw，Zw)，经钢板端部散射后进入工业相机并在工业相机成像平面成像点(u，v)，图像点坐标与钢板断面位移激光点位置存在一一对应的映射关系；
利用辊道坐标系和相机坐标系的坐标变换及相机坐标系到图像坐标系的投影变换可建立图像坐标与辊道坐标系之间的关系：
Figure BDA0003489333570000021
Figure BDA0003489333570000022
传动控制系统采集图像数据后，查找图像激光线端点(u，v)；根据投影变换公式计算钢板端坐标Xw0。
具体的是，所述步骤4)中的X轴建立坐标系分别标定每个工业相机投影变换参数，标定后，不论钢板表面激光线端部在哪个工业相机视野范围，均能计算出钢板端部当前坐标Xw。
本发明具有以下有益效果：
本发明设计的激光三角法钢板优化测长装置通过直射式激光三角法测量钢板位移，激光发射器发出的线激光照射到钢板表面，经钢板端部散射后进入工业相机并在工业相机成像平面成像点，而图像点坐标与钢板断面激光点位置(钢板位移)又存在映射关系，经过计算机采集图像数据后，查找图像激光线端点，根据投影变换公式计算出钢板端部坐标，进而计算出整张钢板的长度；此装置结构较为简单，维护更为方便，测量精度有较大的提升，并且能够测量的距离较远。
附图说明
图1是激光三角法钢板优化测长装置的安装结构示意图。
图2是工业相机的工作原理示意图。
图3是工业相机和激光器的工作原理示意图。
图中：1-工业相机；2-激光器；3-输送辊；4-钢板。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地进一步详细的说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，一种激光三角法钢板优化测长装置，包括工业相机1、激光器和传动控制系统，工业相机1设有多个且通过支架安装在输送辊3的传动侧，工业相机1照射输送辊3的中心线上，激光器2设有激光发射器和激光接收器，激光发射器通过支架安装在输送辊3的冷床侧，激光接收器通过支架安装在输送辊3的传动侧，用于激光器2照射输送辊3的中心线上形成激光线。
工业相机1照射在输送辊3的辊道中心线上，且工业相机1的相机轴线与辊道中心线成45°夹角，激光器2照射在输送辊3的辊道中心线上，且激光器2的激光平面与辊道中心线成45°夹角。
1、实际安装位置
激光发射器和激光接收器分别布置在辊道两侧上方。激光发射器倾斜向板面发射激光线，激光接收器接收激光线，通过测量钢板表面激光线判断板头、板尾位置。
每台工业相机1测量4m有效范围，共设11台工业相机1。激光器2设在两个，分别通过支架安装在冷床侧两头，每台激光器2打出的激光线覆盖23m辊道。
使用工控计算机采集工业相机1图像，并通过识别钢板4表面激光线得到板头位置信息。位置信息通过以太网发送给传动控制系统，由传动控制器控制输送辊道精确走位。
2、辅助条件
激光测长装置设有一台工控计算机，工控计算机至每台工业相机1铺设耐高温网线1根，接头形式RJ45。
供气要求：每台工业相机1、激光器2设一路供气，压缩空气压力0.1-0.3MPa，温度≤35℃。
供水要求：每台工业相机1、激光器2设一路供水、一路回水；进水压力0.1MPa，水流量0.1-0.3m3/h，水温≤35℃。
3、激光三角测量原理
本测长装置采用直射式激光三角法测量钢板位移。激光发射器发出的线激光照射到钢板4表面，钢板4端部(Xw，Yw，Zw)，经钢板4端部散射后进入工业相机1并在工业相机成像平面成像点(u，v)。图像点坐标与钢板断面激光点位置(钢板位移)存在映射关系(一一对应。)
利用辊道坐标系和相机坐标系的坐标变换及相机坐标系到图像坐标系的投影变换可建立图像坐标与辊道坐标系之间的关系：
Figure BDA0003489333570000041
Figure BDA0003489333570000042
传动控制系统采集图像数据后，查找图像激光线端点(u，v)；根据投影变换公式计算钢板端坐标Xw0。
4、测长系统组成
对钢板系统，以剪切线为原点、激光平面法线为Z轴、钢板前进方向为X轴建立坐标系。以这个坐标系分别标定每个工业相机1投影变换参数。
标定后，不论钢板4表面激光线端部在哪个工业相机1视野范围，均能计算出钢板4端部当前坐标Xw。
5、计算长度：输送辊3移动情况下，计算得出钢板4的长度X＝Xw-Xw0。
本装置通过直射式激光三角法测量钢板4位移，激光发射器发出的线激光照射到钢板4表面，经钢板4端部散射后进入工业相机1并在工业相机1成像平面成像点，而图像点坐标与钢板4断面激光点位置(钢板位移)又存在映射关系，经过计算机采集图像数据后，查找图像激光线端点，根据投影变换公式计算出钢板端部坐标，进而计算出整张钢板的长度。
传统的钢板4测长一般是通过测量辊端的编码器，然后通过程序换算成长度，由于现场环境存在在振动、辊道表面磨损等不良因素，使用一段时间后测量的数据偏差较大，给生产带来不利影响。
本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种激光三角法钢板优化测长装置，其特征在于，包括工业相机、激光器和传动控制系统，所述工业相机设有多个且通过支架安装在输送辊的传动侧，工业相机照射输送辊的中心线上，激光器设有激光发射器和激光接收器，激光发射器通过支架安装在输送辊的冷床侧，激光接收器通过支架安装在输送辊的传动侧，用于激光器照射输送辊的中心线上形成激光线。
2.根据权利要求1所述的激光三角法钢板优化测长装置，其特征在于，所述工业相机照射在输送辊的辊道中心线上，且工业相机的相机轴线与辊道中心线成45°夹角，激光器照射在输送辊的辊道中心线上，且激光器的激光平面与辊道中心线成45°夹角。
3.根据权利要求1-2任一所述的激光三角法钢板优化测长装置的测长方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)在输送辊两侧均匀位置分别安装工业相机和激光器，通过测量钢板表面激光线判断板头、板尾位置；
步骤2)使用工控计算机采集工业相机图像，并通过识别钢板表面激光线得到板头位置信息，位置信息通过以太网发送给传动控制系统，由传动控制器控制输送辊道精确走位；
步骤3)采用激光三角测量原理测量钢板位移，根据投影变换公式计算钢板板头的端坐标Xw0；
步骤4)传动控制系统组成测长系统，测长系统以剪切线为原点、激光平面法线为Z轴、钢板前进方向为X轴建立坐标系，计算出钢板板头的当前坐标Xw，
步骤5)输送辊移动情况下，计算得出钢板的长度X＝Xw-Xw0。
4.根据权利要求3所述的激光三角法钢板优化测长装置，其特征在于，所述步骤1)中的钢板表面激光线为激光发射器和激光接收器分别布置在辊道两侧上方，激光发射器倾斜向板面发射激光线，激光接收器接收激光线，通过测量钢板表面激光线判断板头、板尾位置。
5.根据权利要求3所述的激光三角法钢板优化测长装置，其特征在于，所述步骤2)中的工控计算机与工业相机之间通过铺设耐高温网线来连接，接头形式RJ45，工控计算机给每台工业相机、激光器设一路供气，压缩空气压力0.1-0.3MPa，温度≤35℃，工控计算机给每台相机、激光器设一路供水、一路回水；进水压力0.1MPa，水流量0.1-0.3m3/h，水温≤35℃。
6.根据权利要求3所述的激光三角法钢板优化测长装置，其特征在于，所述步骤3)中的激光三角测量原理为激光发射器发出的激光线照射到钢板表面，钢板端部(Xw，Yw，Zw)，经钢板端部散射后进入工业相机并在工业相机成像平面成像点(u，v)，图像点坐标与钢板断面位移激光点位置存在一一对应的映射关系；
利用辊道坐标系和相机坐标系的坐标变换及相机坐标系到图像坐标系的投影变换可建立图像坐标与辊道坐标系之间的关系：
Figure FDA0003489333560000021
Figure FDA0003489333560000022
传动控制系统采集图像数据后，查找图像激光线端点(u，v)；根据投影变换公式计算钢板端坐标Xw0。
7.根据权利要求3所述的激光三角法钢板优化测长装置，其特征在于，所述步骤4)中的X轴建立坐标系分别标定每个工业相机投影变换参数，标定后，不论钢板表面激光线端部在哪个工业相机视野范围，均能计算出钢板端部当前坐标Xw。
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