CN114381596B - 位置检测与定位装置、方法及其系统和系统的定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种位置检测与定位装置、方法及其系统和系统的定位方法，属于自动化控制技术领域，用于检测轨道上目标物体的实时位置并将目标物体停在目标定位区域内，该位置检测与定位装置包括：摄像模块，被配置为获取目标区域的实时图像，其中，目标区域内配置目标定位区域以及位置固定的参照物，参照物沿着目标物体的移动方向设置在目标定位区域的前方；图像处理模块，被配置为接收并处理实时图像，处理后得到目标物体相对于参照物的实时位置，并将实时位置的信息发送给轨道的控制器，使控制器根据实时位置的信息控制轨道，以将目标物体停在目标定位区域内。该装置可应用于加热炉装钢过程的钢坯定位，解决传统定位技术存在的问题。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种位置检测与定位装置、方法及其系统和系统的定位方法。
背景技术
随着智能制造的兴起以及科技的发展，对工业检测技术的要求也越来越高，传统的智能制造检测设备的速度与精度已经无法满足需求。从目前来看，加热炉炉前定位系统普遍基于传统的检测技术，通过测距仪、金属冷检以及编码器来实现对辊道上的钢坯位置检测以及定位，这种方式要求检测设备安装位置严格，稍有偏差即会出现钢坯定位不准的问题，并且各检测设备需要靠近高温区域，导致设备寿命短，不能满足钢坯在装钢区域任意位置的定位系统的移植性，适应性比较差。同时，由于惯性原因，钢坯在辊道上可能出现打滑现象，传统的检测设备很难消除因钢坯在辊道上打滑造成的误差。此外，传统的检测技术需要安装大量检测设备，也会导致系统故障率上升。
发明内容
发明目的：本发明提供一种位置检测与定位装置，旨在替代传统的检测设备，提供一种适应性更广的位置检测和定位的方式；本发明提供一种位置检测与定位方法，旨在替代传统的检测方法，提供一种适应性更广的位置检测和定位的方法；本发明还提供一种位置检测与定位系统，旨在解决传统定位技术需要大量设备实现钢坯定位，导致系统故障率较高的技术问题；本发明还提供一种适用于上述位置检测与定位系统的定位方法。
技术方案：本发明所述的一种位置检测与定位装置，用于检测轨道上目标物体的实时位置并将所述目标物体停在目标定位区域内，包括：
摄像模块，所述摄像模块被配置为获取目标区域的实时图像，其中，所述目标区域内配置所述目标定位区域以及位置固定的参照物，所述参照物沿着所述目标物体的移动方向设置在所述目标定位区域的前方；
图像处理模块，所述图像处理模块被配置为接收并处理所述实时图像，处理后得到所述目标物体相对于所述参照物的实时位置，并将所述实时位置的信息发送给所述轨道的控制器，使所述控制器根据所述实时位置的信息控制所述轨道，以将所述目标物体停在所述目标定位区域内。
在一些实施例中，该位置检测与定位装置包括测距仪，所述测距仪的测量方向垂直于所述目标物体的移动方向，指向所述目标定位区域的边缘。
在一些实施例中，所述图像处理模块处理所述实时图像包括：
获取目标物体在实时图像中的像素坐标；
利用所述实时图像中的像素坐标和目标区域的实际空间坐标的标定关系，得到所述目标物体与所述参照物的实时距离。
在一些实施例中，所述图像处理模块处理所述实时图像还包括：
在获取所述目标物体在实时图像中的像素坐标之前，对实时图像进行场景和目标物体分割以及去噪化；其中，所述场景和目标物体分割包括：在所述实时图像中截取画面，所述目标物体在截取的所述画面中，将所述画面进行前景和背景分离，其中前景为所述目标物体的画面。
本发明所述的一种位置检测与定位方法，用于检测轨道上目标物体的实时位置，并将所述目标物体停在目标定位区域内，包括如下步骤：
获取所述目标区域的实时图像，所述目标定位区域在所述目标区域内；
处理所述实时图像，得到所述目标区域内所述目标物体相对于参照物的实时位置；所述参照物固定设置在所述目标区域内，且沿着所述目标物体的移动方向设置在所述目标定位区域的前方；
根据所述实时位置的信息，控制所述轨道，以将所述目标物体停在所述目标定位区域内。
在一些实施例中，该位置检测与定位方法还包括通过感知目标定位区域的边缘是否有所述目标物体，判断所述目标物体是否停在目标定位区域内的步骤。
在一些实施例中，处理所述实时图像的步骤包括：
获取所述目标物体在所述实时图像中的像素坐标；
利用所述实时图像中的像素坐标和所述目标区域的实际空间坐标的标定关系，得到所述目标物体与所述参照物的实时距离。
在一些实施例中，处理所述实时图像的步骤还包括：
在获取所述目标物体在所述实时图像中的像素坐标的步骤之前，对所述实时图像进行场景和目标物体分割以及去噪化；其中，所述场景和目标物体分割包括：在所述实时图像中截取画面，所述目标物体在截取的所述画面中，将所述画面进行前景和背景分离，其中前景为所述目标物体的画面。
本发明所述的一种位置检测与定位系统，包括上述的位置检测与定位装置和轨道；
所述轨道为加热炉的炉前辊道，所述目标物体为钢坯，所述目标定位区域为装钢区域，所述装钢区域形成于所述炉前辊道上，所述装钢区域的边缘与所述加热炉的炉门的边缘对齐。
在一些实施例中，所述摄像模块安装在所述炉前辊道的一侧，所述参照物和所述装钢区域均位于所述摄像模块的视野内。
在一些实施例中，所述摄像模块的视野、所述炉门以及所述装钢区域均关于平面对称，所述平面为垂直于所述钢坯的移动方向的同一个平面。
在一些实施例中，所述位置检测与定位装置包括测距仪，所述测距仪设置在所述炉前辊道的一侧，其测量方向垂直于所述钢坯的移动的方向，指向所述装钢区域的边缘。
在一些实施例中，所述参照物为设置在所述炉前辊道末端的挡位。
对应于上述位置检测与定位系统，本发明所述的定位方法所采用的技术方案包括如下步骤：
根据所述钢坯的长度，确定所述钢坯完全停在所述装钢区域内时，所述钢坯的头部与所述参照物之间的定位目标距离；
将所述钢坯的头部与所述参照物之间的实时距离与所述定位目标距离对比计算，得到所述钢坯需要移动的方向和移动的距离；
通过控制所述炉前辊道，将所述钢坯停在所述装钢区域内。
在一些实施例中，当所述实时距离大于所述定位目标距离时，通过控制所述炉前辊道降速，使所述实时距离等于所述定位目标距离，实现将所述钢坯停在所述装钢区域内；
当所述实时距离小于所述定位目标距离时，先控制所述炉前辊道反转，然后通过控制所述炉前辊道降速，使所述实时距离等于所述定位目标距离，实现将所述钢坯停在所述装钢区域内。
在一些实施例中，还包括：在将所述钢坯停在所述装钢区域内之后，通过测距仪判断所述钢坯是否完全停在所述装钢区域内的步骤。
在一些实施例中，所述炉前辊道降速分两次进行，使所述钢坯先以初始速度v恒速运行位移S1，将速度降至v0，v0在0.2-0.5m/s之间选取，以v0恒速运行位移S3，后降速至停止；其中，v0恒速运行阶段位移S3与v恒速运行阶段S1根据生产情况选取，减速过程加速度在0.1-0.3m/s2之间选取，计算出第一次减速所需位移S2以及第二次减速所需位移S4，使S1+S2+S3+S4等于所述钢坯需要移动的距离。
有益效果：与现有技术相比，本发明的位置检测与定位装置通过在轨道一侧设置摄像模块，获取包含目标定位区域的目标区域的实时图像，并在目标区域内、目标定位区域前方设置固定的参照物，利用图像处理模块接收并处理摄像模块获取的实时图像，得到轨道上目标物体相对于参照物的实时位置，并将实时位置的信息发送给轨道的控制器，使控制器根据信息控制轨道，将目标物体停在目标定位区域内。该装置通过机器视觉实现目标物体的位置检测与定位，采用的设备更少，适应性更广。
本发明的位置检测与定位方法通过获取包含了目标定位区域的目标区域的实时图像，通过处理实时图像，得到轨道上目标物体相对于参照物的实时位置，并根据实时位置的信息控制轨道，将目标物体停在目标定位区域内。该方法通过机器视觉实现目标物体的位置检测与定位，适应性更广。
本发明的位置检测与定位系统通过设置上述位置检测与定位装置，利用机器视觉实现对钢坯的精确定位，为顺利装钢提供保障。该位置检测与定位系统减少了设备的数量，从而降低设备的故障率以及维护成本；利用机器视觉解决了传统技术因设备安装位置偏差、辊道磨损打滑、传感器无法覆盖整个检测区域所导致的定位不准的问题；此外，该位置检测与定位系统采用较少的设备以及较低的安装位置要求，也提升了整个系统的可移植性以及适应性。
本发明的位置检测与定位系统的定位方法，能够完成对任意钢种在装钢区域任意位置的定位，保障加热炉装钢的顺利进行。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1为本发明实施例提供的位置检测与定位装置使用状态的示意图；
图2为本发明实施例提供的位置检测与定位方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的位置检测与定位系统应用于加热炉入炉钢坯定位的使用状态的示意图；
图4为本发明实施例提供的位置检测与定位系统的定位方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的位置检测与定位系统的定位方法中炉前辊道的降速策略示意图；
图6为图5中炉前辊道的降速曲线示意图；
附图标记：1-目标区域；2-目标定位区域；3-轨道；4-目标物体；5-摄像模块；6-参照物；7-图像处理模块；8-控制器；9-测距仪；10-炉前辊道；11-钢坯；12-装钢机；13-炉门。
具体实施方式
下面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、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前方”、“后方”等指示的方位或位置关系基于轨道3上目标物体4的移动方向确定，在轨道3未受到本发明的位置检测与定位装置的控制器8的控制前，目标物体4的移动方向为“前方”，相对的，目标物体4的移动方向的反方向为“后方”；除非另有明确的规定和限定，本发明的描述中，第一特征在第二特征的“一侧”可以包括第一特征非接触的设置在第二特征旁边，也可以包括第一特征和第二特征接触，连接在第二特征的一个表面；此外，在本发明的描述中，术语“边缘”指特征在目标物体4移动方向的前、后两端的边界，一个特征的“边缘”不被包含于该特征之“内”，两个特征的“边缘对齐”是指两个特征的边界位于垂直于目标物体4移动方向的相同平面内。
如图1所示，本发明实施例提供了一种位置检测与定位装置，该位置检测与定位装置用于检测轨道3上目标物体4的实时位置，并将目标物体4停在目标定位区域1内，其中，目标定位区域1形成于轨道3上，可以是在轨道3上人为任意划定的区域，也可以是为满足工序要求有目的的划定的区域。
可以理解的是，该位置检测与定位装置本身并不包括轨道3，也不包括轨道3上移动的目标物体4，当然，也不包括目标定位区域1。而是由包括摄像模块5、图像处理模块7在内的多个部件组成的系统，该系统在现场组装后，能够用于检测轨道3上目标物体4的实时位置，并将目标物体4停在目标定位区域1内。
具体的，摄像模块5设置在轨道3的一侧，其被配置为获取目标区域2的实时图像，一般地，摄像模块5可采用本领域已知的视觉定位相机/工业相机即可。摄像模块5的安装位置根据其自身的视野大小和目标区域2确定，需要其视野和目标区域2重叠。
请再次参阅图1所示，目标区域2的范围划定则首先需要将目标定位区域1包含于其内部，也就是说，沿着目标物体4的移动方向，目标区域2的前后边缘的跨度较目标定位区域1的前后边缘的跨度更大，目的是为了使轨道3上的目标物体4在进入目标定位区域1之前就能够被摄像模块5捕捉到，从而快速的将目标物体4停在目标定位区域1内。
此外，要求参照物6也固定设置在目标区域2内，并且沿着目标物体4的移动方向，参照物6需设置在目标定位区域1的前方。设置参照物6目的是在检测目标物体4的实时位置时，将其作为参照基准，因此参照物6必须固定不动。一般地，可将其安装在轨道3上固定，当然，在一些实施例中，也可以将其安装在轨道3附近，和轨道3不接触，在目标物体4的移动方向上与目标物体4对齐即可。
可以理解的是，由于参照物6的选择是多种多样的，本发明实施例中的位置检测与定位装置在制造、销售时可以不包含参照物6，而是利用使用场景中原有的固定物作为参照物6。当然，在一些实施例中，在制造、销售时，也可以将参照物6包含于其中。
图像处理模块7可设置在视觉算法服务器中，与摄像模块5通信，具体可采用光或电、有线或者无线通信的通信方式，例如采用光纤将摄像模块5采集的实时图像，传输给视觉算法服务器，然后被图像处理模块7获取。图像处理模块7获取到图像数据后，通过处理后，可得到目标物体4相对于参照物6的实时位置。其中，算法可以采用本领域已知的视觉算法，也可以采用本发明实施例中提供的方法，本领域技术人员可根据实际需要选择。
在一些实施例中，图像处理模块7处理实时图像的步骤包括：
1)对图像进行场景和钢坯分割、图像质量去噪化；
2)获取到目标物体在图像中的像素坐标；
3)利用图像的像素坐标和目标区域的实际空间坐标的标定关系，计算得到目标物体与参照物的实时距离。
其中，对图像进行场景和钢坯分割包括：在实时图像中截取画面，将目标物体4完整的截取在画面中，从而减少文件大小，使数据的处理和传输的速度更快。然后对画面进行前景和背景分离，其中前景为目标物体4的画面，背景为目标区域2中的轨道以及其他场景物。其中，前景和背景分离的方法可采用本领域已知的方法进行，也可以利用深度学习和人工智能提高准确性。
其中，上述标定关系可采用本领域已知的方法进行标定，也可以把画面中的目标物体4中心点为原点作X0Y轴，在X轴位置拉一条横跨画面的标定带，标定带上是长度相等红白相间的格子，画面中目标物体长度不能用像素读取，因为在画面中标定带上红白格子疏密程度是不同，所以要用非线性的关系。我们可以把画面中X轴长度分为多个相等长度部分，再根据每个部分红白格子的个数得到每个部分的长度换算关系，再把这个关系映射到目标物体。以及利用模型计算判断出目标物体4的前后端面(即附图中目标物体4的左右端面)，利用左右端面可以计算出目标物体4的长度或端面到某处的距离。
控制器8与图像处理模块7通信，具体可采用光或电、有线或者无线通信的通信方式，控制器8被配置为接收目标物体4相对于参照物6的实时位置的信息，并根据实时位置的信息控制轨道3，以将目标物体4停在目标定位区域1内。一般地，控制器8可采用轨道3原有的PLC控制器，在PLC控制器上录入根据位置信息控制轨道3降速、停止或者换向所需要的控制指令即可，具体的控制方法可采用本领域已知的控制轨道的方法。
可以理解的是，因为控制器8可以选择轨道3原有的控制器，在制造、销售本发明实施例中的位置检测与定位装置时，可以不包含控制器8。当然，在一些实施例中，在制造、销售时，也可以将控制器8包含于其中。
进一步地，在一些实施例中，该位置检测与定位装置还包括测距仪9，该测距仪9设置在轨道3的一侧，其测量方向垂直于目标物体4的移动方向，指向目标定位区域1的边缘。其中，测距仪9即长尺测距仪，是本领域已知的光学测距设备，通过测距仪9能够感知目标定位区域1的边缘是否有目标物体4，若测距仪9的测量数值变小，说明其测量方向有目标物体4阻挡，则说明目标物体4未完全进入目标定位区域1内。
如图2所示，本发明实施例还提供一种位置检测与定位方法，用于检测轨道3上目标物体4的实时位置，并将目标物体4停在目标定位区域1内。其中，目标定位区域1形成于轨道3上，可以是在轨道3上人为任意划定的区域，也可以是为满足工序要求有目的的划定的区域。
具体的，该方法包括如下步骤：
S1：获取目标区域2的实时图像，目标定位区域1在目标区域2内部；
S2：处理实时图像，得到目标区域2内目标物体4相对于参照物6的实时位置；其中，参照物6固定设置在目标区域2内，且沿着目标物体4的移动方向，参照物6设置在目标定位区域1的前方；
S3：根据实时位置的信息，控制轨道3，以将目标物体4停在目标定位区域1内。
其中，还包括通过感知目标定位区域1的边缘是否有目标物体4，判断目标物体4是否停在目标定位区域1内的步骤。
其中，处理实时图像的步骤包括：
1)对图像进行场景和钢坯分割、图像质量去噪化；
2)获取到目标物体在图像中的像素坐标；
3)利用图像的像素坐标和目标区域的实际空间坐标的标定关系，计算目标物体与参照物的实时距离。
其中，对图像进行场景和钢坯分割包括：在实时图像中截取画面，将目标物体4完整的截取在画面中，从而减少文件大小，使数据的处理和传输的速度更快。然后对画面进行前景和背景分离，其中前景为目标物体4画面，背景为目标区域2中的轨道以及其他场景物。其中，前景和背景分离的方法可采用本领域已知的方法进行，也可以利用深度学习和人工智能提高准确性。
其中，上述标定关系可采用本领域已知的方法进行标定，也可以把画面中的目标物体4中心点为原点作X0Y轴，在X轴位置拉一条横跨画面的标定带，标定带上是长度相等红白相间的格子，画面中目标物体长度不能用像素读取，因为在画面中标定带上红白格子疏密程度是不同，所以要用非线性的关系。我们可以把画面中X轴长度分为多个相等长度部分，再根据每个部分红白格子的个数得到每个部分的长度换算关系，再把这个关系映射到目标物体。以及利用模型计算判断出目标物体4的前后端面(即附图中目标物体4的左右端面)，利用左右端面可以计算出目标物体4的长度或端面到某处的距离。
可以理解的是，该方法可以采用本发明提供的位置检测与定位装置执行，也可以采用本领域已知的其他机器视觉定位系统执行，本领域技术人员可以根据需要进行选择。
可以理解的是，当采用本发明提供的位置检测与定位装置执行该方法时，其对装置的要求与本发明实施例中提供的位置检测与定位装置的说明一致，再次不再赘述。
如图3所示，本发明实施例中还提供一种位置检测与定位系统，用于将加热炉的炉前辊道10上的钢坯11停在装钢区域内，该装钢区域形成于炉前辊道10上，装钢区域的边缘与加热炉的炉门13的边缘对齐。需要说明的是，该位置检测与定位系统本身不包括加热炉以及炉前辊道10上的钢坯11，这些设备属于加热炉原有设备，本发明实施例将这些设备一并进行描述，目的是为了对该位置检测与定位系统进行更清楚的说明。
该位置检测与定位系统所针对的钢坯11的类型不限，可以是矩形钢坯，也可以是H型坯料。
该位置检测与定位系统包括上述的位置检测与定位装置，还包括炉前辊道10。该位置检测与定位装置检测加热炉的炉前辊道10上钢坯11的实时位置，并将钢坯11停在装钢区域内。
具体的，摄像模块5设置在炉前辊道10的一侧，参照物6和装钢区域均位于摄像模块5的视野内。在一些实施例中，摄像模块5的视野、炉门13以及装钢区域均关于平面对称，该平面为垂直于钢坯11的移动方向的同一个平面。请再次参阅图3所示，摄像模块5的视野中线与炉门13的中线重叠，摄像模块5可以安装在加热炉中轴线上、装钢机12远离炉前辊道10的一侧、正对炉门13，保证目标区域2尽量的与炉门13平行，减少实时图像中钢坯11的畸变。
目标定位区域1为钢坯11的装钢区域，形成于炉前辊道10上，装钢区域的边缘与加热炉的炉门13的边缘对齐。
参照物6固定安装在炉前辊道10的末端，可直接采用炉前辊道10末端用于挡钢的挡位。当然，在一些实施例中，也可以单独设置将其安装在轨道3附近，和轨道3不接触，在目标物体4的移动方向上与目标物体4对齐即可。
控制器8可采用炉前辊道10原本的PLC控制系统，在PLC上录入根据位置信息控制炉前辊道10降速、停止或者换向所需要的控制指令即可，具体的控制方法可采用本领域已知的控制轨道的方法。
装钢机12为加热炉设置在炉前辊道10的一侧，用于将停在装钢区域内的钢坯11送入加热炉。
进一步地，在一些实施例中，位置检测与定位装置还包括测距仪9，该测距仪9设置在炉前辊道10的一侧，其测量方向垂直于钢坯11的移动方向，指向装钢区域的边缘。其中，测距仪9即本领域已知的光学测距设备，通过测距仪9能够感知目标定位区域1的边缘是否有钢坯11，若测距仪9的测量数值变小，说明其测量方向有钢坯11阻挡，则说明钢坯11未完全进入目标定位区域1内。
如图4所示，对应于上述位置检测与定位系统，本发明实施例还提供一种定位方法，包括如下步骤：
根据钢坯11的长度，确定钢坯11在装钢区域内定位时，钢坯11的头部与参照物6之间的定位目标距离Ssp；
将钢坯11的头部与参照物6之间的实时距离S与定位目标距离Ssp对比计算，得到钢坯11需要移动的方向和移动的距离；
通过控制炉前辊道10，将钢坯11停在装钢区域内。
在一些实施例中，钢坯11的长度可通过位置检测与定位装置通过视觉算法计算确定，也可以根据钢坯11的二级管理系统得到。确定钢坯11的长度后，可计算出钢坯11的头部与参照物6之间的定位目标距离Ssp。在一些实施例中，还可以将每种钢坯的定位目标距离Ssp录入至加热炉的二级系统内，通过二级系统发送数据，一级系统可以接收到钢坯的定位信息，可实现定位的全自动。
在一些实施例中，PLC接收到钢坯11的头部距参照物6的实时距离S后，通过对比计算：
当Ssp小于S时，辊道带动钢坯正转，通过控制炉前辊道10降速，使Ssp等于S，此时定位完成，辊道停止转动，实现将钢坯11停在装钢区域内；
当Ssp大于S时，辊道先带动钢坯反转，通过控制炉前辊道10降速，使Ssp等于S，此时定位完成，辊道停止转动，实现将钢坯11停在装钢区域内。
在一些实施例中，对于炉前辊道10的降速过程，可以根据得到的钢坯11需要移动的距离Ssp-S，设置炉前辊道10上钢坯11移动的速度，设置的原理如下：
请一并结合图5和图6，初始速度计算公式：
v：炉前辊道10的初始速度，单位为m/s。
n：辊道电机的额定转速，单位r/min。
π：圆周率，3.1415926。
D：炉前辊道10所用辊子的直径，单位m。
i：转速比也叫减速比，辊道电机与炉前辊道10之间存在减速机，减速机的减速比。
根据物理学中速度与位移的公式可知：
v：炉前辊道10的初始速度，单位为m/s。
v0:为目标速度，一般在0.2～0.5之间选取，单位为m/s。
a:为加速度，一般在0.1～0.3之间选取，单位m/s2。
S:当前速度到达目标速度所需位移，单位m。
可将钢坯11需要移动的距离Ssp-S分割为如图5所示的几部分：
综合加热炉生产节奏以及变频器性能，一般分两次进行减速，如果降速次数越多炉前定位用时就越长，两次降速就能满足功能。
首先，可以根据选取的加速度a，通过公式计算出第一次减速所需位移S2以及第二次减速所需位移S4，v0恒速运行阶段位移S3与v恒速运行阶段S1可根据现场情况选取，考虑到生产节奏的问题，S1应尽可能大，而S3尽可能小，同时保证S1～S4总和等于Ssp-S，从而，可得到如图6所示的减速曲线。
根据算出的实时速度，经过公式换算得到辊道电机变频器实时频率，进而控制钢坯11的减速完成对钢坯11的精准定位。公式如下：
f：换算得到的实时频率，单位Hz。
i：转速比也叫减速比，电机与炉前辊道10之间存在减速机，减速机的减速比。
v′：钢坯11的实时速度，单位m/s。
fe：辊道电机的额定频率，一般为50Hz。
π：圆周率，3.1415926。
D：炉前辊道10所用辊子的直径，单位m。
Ne：电机的额定转速，单位r/min。
在一些实施例中，在将钢坯11停在装钢区域内之后，为保证装钢的安全，可通过测距仪9判断钢坯11是否完全停在装钢区域内，当测距仪9检测到有钢坯11时装钢机12禁止装钢，PLC发出报警信号。
请再次参阅图4所示，钢坯11在进行定位时，有的钢坯11存在栽头的情况，也即钢坯11可能会卡在炉前辊道10的缝隙处，造成即使炉前辊道10运行钢坯11也不动的情况，所以，在一些实施例中，为钢坯11的定位时间设定一阈值范围，钢坯11定位所用的时间应该在这个阈值范围内，当定位用时超过这个范围，可判断定位异常并发出报警信息，当出现定位异常时需人工干预处理异常。
以上对本发明实施例所提供的一种位置检测与定位装置、方法及其系统和系统的定位方法进行了详细介绍，其中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种位置检测与定位系统，其特征在于，包括位置检测与定位装置和轨道(3)，所述位置检测与定位装置用于检测所述轨道(3)上目标物体(4)的实时位置并将所述目标物体(4)停在目标定位区域(1)内，所述位置检测与定位装置包括：
摄像模块(5)，所述摄像模块(5)被配置为获取目标区域(2)的实时图像，其中，所述目标区域(2)内配置所述目标定位区域(1)以及位置固定的参照物(6)，所述参照物(6)沿着所述目标物体(4)的移动方向设置在所述目标定位区域(1)的前方；
图像处理模块(7)，所述图像处理模块(7)被配置为接收并处理所述实时图像，处理后得到所述目标物体(4)相对于所述参照物(6)的实时位置，并将所述实时位置的信息发送给所述轨道(3)的控制器(8)，使所述控制器(8)根据所述实时位置的信息控制所述轨道(3)，以将所述目标物体(4)停在所述目标定位区域(1)内；
其中，所述轨道(3)为加热炉的炉前辊道(10)，所述目标物体(4)为钢坯(11)，所述目标定位区域(1)为装钢区域，所述装钢区域形成于所述炉前辊道(10)上，所述装钢区域的边缘与所述加热炉的炉门(13)的边缘对齐；所述摄像模块(5)安装在所述炉前辊道(10)的一侧，所述参照物(6)和所述装钢区域均位于所述摄像模块(5)的视野内；所述摄像模块(5)的视野、所述炉门(13)以及所述装钢区域均关于平面对称，所述平面为垂直于所述钢坯(11)的移动方向的同一个平面；
所述位置检测与定位装置还包括测距仪(9)，所述测距仪(9)设置在所述炉前辊道(10)的一侧，所述测距仪(9)的测量方向垂直于所述钢坯(11)的移动的方向，指向所述装钢区域的边缘，所述测距仪(9)用于判断所述钢坯(11)是否完全停在所述装钢区域内；
所述位置检测与定位系统通过控制所述炉前辊道(10)的辊道电机变频器实时频率，进而控制所述钢坯(11)减速，以完成对所述钢坯(11)的定位，其中，控制所述炉前辊道(10)的辊道电机变频器实时频率采用的公式如下：
f：换算得到的实时频率，单位Hz；
i：辊道电机与所述炉前辊道(10)之间的减速机的减速比；
v′：所述钢坯(11)的实时速度，单位m/s；
fe：辊道电机的额定频率；
π：圆周率；
D：所述炉前辊道(10)的辊子的直径，单位m；
Ne：辊道电机的额定转速，单位r/min。
2.根据权利要求1所述的位置检测与定位系统，其特征在于，所述图像处理模块(7)处理所述实时图像包括：
获取目标物体在实时图像中的像素坐标；
利用所述实时图像中的像素坐标和目标区域的实际空间坐标的标定关系，得到所述目标物体(4)与所述参照物(6)的实时距离。
3.根据权利要求2所述的位置检测与定位系统，其特征在于，所述图像处理模块(7)处理所述实时图像还包括：
在获取所述目标物体(4)在实时图像中的像素坐标之前，对实时图像进行场景和目标物体分割以及去噪化；其中，所述场景和目标物体分割包括：在所述实时图像中截取画面，所述目标物体(4)在截取的所述画面中，将所述画面进行前景的背景分离，其中前景为所述目标物体(4)的画面。
4.一种权利要求1-3任一项所述的位置检测与定位系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据所述钢坯(11)的长度，确定所述钢坯(11)完全停在所述装钢区域内时，所述钢坯(11)的头部与所述参照物(6)之间的定位目标距离；
将所述钢坯(11)的头部与所述参照物(6)之间的实时距离与所述定位目标距离对比计算，得到所述钢坯(11)需要移动的方向和移动的距离；
通过控制所述炉前辊道(10)，将所述钢坯(11)停在所述装钢区域内。
5.根据权利要求4所述的位置检测与定位系统的定位方法，其特征在于，当所述实时距离大于所述定位目标距离时，通过控制所述炉前辊道(10)降速，使所述实时距离等于所述定位目标距离，实现将所述钢坯(11)停在所述装钢区域内；
当所述实时距离小于所述定位目标距离时，先控制所述炉前辊道(10)反转，然后通过控制所述炉前辊道(10)降速，使所述实时距离等于所述定位目标距离，实现将所述钢坯(11)停在所述装钢区域内。
6.根据权利要求4所述的位置检测与定位系统的定位方法，其特征在于，还包括:在将所述钢坯(11)停在所述装钢区域内之后，通过测距仪(9)判断所述钢坯(11)是否完全停在所述装钢区域内的步骤。
7.根据权利要求5所述的位置检测与定位系统的定位方法，其特征在于，所述炉前辊道(10)降速分两次进行，使所述钢坯(11)先以初始速度v恒速运行位移S1，将速度降至v0，v0在0.2-0.5m/s之间选取，以v0恒速运行位移S3，后降速至停止；其中，v0恒速运行阶段位移S3与v恒速运行阶段S1根据生产情况选取，减速过程加速度在0.1-0.3m/s2之间选取，计算出第一次减速所需位移S2以及第二次减速所需位移S4，使S1+S2+S3+S4等于所述钢坯需要移动的距离。
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