CN118009879A - 一种基于多线阵ccd相机的钢丝绳中心定位系统 - Google Patents

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CN118009879A CN202410099440.0A CN202410099440A CN118009879A CN 118009879 A CN118009879 A CN 118009879A CN 202410099440 A CN202410099440 A CN 202410099440A CN 118009879 A CN118009879 A CN 118009879A
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Abstract

本发明属于钢丝绳中心定位技术领域，公开了一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，包括视觉模组和无损检测设备，沿钢丝绳运动方向，视觉模组位于无损检测设备之前；视觉模组包括微控制器、若干台线阵CCD相机、LED光源和模组壳体，模组壳体由两个同圆心的中空的圆筒组成，若干台线阵CCD相机均匀分布在两个圆筒之间，LED光源贴合内圆筒安装，钢丝绳从视觉模组的中心通过，LED光源的光照区域覆盖所述钢丝绳的周侧，微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至无损检测设备。本发明有效解决由于钢丝绳在移动过程中的振动或外部环境的干扰噪声造成提离值变化导致的MFL检测误差问题。

Description

一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统
技术领域
本发明属于钢丝绳中心定位技术领域，具体涉及一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统。
背景技术
目前，钢丝绳被广泛应用于桥梁、港口、起重机等重要的设施和机械中，因此，其安全状况受到密切的关注。磁通泄漏(Magnetic Flux Leakage，MFL)方法作为钢丝绳无损检测的代表，由于其对于钢丝绳缺陷检测的有效性，在许多工业应用中被广泛认可。而传统的MFL检测要求钢丝绳在检测设备的中心位置，即钢丝绳的表面到设备中各个位置传感器的提离值是相同的，但现实情况下，由于钢丝绳在移动过程中的振动以及外部环境的干扰噪声，导致钢丝绳的提离值发生变化，这严重削弱了MFL检测的准确性和可靠性。目前，针对提离值引起的检测信号失真问题，一些研究学者提出使用中值滤波、误差补偿等消除振动噪声的方法，这些方法虽然在一定程度上缓解了问题，但是实时获得钢丝绳的瞬时提离值则是更加可靠的解决方案。因此，对钢丝绳的中心进行实时准确定位，从而实时获得钢丝绳的提离值成为目前亟待解决的技术问题。
现有技术如申请号为CN201710780817.9的中国专利文献，公开了一种基于线阵CCD的实时空间位移测量系统，提出了由三个彼此光轴方向成一定夹角且在三个等间距位置上固定的由中心轴彼此相互垂直的柱面透镜和线阵CCD组成的一维图像获取单元构成的三维实时定位装置，置于被测点上的LED组，以及一体化数据采集处理装置组成的实时空间位移测量系统。但是该系统只是通过三个或四个线阵CCD对空间中的LED点光源进行定位，无法对一个动态的类圆柱体中心进行定位。
现有技术又如申请号为CN201911308933.6的中国专利文献，公开了一种基于四线阵CCD的多目标点区分及定位系统，提出了利用四个位置固定的一维图像获取单元、三个LED点光源组成的靶标和嵌入式系统组成的多目标点区分及定位系统。它能在不需要发射端和接收端同步曝光的情况下，区分并测量出三个同时发光的LED点光源，通过嵌入式系统计算出三个点光源在空间相对于接收端传感器的三维坐标位置。但是该系统同样只是通过三个或四个线阵CCD对空间中的LED点光源进行定位，无法对一个动态的类圆柱体中心进行定位。
现有技术又如申请号为CN202211005050.X的中国专利文献，公开了一种考虑提离值效应的钢丝绳断丝根数估计方法，提出了一种考虑提离值效应的钢丝绳断丝根数估计方法，通过采集钢丝绳表面漏磁信号，利用多维变分模态分解对漏磁信号去趋势处理；接着，采用小波变换的同步挤压变换得到其时频谱，再使用前后向加窗的贪婪算法提取股波时频脊线，得到对应的股波瞬时频率曲线；然后通过股波瞬时频率判断提离值大小并反演出断丝漏磁场分布；最后通过磁场径向分量估计钢丝绳的断丝根数。但该方法获取提离值的方式是先对漏磁信号去趋势处理，再转为漏磁图像，提取股波瞬时频率，采用非线性最小二乘法对关于位置关系的股波瞬时频率函数进行拟合，最终拟合出每个霍尔传感器对应的提离值。但是最小二乘法在对异常值敏感，如果漏磁数据中存在一些异常值，它们会对最小二乘法的结果产生很大的影响，可能导致估计不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，有效解决由于钢丝绳在移动过程中的振动或外部环境的干扰噪声造成提离值变化导致的MFL检测误差问题。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，所述基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统包括视觉模组和无损检测设备，沿钢丝绳运动方向，所述视觉模组位于所述无损检测设备之前；
所述视觉模组包括微控制器、若干台线阵CCD相机、LED光源和模组壳体，所述模组壳体由两个同圆心的中空的圆筒组成，若干台线阵CCD相机均匀分布在两个圆筒之间，所述LED光源贴合内圆筒安装，所述钢丝绳从所述视觉模组的中心通过，所述LED光源的光照区域覆盖所述钢丝绳的周侧，所述微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至所述无损检测设备。
以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
作为优选，所述LED光源位于两个圆筒之间且贴合内圆筒表面安装，所述内圆筒设有与所述LED光源位置对应的出光口，且所述内圆筒设有与所述线阵CCD相机位置对应的测量口。
作为优选，所述模组壳体的内圆筒的直径和线阵CCD相机的x轴测量宽度均大于钢丝绳震荡的最大范围。
作为优选，所述微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至所述无损检测设备，执行如下操作：
从线阵CCD相机拍摄的成像画面中提取钢丝绳的成像像素区域；
根据所提取的钢丝绳的成像像素区域分别计算钢丝绳中心与每一线阵CCD相机光轴的夹角；
根据钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角，建立每一线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程；
联立线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，得到钢丝绳中心的坐标；
基于钢丝绳中心的坐标，计算无损检测设备中每一霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值。
作为优选，所述根据所提取的钢丝绳的成像像素区域分别计算钢丝绳中心与每一线阵CCD相机光轴的夹角，执行如下操作：
取一台线阵CCD相机所在点为A点，若干台线阵CCD相机的光轴焦点中心为O点，且该线阵CCD相机所获取的钢丝绳的成像像素区域在成像平面上的投影点边界为A1和A2，线阵CCD相机的视场角为∠MAN，钢丝绳中心所在点为Q点，则钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角为∠QAO，计算∠QAO的过程如下：
式中，OA指线段OA的长度，OM指线段OM的长度，tan是正切函数，∠A2AO为点A2与线阵CCD相机的光轴AO的夹角，OA2指线段OA2的长度，∠OAA1为点A1与线阵CCD相机的光轴AO的夹角，OA1指线段OA1的长度，tan-1为反正切函数。
作为优选，所述根据钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角，建立每一线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，执行如下操作：
令钢丝绳中心的坐标为Q(x，y)，所有线阵CCD相机的光轴交于O点，取若干台线阵CCD相机中的一台线阵CCD相机的位置所在点为A点，以O点为原点，直线OA为x轴，且A点位于x轴的正半轴上建立直角坐标系，除A点位置的线阵CCD相机以外的线阵CCD相机所在位置均称为B点，取A点至O点的距离记为La，取每一R点至O点的距离记为Lb，则计算Q点至A点的直线方程如下：
ka＝-tan∠QAO
y＝ka·(x-La)
式中，ka为直线AQ的斜率，∠QAO为钢丝绳中心与A点所在线阵CCD相机光轴的夹角；
则分别计算Q点至每一B点的直线方程如下：
kb＝tan(∠QBO+θb)
y-Lbsinθb＝kb·(x-Lbcosθb)
式中，kb为直线BQ的斜率，∠QBO为钢丝绳中心与B点所在线阵CCD相机光轴的夹角，θb为∠AOB的角度。
作为优选，所述联立线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，得到钢丝绳中心的坐标，包括：
若直线方程有两个，则联立两个直线方程，求解得到钢丝绳中心的坐标；
若直线方程有两个以上，则两两联立直线方程，求解得到多组钢丝绳中心的坐标，取多组钢丝绳中心的坐标的平均值作为最终的钢丝绳中心的坐标。
作为优选，所述基于钢丝绳中心的坐标，计算无损检测设备中每一霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值，包括：
式中，hi表示第i个霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值，(Rsinαi，Rcosαi)为第i个霍尔传感器的坐标，R为钢丝绳震荡的最大范围，以霍尔传感器环形分布的环形中心为原点建立直角坐标系，αi为第i个霍尔传感器与直角坐标系的x轴正方向之间的夹角，(x，y)为钢丝绳中心的坐标，r为钢丝绳的半径。
本发明针对钢丝绳无损检测中由于钢丝绳振荡或外界噪声引起的提离值变化，严重影响MFL检测的准确性和可靠性的问题，提供了一种基于多个线阵相机的钢丝绳中心定位系统，该系统由两台(或大于两台)线阵相机组成，利用相机投影原理，计算钢丝绳中心与相机光轴的夹角，构建从相机到钢丝绳中心的直线方程，计算得到钢丝绳中心坐标，从而实时获取钢丝绳在各个传感器方向上的提离值。有效解决由于钢丝绳在移动过程中的振动或外部环境的干扰噪声造成提离值变化导致的MFL检测误差问题。
附图说明
图1为本发明的一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统的结构示意图；
图2为本发明设置两个线阵CCD相机和两个LED光源的视觉模组的结构示意图；
图3为本发明设置三个线阵CCD相机和三个LED光源的视觉模组的结构示意图；
图4为本发明计算提离值的流程图；
图5为本发明径向振动对提离值影响的示意图；
图6为本发明视觉模组横截面示意图；
图7为本发明理想状态下的一种钢丝绳中心的坐标计算示意图；
图8为本发明线阵CCD相机A的成像示意图；
图9为本发明理想状态下两个相同规格的线阵CCD相机的钢丝绳中心的坐标计算示意图；
图10为本发明理想状态下两个不同规格的线阵CCD相机的钢丝绳中心的坐标计算示意图；
图11为本发明理想状态下多个相同规格的线阵CCD相机的钢丝绳中心的坐标计算示意图。
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。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本发明。
本发明采用多个线阵相机对钢丝绳中心进行定位，得到钢丝绳横截面的中心坐标，结合霍尔传感器的安装角度得到每个霍尔传感器对应的提离值。如图1所示，本实施例的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统包括视觉模组和无损检测设备，沿钢丝绳运动方向，视觉模组位于无损检测设备之前。
线阵CCD相机对运动中的钢丝绳表面进行线阵连续扫描，以实时获取钢丝绳外表面图像像素，通过算法对线阵CCD相机获取的像素值进行处理运算，得到的钢丝绳中心位置计算提离值，将提离值传到无损检测设备中。视觉模组与钢丝绳无损检测设备紧密安装，以确保在钢丝绳快速运动时，提离值的传递过程中能够保持钢丝绳中心位置的稳定，保证提离值传递的实时性。
其中无损检测设备为钢丝绳MFL检测中常规的设备，本实施例不作限制。视觉模组包括微控制器、若干台线阵CCD相机、LED光源和模组壳体，模组壳体由两个同圆心的中空的圆筒组成，若干台线阵CCD相机均匀分布在两个圆筒之间，LED光源贴合内圆筒安装，钢丝绳从视觉模组的中心通过，LED光源的光照区域覆盖钢丝绳的周侧，微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至无损检测设备。
钢丝绳在不同工业场景下的运动速度不同，目前，市场上的钢丝绳无损检测设备能够检测钢丝绳在0-6m/s左右运动速度下的缺陷，TOF相机的帧率在100HZ左右，面阵相机的帧率最高也只在几百FPS，而线阵CCD相机可以提供高达50kHZ的行频。因此，本实施例选择使用线阵CCD相机作为视觉模组的传感器能够满足实时检测提离值的目的。
本实施例提供的视觉模组的结构设计确保了相机能够准确捕捉到围绕钢丝绳的图像，并提供高清晰度的画面。通过这种安装结构，不仅提高了测量的准确性和可靠性，而且使得整个系统更加紧凑和稳定，便于在实际应用中使用。
视觉模组中加入LED光源的目的是对钢丝绳外表面进行均匀打光，确保在光线不足的环境中，线阵CCD相机能够清晰捕捉到钢丝绳的图像，有效避免因光线不足导致的像素识别问题，确保精确识别钢丝绳成像区域。本实施例中不限定LED光源的形状和数量，例如LED光源采用环形，则设置一个LED光源也可以满足打光要求，例如LED光源采用非环形，则需要多个LED光源配合使用，保证钢丝绳周侧全部能够被照亮。LED光源位于两个圆筒之间且贴合内圆筒表面安装，内圆筒设有与LED光源位置对应的出光口，且内圆筒设有与线阵CCD相机位置对应的测量口。模组壳体的内圆筒的直径和线阵CCD相机的x轴测量宽度均大于钢丝绳震荡的最大范围。
如图2所示，以两个线阵CCD相机和两个LED光源为例，当采用两台线阵CCD相机(1，2)时，这两台线阵CCD相机以180度的夹角进行安装。为了确保最佳的照明效果，选用两个LED光源(4，5)，分别配置在两台线阵CCD相机的旁边，以提供充足且均匀的光线，确保钢丝绳的清晰成像。
如图3所示，以三个线阵CCD相机和三个LED光源为例，当采用三台线阵CCD相机(1，2，3)时，线阵CCD相机之间的安装夹角设定为120度。选用三个LED光源(4，5，6)，每个LED光源被安装在两台线阵CCD相机之间的中间位置，形成等分的120度夹角，确保光线均匀覆盖整个钢丝绳，避免任何照明死角。
如图4所示，本实施例微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至所述无损检测设备，执行如下操作：
步骤1、从线阵CCD相机拍摄的成像画面中提取钢丝绳的成像像素区域。
步骤2、根据所提取的钢丝绳的成像像素区域分别计算钢丝绳中心与每一线阵CCD相机光轴的夹角。
取一台线阵CCD相机所在点为A点(此处的A为泛指)，若干台线阵CCD相机的光轴焦点中心为O点，且该线阵CCD相机所获取的钢丝绳的成像像素区域在成像平面上的投影点边界为A1和A2，线阵CCD相机的视场角为∠MAN，钢丝绳中心所在点为Q点，则钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角为∠QAO，计算∠QAO的过程如下：
式中，OA指线段OA的长度，OM指线段OM的长度，tan是正切函数，∠A2AO为点A2与线阵CCD相机的光轴AO的夹角，OA2指线段OA2的长度，∠OAA1为点A1与线阵CCD相机的光轴AO的夹角，OA1指线段OA1的长度，tan-1为反正切函数。
步骤3、根据钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角，建立每一线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程。
令钢丝绳中心的坐标为Q(x，y)，所有线阵CCD相机的光轴交于O点，取若干台线阵CCD相机中的一台线阵CCD相机的位置所在点为A点(此处的A为泛指某一台线阵CCD相机所在位置)，以O点为原点，直线OA为x轴，且A点位于x轴的正半轴上建立直角坐标系，除A点位置的线阵CCD相机以外的线阵CCD相机所在位置均称为B点(此处的B为泛指某一台或某一部分线阵CCD相机所在位置)，取A点至O点的距离记为La，取每一B点至O点的距离记为Lb，则计算Q点至A点的直线方程如下：
ka＝-tan∠QAO
y＝ka·(x-La)
式中，ka为直线AQ的斜率，∠QAO为钢丝绳中心与A点所在线阵CCD相机光轴的夹角。
则分别计算Q点至每一B点的直线方程如下：
kb＝tan(∠QBO+θb)
y-Lbsinθb＝kb·(x-Lbcosθb)
式中，kb为直线BQ的斜率，∠QBO为钢丝绳中心与B点所在线阵CCD相机光轴的夹角，θb为∠AOB的角度。
步骤4、联立线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，得到钢丝绳中心的坐标。若直线方程有两个，则联立两个直线方程，求解得到钢丝绳中心的坐标；若直线方程有两个以上，则两两联立直线方程，求解得到多组钢丝绳中心的坐标，取多组钢丝绳中心的坐标的平均值作为最终的钢丝绳中心的坐标。
步骤5、基于钢丝绳中心的坐标，计算无损检测设备中每一霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值。
如图5所示，1st-16th为钢丝绳无损检测设备中的霍尔传感器，r为钢丝绳半径，R为钢丝绳检测设备中霍尔传感器的环形半径，即钢丝绳震荡的最大范围，Q为钢丝绳中心，hi为第i个霍尔传感器与钢丝绳外径之间的提离值。αi为第i个霍尔传感器中心与x轴正方向之间的夹角，该附图中的直角坐标系与其他附图中的直角坐标系为同一个直角坐标系。其中，已知量有r、R、αi、钢丝绳中心的坐标为Q(x，y)及第i个传感器的坐标(Rcosαi，Rsinαi)，未知量为hi。在获得钢丝绳横截面中心的坐标后，即可得到第i个传感器到钢丝绳表面的提离值hi：
其中，在钢丝绳中心的坐标计算过程中，首先建立如图6-7所示的理想状态下的模型。建模：在xOy直角坐标系中，O为(理想位置)钢丝绳横截面的中心，钢丝绳半径为r，钢丝绳震荡范围0～R，A和B(此处及以下A、B、C等符号特指对应图中所示位置)为两台相同规格的线阵CCD相机，A、B相机的光轴在y轴上重合，交于O点，到O点的距离均为L。
A点的坐标为(L，0)，B点的坐标为(-L，0)，A1和A2为相机A对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影点，B1和B2为相机B对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影点，Q(x，y)为移动后的钢丝绳横截面真实中心点位置。直线AQ的斜率k0＝tan(180°-∠QAO)＝--tan∠QAO，直线BQ的斜率k1＝tan∠QBO，联立两条直线方程可求出点Q的坐标，即钢丝绳横截面圆心的位置。
其中，∠QAO与∠QBO的求法如图8所示，以∠QAO的求解过程为例，∠QBO同理可得：
已知相机的视场角为∠MAN，Q点与A点所在线阵CCD相机(简称A相机)光轴的夹角为∠QAO，则有如下求解方式：
现实中，由于安装误差，A相机与B相机之间的连线不是严格垂直于y轴的，如图9所示，A、B相机的光轴依然交于O点，AO＝BO＝L，∠AOB＝θ(该角度在视觉模组结构设计完成后，通过标定得到)，B相机的成像平面为ef。Q(x，y)为钢丝绳横截面中心点。A1A2为A相机对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影，B1B2为B相机对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影。
A的坐标为(L，0)，B的坐标为(L cosθ，Lsinθ)，直线AQ的斜率k0＝tan(180°-∠QAO)＝--tan∠QAO，直线BQ的斜率k1＝tan(∠QBO+θ)，联立直线BQ和AQ方程组即求得Q(x，y)：
需要说明的是，本实施例中联立直线方程求解钢丝绳中心的坐标的技术不局限于相同规格的相机和相机个数。以下分别举例佐证说明。
(1)扩展到不同规格的相机
如图10所示，A、B相机为时不同规格的相机，A相机的光轴AO沿x轴负方向，成像平面在y轴上，A相机到光轴焦点中心O的距离为L0，B相机光轴BO与AO的夹角∠BOA＝θ，B相机成像平面为ef，它到光轴焦点中心O的距离为L1。Q(x，y)为钢丝绳横截面中心点。A1A2为A相机对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影，B1B2为B相机对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影。
A的坐标为(L0，0)，B的坐标为(L1cosθ，L1sinθ)，直线AQ的斜率k0＝tan(180°-∠QAO)＝--tan∠QAO，直线BQ的斜率k1＝tan(∠QBO+θ)，联立直线BQ和AQ方程组即求得Q(x，y)：
(2)扩展到多个相机
如图11所示，A、B、C、…为多台不同规格的相机，A相机的光轴AO沿着x轴负方向，它的成像平面在y轴上，它到光轴焦点中心O的距离为L0；B相机的光轴BO与AO的夹角∠BOA＝θ1，它的成像平面为ef，它到光轴焦点中心O的距离为L1；C相机的光轴CO与AO的夹角∠COA＝θ2，它的成像平面为gh，它到光轴焦点中心O的距离为L2；…。
Q(x，y)为钢丝绳横截面中心点。A1A2为相机A对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影，B1B2为相机B对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影，C1C2为相机C对钢丝绳拍摄时在成像平面的投影，…。
A(L0，0)，B(L1cosθ1，L1sinθ1)，C(L2cosθ2，L2sinθ2)，…，直线AQ的斜率k0＝tan(180°-∠QAO)＝--tan∠QAO，直线BQ的斜率k1＝tan(∠QBO+θ1)，直线CQ的斜率k2＝tan(∠QCO+θ2)，…，两两联立方程组即求得多组Q(x，y)，对其累加求平均得到最终的
直线方程组：
两两直线方程联立，得到多组圆心坐标：
对于第i条直线和第j条直线，联立后得到的方程组为：
式中，Li为第i条直线上的线阵CCD相机所在位置到坐标原点O点的距离，θi为第i条直线上的线阵CCD相机的光轴与AO的夹角，ki为第i条直线的斜率。
求解联立方程组，得到两直线的交点(xij，yij)。
然后，为了求所有交点的平均值，需要将所有交点的x坐标和y坐标分别相加，然后除以交点的总数。数学上，这可以表示为：
式中，m为交点的总数，为x轴坐标值的平均值，xi为第i个x轴坐标值，为y轴坐标值的平均值，yi为第i个y轴坐标值。
由于每条直线都与其他所有直线相交，因此总共有n(n-1)/2个交点，n为线阵CCD相机的个数。因此，最终得到的钢丝绳中心的坐标如下：
本发明利用多个线阵相机对钢丝绳中心进行精确定位，从而对现有钢丝绳无损检测领域中的提离值获取提供了一种新的思路。这种创新方法提高了检测的准确性和效率，具有重要的实用价值和推广意义。
从结构方案设计角度来看：线阵相机相较于面阵相机，不仅具备更高的拍摄频率，实现了对钢丝绳的实时扫描拍摄，而且由于钢丝绳的单向运动特性，在钢丝绳表面成像上避免了重复，确保了每个像素点的唯一性和准确性。这一优势确保了系统能够提供准确、实时的钢丝绳中心位置。本发明提出的结构方案根据实际应用场景，可推广到不同数量、不同规格的线阵相机。这种设计确保了相机能够准确捕捉到围绕钢丝绳的图像，并提供高清晰度的画面。通过这种安装结构，不仅提高了测量的准确性和可靠性，而且使得整个系统更加紧凑和稳定，便于在实际应用中使用。
从提离值计算设计角度来看：本发明提出了通过两台或多台线阵相机对钢丝绳表面成像，通过建模和计算，获取钢丝绳中心位置的算法，由于系统需要的已知量为相机拍摄到的钢丝绳线阵成像区域，包括成像位置和长度，并不需要对每个像素进行详细的分析，忽略钢丝绳表面细节，因此，钢丝绳表面缺陷对该算法影响较小。本发明提出的结构方案根据实际应用场景，可推广到不同数量、不同规格线阵相机。本发明提出的算法方案根据实际应用场景，可推广到不同数量、不同规格的线阵相机。
对于现有技术中使用的最小二乘法在对异常值敏感，如果漏磁数据中存在一些异常值，如钢丝绳表面或内部缺陷，它们会对最小二乘法的结果产生很大的影响，可能导致估计不准确。本发明与现有的的提离值获取方法对比，提出的提离值测量不需要非线性最小二乘法拟合，而是由相机成像画面中确定的像素值经过计算得到，提离值的精度更高。通过线阵相机以高行频对钢丝绳进行扫描，保证了提离值获取的实时性。本发明提出了通过两台或多台线阵相机对钢丝绳表面成像，通过建模和计算，获取钢丝绳中心位置的算法，由于系统需要的已知量为相机拍摄到的钢丝绳线阵成像区域，包括成像位置和长度，并不需要对每个像素进行详细的分析，忽略钢丝绳表面细节，因此，钢丝绳表面缺陷对该算法影响较小，内部缺陷对该算法无影响。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统包括视觉模组和无损检测设备，沿钢丝绳运动方向，所述视觉模组位于所述无损检测设备之前；
所述视觉模组包括微控制器、若干台线阵CCD相机、LED光源和模组壳体，所述模组壳体由两个同圆心的中空的圆筒组成，若干台线阵CCD相机均匀分布在两个圆筒之间，所述LED光源贴合内圆筒安装，所述钢丝绳从所述视觉模组的中心通过，所述LED光源的光照区域覆盖所述钢丝绳的周侧，所述微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至所述无损检测设备。
2.根据权利要求1所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述LED光源位于两个圆筒之间且贴合内圆筒表面安装，所述内圆筒设有与所述LED光源位置对应的出光口，且所述内圆筒设有与所述线阵CCD相机位置对应的测量口。
3.根据权利要求1所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述模组壳体的内圆筒的直径和线阵CCD相机的x轴测量宽度均大于钢丝绳震荡的最大范围。
4.根据权利要求1所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述微控制器接收若干台线阵CCD相机获取的像素值，并根据像素值得到提离值发送至所述无损检测设备，执行如下操作：
从线阵CCD相机拍摄的成像画面中提取钢丝绳的成像像素区域；
根据所提取的钢丝绳的成像像素区域分别计算钢丝绳中心与每一线阵CCD相机光轴的夹角；
根据钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角，建立每一线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程；
联立线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，得到钢丝绳中心的坐标；
基于钢丝绳中心的坐标，计算无损检测设备中每一霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值。
5.根据权利要求4所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述根据所提取的钢丝绳的成像像素区域分别计算钢丝绳中心与每一线阵CCD相机光轴的夹角，执行如下操作：
取一台线阵CCD相机所在点为A点，若干台线阵CCD相机的光轴焦点中心为O点，且该线阵CCD相机所获取的钢丝绳的成像像素区域在成像平面上的投影点边界为A1和A2，线阵CCD相机的视场角为∠MAN，钢丝绳中心所在点为Q点，则钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角为∠QAO，计算∠QAO的过程如下：
式中，OA指线段OA的长度，OM指线段OM的长度，tan是正切函数，∠A2AO为点A2与线阵CCD相机的光轴Ao的夹角，OA2指线段OA2的长度，∠OAA1为点A1与线阵CCD相机的光轴AO的夹角，OA1指线段OA1的长度，tan-1为反正切函数。
6.根据权利要求4所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述根据钢丝绳中心与线阵CCD相机光轴的夹角，建立每一线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，执行如下操作：
令钢丝绳中心的坐标为Q(x,y)，所有线阵CCD相机的光轴交于O点，取若干台线阵CCD相机中的一台线阵CCD相机的位置所在点为A点，以O点为原点，直线OA为x轴，且A点位于x轴的正半轴上建立直角坐标系，除A点位置的线阵CCD相机以外的线阵CCD相机所在位置均称为B点，取A点至O点的距离记为La，取每一B点至O点的距离记为Lb，则计算Q点至A点的直线方程如下：
ka＝-tan∠QAO
y＝ka·(x-La)
式中，ka为直线AQ的斜率，∠QAO为钢丝绳中心与A点所在线阵CCD相机光轴的夹角；
则分别计算Q点至每一B点的直线方程如下：
kb＝tan(∠QBO+θb)
y-Lbsinθb＝kb·(x-Lbcosθb)
式中，kb为直线BQ的斜率，∠QBO为钢丝绳中心与B点所在线阵CCD相机光轴的夹角，θb为∠AOB的角度。
7.根据权利要求4所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述联立线阵CCD相机到钢丝绳中心的直线方程，得到钢丝绳中心的坐标，包括：
若直线方程有两个，则联立两个直线方程，求解得到钢丝绳中心的坐标；
若直线方程有两个以上，则两两联立直线方程，求解得到多组钢丝绳中心的坐标，取多组钢丝绳中心的坐标的平均值作为最终的钢丝绳中心的坐标。
8.根据权利要求4所述的基于多线阵CCD相机的钢丝绳中心定位系统，其特征在于，所述基于钢丝绳中心的坐标，计算无损检测设备中每一霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值，包括：
式中，hi表示第i个霍尔传感器到钢丝绳表面的提离值，(Rsinαi,Rcosαi)为第i个霍尔传感器的坐标，R为钢丝绳震荡的最大范围，以霍尔传感器环形分布的环形中心为原点建立直角坐标系，αi为第i个霍尔传感器与直角坐标系的x轴正方向之间的夹角，(x,y)为钢丝绳中心的坐标，r为钢丝绳的半径。
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