CN208313849U - 基于机器视觉的钢板表面图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于机器视觉的钢板表面图像采集装置。该装置包括：带钢传动机组、机器视觉检测单元和处理器，所述处理器和所述带钢传动机组、机器视觉检测单元电路连接，所述带钢传动机组和所述机器视觉检测单元机械连接，所述机器视觉检测单元采集钢板表面的图像，将采集的钢板表面的图像传输给处理器，所述处理器将接收到的钢板表面的图像进行存储。本实用新型提供的基于机器视觉的钢板表面图像采集装置通过在钢板的上方设置机器视觉检测单元，可以有效地采集钢板的图像，从而分析出钢板表面的缺陷。通过在机器视觉检测单元中设置LED光源，可以进一步提高钢板的表面缺陷成像质量，尤其是一些低对比度缺陷的成像效果。

Description

基于机器视觉的钢板表面图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及钢板表面检测技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的钢板表面图像采集装置。

背景技术

钢板表面检测技术主要经历了人工经验检测法、基于电磁感应及超声的无损检测技术和基于机器视觉的检测技术三个阶段。前两类检测技术在生产实践中已暴露出大量无法克服的缺点，如人工劳动强度大、造成大量漏检、无法适应高速机组、检测精度不高、检测缺陷种类单一、高温下稳定性差等。自20世纪90年代以来，随着机器视觉技术、大规模集成电路技术、数字信号处理技术、计算机模式识别理论及人工智能理论等相关领域的理论探索和应用研究日臻完善和实用化。

自20世纪50年代以来，钢板表面自动化检测技术的研究开发与系统应用在不断发展和更新，根据国内外文献研究及广泛调研，对60多年以来钢板表面主要检测技术的发展时期、主要应用阶段及其主要技术特点进行总结，如下表所示。

机器视觉的检测技术广泛应用于半导体电子制造、食品医药、印刷、化工建材、设备与制造、汽车、包装和交通等行业，其图像处理和模式识别的算法和软件具有一定的可移植性和借鉴性，但针对特定的检测对象获取图像的方法却各不相同，尤其是钢板生产线上工业检测条件苛刻，周围环境恶劣、干扰因素众多，因此对钢板表面光线如何反射，如何最佳成像以及如何实现成像系统等关键问题的研究更加迫切。

因此，开发一种有效的基于机器视觉的基于机器视觉的钢板表面图像采集装置是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供了一种基于机器视觉的钢板表面图像采集装置，以实现有效地采集钢板表面的图像。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。

本实用新型提供了如下方案：

一种基于机器视觉的钢板表面图像采集装置，包括：带钢传动机组、机器视觉检测单元和处理器，所述处理器和所述带钢传动机组、机器视觉检测单元电路连接，所述带钢传动机组和所述机器视觉检测单元机械连接，所述机器视觉检测单元采集钢板表面的图像，将采集的钢板表面的图像传输给所述处理器，所述处理器将接收到的钢板表面的图像进行存储。

进一步地，所述机器视觉检测单元包括安装于铝合金可调支架上的光源与摄像机，两台摄像机设置在钢板的上表面的上方，并排放置在钢板的宽度方向上，所述两台摄像机同步采集，并且图像采集区域有重叠。

进一步地，所述机器视觉检测单元包括两台LED红色漫射光源和两台面阵CCD摄像机。

进一步地，所述机器视觉检测单元包括两台LED白色线光源和两台线阵CCD摄像机。

进一步地，所述线阵CCD摄像机通过摄像机上的SMA连接器实现触发；所述面阵CCD摄像机通过Camlink采集卡的摄像机控制接口MDR26实现触发。

进一步地，所述机器视觉检测单元还包括图像采集卡和处理卡，所述图像采集卡对摄像机输出的视频信号进行实时数据采集，并提供与计算机的高速接口实现存储。

进一步地，所述带钢传动机组包括传动辊、张紧装置、纠偏辊、液压缸和操作台，所述张紧装置通过比例减压阀由液压缸驱动，所述液压缸带内置式线性位移传感器，带钢张紧在所述传动辊和所述纠偏辊上，所述传动辊由交流变频电机驱动，所述操作台通过指示灯显示各个电机的运行状态。

进一步地，在所述传动辊的后方安装了中型自动纠偏CPC装置，所述CPC装置包括光源、光电检测传感器、液压伺服系统、PLC控制器及纠偏机构。

进一步地，所述带钢传动机组还包括编码器和位移传感器，所述编码器和位移传感器测得带钢的实时速度和张力数据，并在操作台上的数显表中显示。

进一步地，所述纠偏辊固定在摆动台架上，所述摆动台架通过两个等臂连杆与底座铰接；所述摆动台架和所述纠偏辊通过液压缸带动回转，同时受两个绕固定轴回转的等径臂连杆约束。

由上述本实用新型的实施例提供的技术方案可以看出，本实用新型提供的基于机器视觉的钢板表面图像采集装置通过在钢板的上方设置机器视觉检测单元，可以有效地采集钢板的图像，从而分析出钢板表面的缺陷。通过在机器视觉检测单元中设置LED光源，可以进一步提高钢板的表面缺陷成像质量，尤其是一些低对比度缺陷的成像效果。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于机器视觉的钢板表面图像采集装置的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的一种带钢传动机组的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种CPC装置的纠偏控制过程示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种机器视觉检测单元的结构图；

图5为本实用新型提供的一种摄像机实时触发采集信号连接示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。

针对钢板表面检测的特定场合，机器视觉表面检测技术是通过光学装置和非接触的传感器自动地获取和处理钢板表面图像以获得所需信息或对表面的特征进行有效的检出，并实现存储、交互及控制等功能。基于机器视觉的钢板表面自动检测技术由于具有非接触、精度高、速度快等特点，已成为钢板表面在线质量检测的主流和发展趋势。此系统安装在生产线上可实时检测钢板的表面缺陷，正确识别分类以指导后续工序处理或工艺调整，对提高生产率和成品率有着重要作用，是保证产品质量、降低成本，增加竞争力的重要途径。

本实用新型实施例提供的基于机器视觉的钢板表面图像采集装置的结构如图1所示，包括带钢传动机组、机器视觉检测单元和处理器。所述处理器和所述带钢传动机组、机器视觉检测单元电路连接，所述带钢传动机组和所述机器视觉检测单元机械连接。所述机器视觉检测单元采集钢板表面的图像，将采集的钢板表面的图像传输给处理器，所述处理器将接收到的钢板表面的图像进行存储，以便后续对图像进行缺陷分析处理。

机器视觉检测单元用于在线获取钢板表面图像、实时数字图像或视频信号的传输与处理、在线缺陷图像的三维重构及缺陷的分类识别等工作。

图2为本实用新型实施例提供的一种带钢传动机组的结构示意图，带钢传动机组包括电气控制系统、传动辊、张紧装置、纠偏辊、液压缸、检修吊车、防护装置、编码器、位移传感器和操作台等。整个装置的运行是通过操作台上的各个按钮来实现，带钢的实时速度和张力数据通过编码器和位移传感器得到，并在操作台上的数显表中显示，各个电机的运行状态也可以通过操作台上的指示灯显示。其中传动辊采用数字式交流变频调速系统来控制；传动辊电机风机、液压站电机、液压站加热器由马达控制中心(MCC)控制；液压缸、纠偏辊和张紧装置通过SIEMENS STEP7-300 PLC进行控制，同时PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)还参与传动辊的控制。

上述带钢传动机组运行时首先要开启液压站，调节张紧装置的位置达到要求的张紧力，张紧装置通过比例减压阀由液压缸驱动，液压缸带内置式线性位移传感器，并设计了导向机构避免张紧装置两个轴承座产生偏载。带钢张紧在传动辊和纠偏辊上，传动辊由交流变频电机驱动，型号为SIEMENS Simovert Master Drive全数字交流变频调速装置，变频器功率为18.5kW，采用交流变频调速系统以实时调节和控制带钢运行速度，具体通过操作台上加速和减速按钮实现。纠偏辊固定在摆动台架上，摆动台架通过两个等臂连杆与底座铰接；摆动台架和纠偏辊通过液压缸带动回转，同时受两个绕固定轴回转的等径臂连杆约束以实现纠偏；实时监测带钢跑偏量，一旦超过设定值，传动辊将自动根据跑偏量的大小分级减速。

传动辊和纠偏辊的编码器信号分别接入变频器的CUVC(controlunitforvectorcontrol，用于矢量控制)板和SBP板，如果两个编码器检测的速度偏差超过设定值，控制系统认为带钢出现打滑，则系统自动停车；如果纠偏系统检测到带钢跑偏，则系统自动纠偏。变频器通过CBP2通讯板连接到PROFIBUS DP网络上，变频器的速度给定来自PLC。

为防止带钢跑偏造成事故，在传动辊后方设计安装了CPC(Center PositionControl，中型自动纠偏)装置。CPC装置是连续闭环式控制的机电液一体化系统，CPC装置主要由光源、光电检测传感器、液压伺服系统、PLC控制器及纠偏机构等组成，CPC装置的纠偏控制过程如图3所示。

机器视觉检测系统主要以二维图像为信息来源的表面检测技术为主，根据成像技术与系统功能的不同，可分为基于线阵摄像机的检测系统、基于面阵摄像机的检测系统和多传感器融合的检测系统三类。另外随着基于不同光学原理的三维检测技术在钢板表面检测中应用，结合三维信息的表面检测技术正逐渐成为一个新的技术发展趋势。

本实用新型实施例提供的一种机器视觉检测单元的结构如图4所示，光源与摄像机安装于铝合金可调支架上，2台高速CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合元件)摄像机设置在钢板的上表面的上方，并排放置在钢板的宽度方向上，设置两幅同步采集的图像之间有重叠以避免漏拍。可同时实现两种检测方案：(1)两台LED(Light Emitting Diode，发光二极管)的高亮红色漫射光源+面阵CCD摄像机采集；(2)两台LED高亮白色线光源+线阵CCD摄像机采集。通过调节光源照射及摄像机视角角度，实现不同成像光路的配置，所述两台CCD摄像机同步采集，并且图像采集区域有重叠。

图像采集卡(Frame Grabber)和处理卡(Processor Board)是机器视觉检测单元的重要组成部分，图像采集卡主要功能是对摄像机输出的视频信号进行实时数据采集，并提供与计算机的高速接口实现存储，图像采集卡上的图像处理功能较少，图像处理卡主要是利用硬件完成对图像的各种复杂处理，一般具有两个以上的复杂图像处理功能(如Blob分析或模式识别)，适用于数据量大或实时性要求高的应用场合。本实用新型实施例考虑到运算负载采用基于PC的采集卡方式，图像采集卡通常包括摄像机接口及接口逻辑、摄像机控制接口、图像采集控制、数据传输总线、控制I/O和在板内存等几个部分。图像采集板卡与摄像机输出数字图像的格式及摄像机接口有关，一般LVDS(模拟视频格式)、Channel Link及Camera Link等格式使用不同类型的图像采集卡；另外有些摄像机不需要采集卡，如USB摄像机使用USB卡或PC主板的USB功能；IEEE-1394摄像机使用1394卡；GigE(GigabitEthernet)格式的摄像机使用NIC网卡(Network Interface Card)。并且不同的格式其数据传输线缆和传输距离也有一定的区别，如Camera Link数据线一般传输距离小于15米，GigE一般无中继时可达100米等。

对于本实用新型中使用的线阵CCD摄像机，可通过摄像机上的SMA连接器实现触发；对于面阵CCD摄像机，通过Camlink采集卡的摄像机控制接口MDR26实现触发，采用编码器输出的标准TTL(晶体管-晶体管逻辑，transistor-transistor logic)信号，采用外同步、外部输入曝光控制的模式实现同步采集。图5为本实用新型提供的一种摄像机实时触发采集信号连接示意图。

综上所述，本实用新型提供的基于机器视觉的钢板表面图像采集装置通过在钢板的上方设置机器视觉检测单元，可以有效地采集钢板的图像，从而分析出钢板表面的缺陷。通过在机器视觉检测单元中设置LED光源，可以进一步提高钢板的表面缺陷成像质量，尤其是一些低对比度缺陷的成像效果。

本实用新型提供的基于机器视觉的钢板表面图像采集装置可以进一步结合表面三维深度信息提取的缺陷检测技术，获得检测钢板的多方面信息(如二维面积、形状、深度信息等特征)，以更全面地掌握缺陷的特征，提高缺陷的检出率。

即使是相同的工艺阶段，各个生产线上的缺陷类型也各不相同，甚至同一生产线的不同时期，其表面缺陷也会随着轧制规格、设备状况等而各不相同，还有某些缺陷随着工艺流程的延伸在不断变化、恶劣环境下存在较多伪缺陷等问题。本实用新型的装置结合现有的多套带钢表面检测系统充实缺陷样本，结合缺陷分类算法，具有更好的分类能力和泛化功能。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的钢板表面图像采集装置，其特征在于，包括：带钢传动机组、机器视觉检测单元和处理器，所述处理器和所述带钢传动机组、机器视觉检测单元电路连接，所述带钢传动机组和所述机器视觉检测单元机械连接，所述机器视觉检测单元采集钢板表面的图像，将采集的钢板表面的图像传输给所述处理器，所述处理器将接收到的钢板表面的图像进行存储。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机器视觉检测单元包括安装于铝合金可调支架上的光源与摄像机，两台摄像机设置在钢板的上表面的上方，并排放置在钢板的宽度方向上，所述两台摄像机同步采集，并且图像采集区域有重叠。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述机器视觉检测单元包括两台LED红色漫射光源和两台面阵CCD摄像机。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述机器视觉检测单元包括两台LED白色线光源和两台线阵CCD摄像机。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述线阵CCD摄像机通过摄像机上的SMA连接器实现触发；所述面阵CCD摄像机通过Camlink采集卡的摄像机控制接口MDR26实现触发。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的装置，其特征在于，所述机器视觉检测单元还包括图像采集卡和处理卡，所述图像采集卡对摄像机输出的视频信号进行实时数据采集，并提供与计算机的高速接口实现存储。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述带钢传动机组包括传动辊、张紧装置、纠偏辊、液压缸和操作台，所述张紧装置通过比例减压阀由液压缸驱动，所述液压缸带内置式线性位移传感器，带钢张紧在所述传动辊和所述纠偏辊上，所述传动辊由交流变频电机驱动，所述操作台通过指示灯显示各个电机的运行状态。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在所述传动辊的后方安装了中型自动纠偏CPC装置，所述CPC装置包括光源、光电检测传感器、液压伺服系统、PLC控制器及纠偏机构。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述带钢传动机组还包括编码器和位移传感器，所述编码器和位移传感器测得带钢的实时速度和张力数据，并在操作台上的数显表中显示。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述纠偏辊固定在摆动台架上，所述摆动台架通过两个等臂连杆与底座铰接；所述摆动台架和所述纠偏辊通过液压缸带动回转，同时受两个绕固定轴回转的等径臂连杆约束。