TWI808914B - 用於精軋機站間的鋼帶量測方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法,該鋼帶量測方法包括一備置步驟以及一線上寬度量測步驟。利用調整二軋機之間上方的攝影機使其可對齊軋延座標系統,並在線上量測時能夠適應不同的支撐臂所舉起角度來進行尺寸量測,以提高量測實際鋼帶寬度與中心線偏移的準確率。
Description
本發明係關於一種鋼帶量測方法,特別是一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法。
鋼捲寬度測量是熱軋機軋製過程中必須控管的一項內容。鋼捲寬度測量誤差將導致鋼捲的寬度偏差過大無法符合客戶要求,鋼帶偏離中心線會導致鋼帶軋製過程中跑偏嚴重情況下會與設備發生碰撞,嚴重時甚至造成斷帶,同時鋼帶偏離中心線對軋製過程中捲形控制有一定的負面影響。故鋼帶軋製過程須要求鋼捲寬度或偏移測量精度要控制特地範圍以內。熱軋生產線上鋼帶行進速度快,這就要求鋼捲尺寸測量時間盡可能短,以便加快生產節奏。
在早期的軋製過程中,由操作人員手動控制上料設備,調整鋼捲的位置。因此在上鋼捲時就必須有專人進行觀察,這樣既浪費人力又影響工作效率。隨著現代工業的發展,出現了各種用來測鋼捲的捲徑、帶寬以及定位鋼捲的方法,其中主要有編碼器和超音波二種測量形式。編碼器測量方式,係採用夾持裝置進行夾持測量,在夾持裝置的移動端安裝編碼器,檢測夾持裝置移動端的位置。測量前夾持裝置打開,測量時夾持裝置夾緊鋼捲,根據夾持裝置打開和夾緊時的位置測量值即可計算出鋼捲寬度值。這種測量方式測量精度較高,工業應用比較廣泛。但是這種方式測量時間較長,制約生產效率提高,同時測寬裝置機構複雜,不方便維護,設備投資較大。超音波測量方式一般應用於立式鋼捲寬度測量,在鋼捲兩側分別安裝超音波感測器測量感測器到鋼捲距離,通過兩個超音波感測器
之間距離值和鋼捲與測量探頭之間測量值可以計算出鋼捲寬度值。這種測量裝置機構簡單,維護方便,應用也比較廣泛。但是測量裝置需要二個超音波感測器,設備投入較大。
因此,為克服現有技術中的缺點和不足,本發明有必要提供改良的一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法,以解決上述習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法,利用調整二軋機之間上方的攝影機,能夠因應不同的支撐臂所舉起角度,以提高量測實際鋼帶寬度與(中心線)偏移的準確率。
為達上述之目的,本發明提供一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法,該鋼帶量測方法包括一備置步驟以及一線上寬度量測步驟,在該備置步驟中,設置至少二軋機、一惰輪以及一攝影機,其中該等軋機配置為對一鋼帶進行軋延,該惰輪透過一支撐臂進行升降且配置為滾動該鋼帶的一底面並位於該等軋機之間的一緩衝區,該攝影機位於該惰輪上方,每一軋機具有二軋輥,定義一穿伸線自其中一軋機的二軋輥之間往另一軋機的二軋輥之間延伸;在該線上寬度量測步驟中,利用該攝影機拍攝該鋼帶的頂面並量測一鋼帶寬度,接著利用一處理器依據下列等式算出該鋼帶的一實際寬度:
其中w 0為該實際寬度,w為支撐臂在θ角度時由影像量測到之鋼帶寬度,L為該攝影機與該穿伸線之間的距離,k為該支撐臂的長度,θ為該支撐臂與該穿伸線之間的夾角。
在本發明之一實施例中,在該線上寬度量測步驟之前,該鋼帶量測方法另包括一校正板調整步驟,利用該攝影機拍攝一校正板以獲得一校正板影像,並且根據該校正板影像調整該攝影機的X軸方向的移動量與旋轉量、Y軸方向的旋轉量以及Z軸方向的旋轉量。
在本發明之一實施例中,在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的X軸方向的移動量以及Y方向的旋轉量,使得該校正板影像中的一中央橫線與一產線中心線重疊。
在本發明之一實施例中,在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的Y軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中分別位於角落的四個圓形圖案的像素直徑大小一致。
在本發明之一實施例中,在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的Z軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中位於上方及下方的二個邊緣角度的絕對值一致。
在本發明之一實施例中,在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的Z軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中一中央直線以及一中央橫線呈十字交叉,其中該中央直線的斜率為0度,該中央橫線的斜率為90度。
在本發明之一實施例中,在該線上寬度量測步驟之前,該鋼帶量測方法另包括一座標校正步驟,利用該攝影機拍攝一校正板以獲得一校正板影像,並且利用該校正板的多個圓形圖案的世界座標與該校正板影像的多個圓形圖案的像素座標進行多項式迴歸,以獲得從像素座標轉換至世界座標的對應關係。
在本發明之一實施例中,該校正板的多個圓形圖案是呈矩陣式排列。
在本發明之一實施例中,在該線上寬度量測步驟之後,該鋼帶量測方法另包括一偏位量測步驟,利用該攝影機拍攝該鋼帶以獲得一鋼帶影像,接著利用該處理器計算該鋼帶影像的二側邊緣影像座標,再依據下列等式算出一中心偏位:
X C,P =x(½(u U +u D ),½(v U +v D ))
d P =X C,P -X C
其中w為該鋼帶寬度,(u U ,v U )與(u D ,v D )分別為該鋼帶影像的二側邊緣影像座標,X C 為產線中心線,X C,P 為測得鋼帶中心,d P 為該中心偏位。
其中d L 為該修正偏位,d P 為該中心偏位,L為該攝影機與該穿伸線之間的距離,k為該支撐臂的長度,θ為該支撐臂與該穿伸線之間的夾角。
如上所述,本發明鋼帶量測方法乃用於加速人員的作業效率,於精軋站間進行該攝影機的調校作業與提高線上量測精度,在連續精軋的二軋機之間上方,再透過架設檢測面朝下且具四軸調整機構之攝影機,藉此對應不同的支撐臂所舉起角度來進行量測,以提高量測實際鋼帶寬度的準確率,並且降低對鋼帶中心偏位的量測的誤差。另外,利用該校正板與輔助校正軟體,作為調校攝影機時之指引與校正。本發明鋼帶量測方法可以用於輔助攝影機調整機構,以及調整完畢之攝影機參數,可提供精確寬度與中心線偏移等數值。
101:鋼帶
2:軋機
21:軋輥
3:惰輪
4:攝影機
5:支撐臂
6:校正板
7:處理器
A:緩衝區
L1:穿伸線
L2:中央直線
L3:中央橫線
X C :產線中心線
X C,P :測得鋼帶中心
V:像素水平軸
U:像素水平軸
u U 、v U 、u D 、v D :影像座標
B1、B2、B3、B4:圓形圖案
θ 1、θ 2:邊緣角度
w 0:實際寬度
w:鋼帶寬度
L:攝影機與穿伸線之間的距離
k:支撐臂的長度
R:梯度計算範圍
G1、G2:邊緣梯度
d L :修正偏位
d P :中心偏位
S201:備置步驟
S202:校正板調整步驟
S203:座標校正步驟
S204:線上寬度量測步驟
S205:偏位量測步驟
S206:寬度及偏位修正步驟
圖1是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法的流程圖。
圖2是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法利用軋機作業的側視圖。
圖3是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法利用軋機作業的上視圖。
圖4是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法顯示攝影機與穿伸線之間的距離的示意圖。
圖5是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法實際擺放校正板的(上視)示意圖。
圖6是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法拍攝校正板的示意圖。
圖7是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法拍攝鋼帶影像的示意圖。
圖8是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法進行水平投影計算平均灰階的示意圖。
圖9是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法對平均灰階進行梯度運算的示意圖。
圖10是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法的偏位修正的示意圖。
圖11是根據本發明實施例一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法的惰輪及支撐臂的示意圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂,下文將特舉本發明實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。再者,本發明所提到的方向用語,例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等,僅是參考附加圖式的方向。因此,使用的方向用語是用以說明及理解本發明,而非用以限制本發明。
請參照圖1,為本發明實施例的一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法,該鋼帶量測方法包括一備置步驟S201、一校正板調整步驟S202、一座標校正步驟S203、一線上寬度量測步驟S204、一偏位量測步驟S205以及一寬度及偏位修正步驟S206。本發明將於下文詳細說明各元件的操作步驟及運作原理。
請參照圖1及圖2,在該備置步驟S201中,設置至少二軋機2、一惰輪3以及一攝影機4,其中該等軋機2配置為對一鋼帶101進行軋延,該惰輪3透過一支撐臂5(Looper)進行升降,而且該惰輪3配
置為滾動該鋼帶101的一底面,並且該惰輪3位於該等軋機2之間的一緩衝區A,該攝影機4位於該惰輪3上方,在本實施例中,每一軋機2具有二軋輥21,而且定義一穿伸線L1,該穿伸線L1自其中一軋機2的二軋輥21之間(例如圖2左側)往另一軋機2的二軋輥21之間(例如圖2右側)延伸。
請參照圖1、圖2、圖5及圖6,在該校正板調整步驟S202中,利用該攝影機4拍攝一校正板6以獲得一校正板影像,並且根據該校正板影像調整該攝影機4的X軸方向的移動量與旋轉量、Y軸方向的旋轉量以及Z軸方向的旋轉量,在本實施例中,圖5顯示為實際擺放校正板的示意圖,圖6為該攝影機4拍攝該校正板6的校正板影像。
具體來說,該攝影機4量測方式為朝下,具備水平平移(X方向)與三個(X、Y、Z方向)旋轉自由度之調整機構。首先,調整該攝影機4的X方向移動軸,讓該攝影機4的中心與該校正板6、產線中心線X C 在同一X位置。接著,調整二維面陣的攝影機4的X方向與Y方向旋轉軸,讓該攝影機4的可視範圍可以涵蓋該鋼帶101的最寬寬度。如圖5及圖6所示,為實際擺放該校正板6以及該攝影機4所拍攝到的校正板影像,該校正板6沿著X軸及Y軸平面擺放,校正板影像的像素水平軸為V,像素垂直軸為U。校正編輯軟體除了顯示該校正板影像外,也根據其像素座標水平軸與垂直軸繪製輔助線。校正軟體提供:校正板影像十字線之斜率,例如:一中央直線L2的斜率m 1以及一中央橫線L3的斜率m 2、校正板上下影像的邊緣角度θ 1與θ 2以及上下左右四個圓形圖案B1、B2、B3及B4之像素直徑大小。接下來,調整該攝影機4的Z方向旋轉軸,讓校正板6上下影像的邊緣角度θ 1與θ 2絕對值接近,以及校正板影像十字線之斜率,例如:中央直線L2的斜率m 1接近0度,中央橫線L3的斜率m 2接近90度。最後,微調Y方向旋轉軸,讓對應上下的圓形圖案(如圖6所示的圓形圖案B1、B2、B3、B4)直徑越接近越好。依量測軟體之輔助進行四軸機構調校,當數值無法再改善時,即將該攝影機4固定完成調整作業。
進一步來說,本發明鋼帶量測方法透過調整該攝影機4的X
軸方向的移動量以及Y方向的旋轉量,使得該校正板影像中的中央橫線L3與產線中心線X C 重疊;接著,透過調整該攝影機4的Y軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中分別位於角落的四個圓形圖案B1、B2、B3、B4的像素直徑大小一致;再來,透過調整該攝影機4的Z軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中位於上方及下方的二個邊緣角度θ 1與θ 2的絕對值一致;同時,透過調整該攝影機4的Z軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中的中央直線L2以及該中央橫線L3呈十字交叉,其中該中央直線L2的斜率m 1為0度,該中央橫線L3的斜率m 2為90度。
請參照圖1、圖2及圖5,在該座標校正步驟S203中,利用該攝影機4拍攝該校正板6以獲得一校正板影像,並且利用該校正板6的多個圓形圖案的世界座標與該校正板影像的多個圓形圖案的像素座標進行多項式迴歸,以獲得從像素座標轉換至世界座標的對應關係。在本實施例中,該校正板6的多個圓形圖案是呈矩陣式排列,其中多項式迴歸階次m,校正板圓形圖案數量N須大於等於1/2×(m+1)×(m+2),一般為5,但可嘗試不同m讓迴歸誤差最小。
具體來說,該該座標校正步驟S203的校正原理乃是利用該校正板6上之圓形圖案中心座標(世界座標),與進行該攝影機4拍攝到對應的圓形圖案像素座標進行多項式迴歸,以獲得從像素座標轉換至世界座標對應關係,並且稱此關係為攝影機校正參數。在進行校正時,先在該穿伸線L1高度位置放置該校正板6,並進行該校正板6與該攝影機4調整。假設該校正板6上繪製N個圓形圖案,其中心座標為P i (x i ,y i ),其中i介於1到N。利用該攝影機4對該校正板6進行取像,然後從影像上計算圓形物的重心座標為p i (u i ,v i )。假設以多項式趨近(x,y),多項次的最高項次為m,值一般設為5即足夠,但必須滿足N ½(m+1)(m+2)。其中由從像素座標(u,v)轉換至世界座標(x,y)對應多項式關係如下:
其中w 0為該實際寬度,w為該鋼帶未修正前量測到的寬度,L為該攝影機4與該穿伸線L1之間的距離,k為該支撐臂的長度,θ為該支撐臂與該穿伸線之間的夾角(如圖11所示)。
進一步來說,該穿伸線L1與該鋼帶101的行進方向平行(Y軸),且在鉛垂方向(Z軸)零點;該支撐臂5的長度為k,其中該支撐臂5位於精軋站的二軋機2之間,該惰輪3被該支撐臂5支撐而用於調整該鋼帶101上下位置,以作為精軋前後站之間的緩衝區A,藉維持該鋼帶101的張力避免該鋼帶101鬆脫,假設該支撐臂5角度為零,該鋼帶101剛好在該穿伸線L1上。在此暫不考慮該惰輪3半徑,若需要考慮的話,加上該惰輪3的半徑即為該鋼帶101真正的Z軸位置。
以面型(二維)的攝影機4進行量測,考慮該支撐臂5上下移動對該鋼帶101側移量影響,可提升該鋼帶101側移計算之準確性。如圖2所示,該攝影機4架設在離該鋼帶101往上4~5公尺處,在此假設校正基準位於產線的穿伸線L1。對於同樣的量測寬度而言,因應不同的支撐臂5舉起角度(如圖4所示),可能有多種不同的實際鋼帶寬度,這連帶對該鋼帶101的中心線偏移的量測也會有影響。在此,採用相似三角形方法以獲得縮放倍率f(θ)。
由於縮放倍率f(θ)永遠小於等於一,因此表示未修正前的鋼帶量測資訊事實上是被高估的。因此,須考慮該支撐臂5上下移動對該鋼帶101的中心偏移量或是寬度精度提升均有幫助。
X C,P =x(½(u U +u D ),½(v U +v D ))
d P =X C,P -X C
其中w為該鋼帶寬度,(u U ,v U )與(u D ,v D )分別為該鋼帶影像的二側邊緣影像座標,X C 為產線中心線,X C,P 為測得鋼帶中心,d P 為該中心偏位。
具體來說,在進行量測時,先以影像處理方式求該鋼帶101上下兩側邊緣影像座標(u U ,v U )與(u D ,v D )。為讓U方向量測精度提高,採用如圖7、圖8及圖9所示方法,以達次像素(Sub-pixel)精度。首先,如圖7所示,定義梯度計算範圍R,其在垂直U方向(類比於鋼帶寬度方向)可涵蓋鋼帶最大量測範圍,而在水平V方向(類比於鋼帶行進方向)則接近該支撐臂5位置,寬度100像素以上即可達到穩定量測目標。接著,如圖8所示,在梯度範圍內進行水平投影計算平均灰階(Gray),可以發現中央有鋼帶位置灰階值較高,而無鋼帶位置灰階值較低。如圖9所示,對此平均灰階進行梯度(Gradient)運算(一次微分),然後以內插法(Interpolation)找到梯度最大(邊緣梯度G1)與最小(邊緣梯度G2)的位置,即為u U ,u D 。因為藉內插法關係,故計算所得座標可達小數點往下一位精度。
其中d L 為該修正偏位,d P 為該中心偏位,L為該攝影機與該穿伸線之間的距離,k為該支撐臂的長度,θ為該支撐臂與該穿伸線之間的夾角(如圖11所示)。
具體來說,當獲得位於該穿伸線L1上的寬度與帶中心位置,下一步即須進行修正,將其轉換至該支撐臂5上。其中,假設當時該支撐臂5角度為θ,則利用上述的寬度轉換方式計算出該鋼帶101的實際寬度w 0。如圖10所示,至於在該支撐臂5上的偏位d L ,則可利用相似三角形方法來計算,因此,在該支撐臂5上的上述修正偏位可被求出。
依據上述的結構,於熱軋鋼帶精軋站間進行該攝影機4的調校作業時,在連續精軋機兩站(例如二軋機2)之間上方,架設檢測面朝下且具四軸調整機構之攝影機4。離線調校時,利用該校正板6與輔助校正軟體,作為調校該攝影機4時之指引,並計算該攝影機4的校正參數。線上量測時,運用上述該攝影機4的參數,可獲得精確的鋼帶寬度以及中心線偏位的數值量測。
如上所述,本發明鋼帶量測方法乃用於加速人員的作業效率,於精軋站間進行該攝影機4的調校作業與提高線上量測精度,在連續精軋的二軋機2之間上方,再透過架設檢測面朝下且具四軸調整機構之攝影機4,藉此對應不同的支撐臂5所舉起角度來進行量測,以提高量測實際鋼帶寬度的準確率,並且降低對鋼帶中心偏位的量測的誤差。另外,利用該校正板6與輔助校正軟體,作為調校攝影機時之指引與校正。本發明鋼帶量測方法可以用於輔助攝影機調整機構,以及調整完畢之攝影機參數,可提供精確寬度與中心線偏移等數值。
雖然本發明已以實施例揭露,然其並非用以限制本發明,任何熟習此項技藝之人士,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種更動與修飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S201:備置步驟
S202:校正板調整步驟
S203:座標校正步驟
S204:線上寬度量測步驟
S205:偏位量測步驟
S206:寬度及偏位修正步驟
Claims (9)
- 一種用於精軋機站間的鋼帶量測方法,該鋼帶量測方法包括:一備置步驟,設置至少二軋機、一惰輪以及一攝影機,其中該等軋機配置為對一鋼帶進行軋延,該惰輪透過一支撐臂進行升降且配置為滾動該鋼帶的一底面並位於該等軋機之間的一緩衝區,該攝影機位於該惰輪上方,每一軋機具有二軋輥,定義一穿伸線自其中一軋機的二軋輥之間往另一軋機的二軋輥之間延伸;一校正板調整步驟,利用該攝影機拍攝一校正板以獲得一校正板影像,並且根據該校正板影像調整該攝影機的X軸方向的移動量與旋轉量、Y軸方向的旋轉量以及Z軸方向的旋轉量;以及一線上寬度量測步驟,利用該攝影機拍攝該鋼帶的頂面並量測一鋼帶寬度,接著利用一處理器依據下列等式算出該鋼帶的一實際寬度:
- 如請求項1所述之用於精軋機站間的鋼帶量測方法,其中在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的X軸方向的移動量以及Y方向的旋轉量,使得該校正板影像中的一中央橫線與一產線中心線重疊。
- 如請求項1所述之用於精軋機站間的鋼帶量測方法,其中在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的Y軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中分別位於角落的四個圓形圖案的像素直徑大小一致。
- 如請求項1所述之用於精軋機站間的鋼帶量測方法,其中在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的Z軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中位於上方及下方的二個邊緣角度的絕對值一致。
- 如請求項1所述之用於精軋機站間的鋼帶量測方法,其中在該校正板調整步驟中,透過調整該攝影機的Z軸方向的旋轉量,使得該校正板影像中一中央直線以及一中央橫線呈十字交叉,其中該中央直線的斜率為0度,該中央橫線的斜率為90度。
- 如請求項1所述之用於精軋機站間的鋼帶量測方法,其中在該線上寬度量測步驟之前,該鋼帶量測方法另包括一座標校正步驟,利用該攝影機拍攝一校正板以獲得一校正板影像,並且利用該校正板的多個圓形圖案的世界座標與該校正板影像的多個圓形圖案的像素座標進行多項式迴歸,以獲得從像素座標轉換至世界座標的對應關係。
- 如請求項6所述之用於精軋機站間的鋼帶量測方法,其中該校正板的多個圓形圖案是呈矩陣式排列。
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