本發(fā)明屬于機器視覺和圖像測量技術領域，尤其涉及一種基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法及裝置。

背景技術：

鋼帶是各類軋鋼企業(yè)為了適應不同工業(yè)部門工業(yè)化生產(chǎn)各類金屬或機械產(chǎn)品的需要而生產(chǎn)的一種窄而長的鋼板。在以鋼帶為基體生產(chǎn)帶鋸的過程中需要對鋼帶進行相應的熱處理。生產(chǎn)實踐表明熱處理后的鋼帶在尺寸和形狀上與實際要求有一定的誤差。這些尺寸和形狀誤差如果不進行檢測及矯正將會影響產(chǎn)品的整體性能。因此檢測環(huán)節(jié)對帶鋸的生產(chǎn)來說非常必要。傳統(tǒng)的檢測手段己經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，卡尺、量規(guī)等檢測手段雖然簡便，但在特定的設備、特定的環(huán)境下進行檢測，不但勞動強度大，效率低，數(shù)據(jù)較少，精度不高而且檢測過程同生產(chǎn)過程是分離的，這與現(xiàn)代工業(yè)所要求的在線檢測、實時控制的要求不符。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的問題，提供一種基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法及裝置，通過采用非接觸式檢測手段，高效率、高精度、實時地自動完成熱處理后的鋼帶變形的檢測。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：首先提供一種基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法，該方法包括以下步驟，步驟一，鋼帶通過矯直機進行矯直的過程中，在鋼帶通過矯直機之前和之后的位置處分別設置前置攝像機和后置攝像機，前置攝像機、后置攝像機設置在鋼帶的正上方，以俯視角度向下拍攝鋼帶的上表面的圖像，矯直機中固定平直擋板，平直擋板沿鋼帶的前進方向設置；步驟二，根據(jù)待檢測的熱處理后鋼帶尺寸的不同，調整前置攝像機、后置攝像機、矯直機的安裝位置，計算前置攝像機和后置攝像機針對鋼帶的放大比例系數(shù)，使放大比例系數(shù)能滿足此時的檢測精度要求；步驟三，前置攝 像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直前圖像，后置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直后圖像，對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行圖像預處理，得到封閉且連續(xù)的矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線、矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線；步驟四，將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和偏移量，將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠C直機；將矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和直線度，并將矯直后的檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠C直機，矯直機根據(jù)矯直前后數(shù)據(jù)自動調整矯直工藝參數(shù)，判斷矯直后的檢測數(shù)據(jù)是否在標準允許范圍內，如果超出標準允許范圍，則發(fā)出報警。

按上述技術方案，所述步驟三中，對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行圖像預處理，具體包括對對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行灰度化、中值濾波、自適應二值化、canny算子邊緣檢測、多次圖像膨脹及腐蝕、提取圖像輪廓處理。

按上述技術方案，所述步驟四中，在將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段之前，在保證這m段在前置攝像機和后置攝像機安裝高度不變的情況下(此時攝像機拍攝的視野范圍不變)每段都能達到檢測精度，調整前置攝像機、后置攝像機的分辨率。

按上述技術方案，所述步驟四中，將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段(將矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，與將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段的方法相同)，具體為，首先建立坐標系，將坐標原點o0取在平直擋板線l0上，取過原點o0沿鋼帶前進方向為x軸，取過原點o0垂直平直擋板線l0，即垂直于鋼帶方向為y軸；在矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線中，將沿著鋼帶前進方向的一條邊緣曲線s1、沿著鋼帶前進方向的另一條邊緣曲線s2都均分為m段：

s1＝s11+s12+…+s1k+…+s1m；

s2＝s21+s22+…+s2k+…+s2m，其中k＝1、2、3…m；

將m段邊緣曲線s1(s2)都存儲在相應的二維矩陣序列中，其中k＝1、2、3…m，則每段長度為n個像素單位，s1和s2的邊緣曲線總長度均為n*m個像素單位，n為整數(shù),

其中元素值i1(x,y)代表s1上的邊緣點的像素值，(x,y)代表s1上的邊緣點的坐標，i2(x,γ)代表s2上的邊緣點的像素值，(x,γ)代表s2上的邊緣點的坐標。

按上述技術方案，所述步驟四中，對于矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和偏移量，對于矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和直線度，具體包括，首先計算矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線每段的變形量、偏移量和矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線每段的變形量(和矯直前計算的變形量方法一致)，方法如下：

第一步，找出里的y的最小值和最大值找出里的γ的最小值和最大值其中k＝1、2、3…m；

第二步，分別做一條經(jīng)過點，平行于平直擋板，長度為n個像素單位的線段lk1，lk2；

分別做一條經(jīng)過點，平行于平直擋板，長度為n個像素單位的線段lk3，lk4；

第三步，求出由s1上的曲線段s1k，直線x＝(k-1)(n-1)、x＝k(n-1)及x軸所圍成的曲邊梯形的面積ak，計算出s1上的曲線s1k的近似上邊y1k，

y1k＝ak/n；

第四步，求出由s2上的曲線段s2k，直線x＝(k-1)(n-1)、x＝k(n-1)及x軸所圍成的曲邊梯形的面積bk，計算出s2上的曲線s2k的近似下邊y2k，

y2k＝bk/n；

第五步，求出鋼帶偏移量hk，

hk＝y(tǒng)2k-h標，h標為鋼帶的標準寬度；

第六步，求出鋼帶變形量δk，

δk＝y(tǒng)2k-y1k-h標；

再計算矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的邊緣曲線s1k(s2k)一段的直線度z1k(z2k)即：

z1k(z2k)＝y(tǒng)max-ymin。

本發(fā)明還提供一種基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測裝置，該裝置包括矯直機、處理器、前置攝像機、后置攝像機、平直擋板，在鋼帶通過矯直機之前和之后的位置處分別設置前置攝像機和后置攝像機，前置攝像機、后置攝像機設置在鋼帶的正上方，以俯視角 度向下拍攝鋼帶的上表面的圖像，矯直機中固定平直擋板，平直擋板沿鋼帶的前進方向設置，矯直機、前置攝像機、后置攝像機分別與處理器連接，處理器用于處理前置攝像機、后置攝像機所拍攝的鋼帶上表面的圖像；前置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直前圖像，后置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直后圖像；處理器對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行圖像預處理，具體包括對對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行灰度化、中值濾波、自適應二值化、canny算子邊緣檢測、多次圖像膨脹及腐蝕、提取圖像輪廓處理。得到封閉且連續(xù)的矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線、矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線；處理器依據(jù)本發(fā)明提供的熱處理后鋼帶檢測方法提供的算法將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和偏移量，將矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和直線度并將矯直前后的檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠C直機，矯直機根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動調整矯直工藝參數(shù)，處理器還會判斷矯直后的檢測數(shù)據(jù)是否在標準允許范圍內，如果超出標準允許范圍，則發(fā)出報警。

按上述技術方案，還包括顯示器、打印機，顯示器、打印機分別與處理器連接，分別用于顯示、打印處理器得到的處理結果。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法及裝置，通過采用非接觸式檢測手段，高效率、高精度、實時地自動完成熱處理后的鋼帶變形的檢測。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明實施例基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法的工作流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法的拍攝圖像處理流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法的原理示意圖；

其中：1-打印機，2-處理器，3-顯示器，4-信號線，5-前置攝像機，6-平直擋板，7-鋼帶，8-矯直機，9-后置攝像機。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實施例中，首先提供一種基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測方法，該方法包括以下步驟，步驟一，鋼帶通過矯直機進行矯直的過程中，在鋼帶通過矯直機之前和之后的位置處分別設置前置攝像機和后置攝像機，前置攝像機、后置攝像機設置在鋼帶的正上方，以俯視角度向下拍攝鋼帶的上表面的圖像，矯直機中固定平直擋板，平直擋板沿鋼帶的前進方向設置；步驟二，根據(jù)待檢測的熱處理后鋼帶尺寸的不同，調整前置攝像機、后置攝像機、矯直機的安裝位置，計算前置攝像機和后置攝像機針對鋼帶的放大比例系數(shù)，使放大比例系數(shù)能滿足此時的檢測精度要求；步驟三，前置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直前圖像，后置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直后圖像，對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行圖像預處理，得到封閉且連續(xù)的矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線、矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線；步驟四，將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和偏移量，將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠C直機；將矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和直線度，處理器判斷其是否在標準允許范圍內，如果超出標準允許范圍，則發(fā)出報警。步驟如圖2所示。如圖1所示，所述處理器2和打印機1之間,處理器2和前置攝像機5之間,處理器2和矯直機8之間,處理器2和后置攝像機9之間均用信號線4聯(lián)接。

進一步地，所述步驟三中，對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行圖像預處理，具體包括對對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行灰度化、中值濾波、自適應二值化、canny算子邊緣檢測、多次圖像膨脹及腐蝕、提取圖像輪廓處理，如圖3所示。

進一步地，所述步驟四中，在將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段之前，在保證這m段在前置攝像機和后置攝像機安裝高度不變的情況下(此時攝像機拍攝的視野范圍不變)每段都能達到檢測精度，調整前置攝像機、后置攝像機的分辨率。

進一步地，所述步驟四中，將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m 段(將矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，與將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段的方法相同)，具體為，首先建立坐標系，如圖4所示，將坐標原點o0取在平直擋板線l0上，取過原點o0沿鋼帶前進方向為x軸，取過原點o0垂直平直擋板線l0，即垂直于鋼帶方向為y軸；在矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線中，將沿著鋼帶前進方向的一條邊緣曲線s1、沿著鋼帶前進方向的另一條邊緣曲線s2都均分為m段：

s1＝s11+s12+…+s1k+…+s1m；

s2＝s21+s22+…+s2k+…+s2m，其中k＝1、2、3…m；

將m段邊緣曲線s1(s2)都存儲在相應的二維矩陣序列中，其中k＝1、2、3…m，則每段長度為n個像素單位，s1和s2的邊緣曲線總長度均為n*m個像素單位，n為整數(shù)，

其中元素值i1(x,y)代表s1上的邊緣點的像素值，(x,y)代表s1上的邊緣點的坐標，i2(x,γ)代表s2上的邊緣點的像素值，(x,γ)代表s2上的邊緣點的坐標。

進一步地，所述步驟四中，對于矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和偏移量，對于矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和直線度，具體包括，首先計算矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線每段的變形量、偏移量和矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線每段的變形量(和矯直前計算的變形量方法一致)，方法如下：

第一步，找出里的y的最小值和最大值找出里的γ的最小值和最大值其中k＝1、2、3…m；

第二步，分別做一條經(jīng)過點，平行于平直擋板，長度為n個像素單位的線段lk1，lk2；

分別做一條經(jīng)過點，平行于平直擋板，長度為n個像素單位的線段lk3，lk4；

第三步，求出由s1上的曲線段s1k，直線x＝(k-1)(n-1)、x＝k(n-1)及x軸所圍成的曲邊梯形的面積ak，計算出s1上的曲線s1k的近似上邊y1k，

y1k＝ak/n；

第四步，求出由s2上的曲線段s2k，直線x＝(k-1)(n-1)、x＝k(n-1)及x軸所圍成的曲邊梯形的面積bk，計算出s2上的曲線s2k的近似下邊y2k，

y2k＝bk/n；

第五步，求出鋼帶偏移量hk，

hk＝y(tǒng)2k-h標，h標為鋼帶的標準寬度；

第六步，求出鋼帶變形量δk，

δk＝y(tǒng)2k-y1k-h標；

再計算矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的邊緣曲線s1k(s2k)一段的直線度z1k(z2k)即：

z1k(z2k)＝y(tǒng)max-ymin。

本發(fā)明實施例還提供一種基于機器視覺的熱處理鋼帶變形檢測裝置，如圖1所示，該裝置包括矯直機8、處理器2、前置攝像機5、后置攝像機9、平直擋板6，在鋼帶7通過矯直機之前和之后的位置處分別設置前置攝像機和后置攝像機，前置攝像機、后置攝像機設置在鋼帶的正上方，以俯視角度向下拍攝鋼帶的上表面的圖像，矯直機中固定平直擋板，平直擋板沿鋼帶的前進方向設置，矯直機、前置攝像機、后置攝像機分別與處理器連接，處理器用于處理前置攝像機、后置攝像機所拍攝的鋼帶上表面的圖像；前置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直前圖像，后置攝像機對鋼帶上表面拍攝，得到矯直后圖像；處理器對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行圖像預處理，具體包括對對矯直前圖像、矯直后圖像分別進行灰度化、中值濾波、自適應二值化、canny算子邊緣檢測、多次圖像膨脹及腐蝕、提取圖像輪廓處理。得到封閉且連續(xù)的矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線、矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線；處理器依據(jù)本發(fā)明提供的熱處理后鋼帶檢測方法提供的算法將矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直前鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和偏移量，將矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線沿鋼帶前進方向均分為m段，對于矯直后鋼帶邊緣輪廓二維曲線的每段邊緣曲線，計算該段鋼帶的變形量和直線度并將矯直前后的檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠C直機，矯直機根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動調整矯直工藝參數(shù)，處理器還會判斷矯直后的檢測數(shù)據(jù)是否在標準允許范圍內，如果超出標準允許范圍，則發(fā)出報警。

進一步地，還包括顯示器3、打印機1。顯示器、打印機分別與處理器2連接，分別用于顯示、打印處理器得到的處理結果。

本發(fā)明根據(jù)實際鋼帶熱處理后的特點，設計了其變形檢測系統(tǒng)，前置攝像機和后置攝像機分別獲取鋼帶在矯直前和矯直后的圖像信息然后將信息傳輸?shù)教幚砥魈幚恚幚砥魈幚磉@些圖像信息后得出矯直結果，并且將這些圖像信息和檢測結果實時顯示在顯示器上，之后將矯直結果匯報到矯直機，矯直機根據(jù)矯直結果自動調整矯直工藝參數(shù)，處理器還可以將整條鋼帶矯直后合格的段的數(shù)據(jù)收集然后用打印機以報表的形式打印出。這樣可以得到的這些鋼帶段的品質。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。