將機(jī)械視覺(jué)運(yùn)用于酸洗線(xiàn).doc

將機(jī)械視覺(jué)運(yùn)用于酸洗線(xiàn)王永奎周研胡雪生摘要：應(yīng)用機(jī)械視覺(jué)于現(xiàn)代化的半連續(xù)式酸洗生產(chǎn)線(xiàn)檢測(cè)原料和成品的各種缺陷，通過(guò)頭尾板型情況確定切頭甩尾長(zhǎng)度并能自動(dòng)分卷同時(shí)又能協(xié)助糾偏進(jìn)行速度控制還能有效防止雙切剪，切邊剪和碎邊剪堆鋼。利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)邊緣檢測(cè)確定帶鋼寬度，通過(guò)特征分析來(lái)檢測(cè)成品的各種缺陷。機(jī)械視覺(jué)系統(tǒng)的成本對(duì)于酸洗線(xiàn)而言是微不足道的，但是有了它可以非常有效的降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約生產(chǎn)成本，提高質(zhì)量，并能提高生產(chǎn)效率從而增加經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：機(jī)械視覺(jué)酸洗邊緣檢測(cè)特征分析質(zhì)量檢測(cè)Abstract:Theapplicationofmachinevisiontosemi-automaticpicklingline,cancheckthedefectsofrawmaterialorproduct.Accordingtothesituationoftheheadortailofthestrip,thesystemcandevisethestripintosegments,andalsoprovideheapingstripindoubleshearorchopperbyedgedetectionandparticleanalysis.Thissystemcanmeasurethestrip,checkdefectsbyaseriesofcharacteranalysis.Thecosttopicklinglineisverycheap,butitcanreducetheintension,thecostofproduct,andenhancetheproductivitytoincreasethebenefit.Keyword:machinevisionpicklingedgedetectionpaticleanalysis0.引言酸洗是現(xiàn)代冷軋薄板中的一條重要工序，它的主要目的是用來(lái)除去冷軋前鋼板上的鐵銹。傳統(tǒng)的測(cè)量方法不但效率低下容易出錯(cuò)而且成本非常高，自動(dòng)化程度低下，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證已跟不上現(xiàn)代化的發(fā)展步伐。1.在上卷過(guò)程中，工人往往需要量帶鋼寬度。2.在生產(chǎn)過(guò)程中，需要人工檢查質(zhì)量，且檢查點(diǎn)距離酸洗槽出口較遠(yuǎn)，往往無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確的作出判斷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。3.在通常穿帶時(shí)，現(xiàn)在主要通過(guò)人們目測(cè)鋼帶是否上偏。往往這樣既耽誤時(shí)間又造成焊機(jī)焊接速度緩慢，且容易斷帶導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)被迫停產(chǎn)。4.在DANIELI系統(tǒng)中切頭，切尾是一個(gè)固定值。而且，在甩尾過(guò)程中容易跑尾，或由于其計(jì)算不準(zhǔn)造成切尾不準(zhǔn)，以致帶鋼停留在雙切剪內(nèi)導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)被迫停產(chǎn)。5.切邊剪，碎邊剪堆鋼同樣也是半連續(xù)式酸洗線(xiàn)的一個(gè)主要問(wèn)題，往往通過(guò)人目測(cè)發(fā)現(xiàn)，且處理緩慢。機(jī)器視覺(jué)在現(xiàn)代化的測(cè)控領(lǐng)域中被人們?nèi)找嬷匾暎瑧?yīng)用機(jī)器視覺(jué)于現(xiàn)代化的半連續(xù)酸洗線(xiàn)機(jī)能將顯著提高。1.系統(tǒng)組成硬件系統(tǒng)：由CCD攝像頭進(jìn)行圖像采集圖像采集卡進(jìn)行數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換。采用運(yùn)動(dòng)控制卡，通過(guò)伺服電機(jī)移動(dòng)攝像頭對(duì)鋼帶實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。軟件系統(tǒng)：在美國(guó)NI公司的虛擬儀器平臺(tái)LabVIEW上開(kāi)發(fā)。用LabVIEW的外掛工具包IMAQVision進(jìn)行圖像的采集、分析和處理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行鋼帶參數(shù)測(cè)量。IMAQVision集成了圖像采集、系統(tǒng)校準(zhǔn)、圖像分析、圖像處理、圖像存儲(chǔ)以及幾何量測(cè)量的各種函數(shù)，研究這些函數(shù)的算法與功能組合，可以高效率、高精度的完成鋼帶測(cè)量任務(wù)，并通過(guò)DataSocket傳輸給服務(wù)器。2.系統(tǒng)原理及關(guān)鍵技術(shù)：閾值處理技術(shù)與顆粒分析是現(xiàn)代圖像處理技術(shù)的一個(gè)重要的組成部分。在鋼帶測(cè)量中，閾值處理技術(shù)依靠閾值范圍分割目標(biāo)圖像和背景圖像；顆粒濾波在閾值處理后濾去絕大多數(shù)干擾信號(hào)，使圖像易于分析處理；顆粒分析則主要應(yīng)用于對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行分析并得出它的一些特征點(diǎn)為邊緣檢測(cè)打下了基礎(chǔ)。在選擇閾值時(shí)，要盡量選擇最佳閾值。所謂最佳閾值是指使圖像中目標(biāo)物和背景分割錯(cuò)誤最小的閾值。設(shè)一幅圖像只由目標(biāo)物和背景組成，這里認(rèn)為圖像是由暗背景上的亮物體組成。設(shè)其灰度分布概率密度分別為p1(z)和p2(z)。且已知目標(biāo)物像素?cái)?shù)占全圖像像素?cái)?shù)比為，因此該圖像總的灰度級(jí)概率密度分布p(Z)可用下式表示：)()1()()(21ZpZpZp假定所選的灰度級(jí)閾值為Zt，則凡是灰度級(jí)大于Zt的像素皆標(biāo)認(rèn)為是目標(biāo)物，小于Zt的像素皆算作為背景。定位邊緣在高層視覺(jué)模式分析、景物分割、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、立體深度測(cè)量中有著重要的用途。上文提到在有邊緣的地方灰度值變化較大，那么利用這一特性可知在有邊緣的地方其一階導(dǎo)數(shù)值為極值，其二階導(dǎo)數(shù)022dxfd。令其三階導(dǎo)數(shù)33dxfd，則有：當(dāng)=0,對(duì)應(yīng)不存在的邊；當(dāng)0,對(duì)應(yīng)虛邊。但由于圖像數(shù)字化，故而有時(shí)在將離散函數(shù)構(gòu)造成連續(xù)函數(shù)時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。因此，為了解決上述問(wèn)題我介紹如下兩個(gè)判定定理：定理1虛邊位于真實(shí)邊之間,則其對(duì)比度必小于相鄰的任意一條真實(shí)邊的對(duì)比度。定理2虛邊的強(qiáng)度正比于高斯空間常數(shù),而真實(shí)邊的強(qiáng)度反比于高斯空間常數(shù)。3.各部分測(cè)量及流程入口段帶鋼邊緣檢測(cè)：主要目的是確定帶鋼位置和邊緣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)鋼帶穿帶時(shí)自動(dòng)對(duì)中確立帶頭剪切長(zhǎng)度及入口段和工藝段的最高速度，在帶鋼甩尾時(shí)的長(zhǎng)度并避免出現(xiàn)部分帶鋼滯留在雙切間內(nèi)，由帶頭帶尾或?qū)χ胁粶?zhǔn)引發(fā)焊機(jī)焊接出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，和在入口段和工藝段出現(xiàn)刮鋼。判斷有無(wú)帶鋼找出帶鋼邊緣確定帶鋼中心是不是在軋制線(xiàn)中心判斷帶鋼邊緣質(zhì)量判斷帶鋼寬度切帶頭：穿帶時(shí)檢測(cè)到帶鋼隨著鋼帶運(yùn)行判斷邊緣質(zhì)量當(dāng)檢測(cè)到鋼帶邊緣滿(mǎn)足要求時(shí)經(jīng)過(guò)6s（T=攝像頭到雙切剪距離除以穿帶速度，通常距離為5.5m，穿帶速度為1m/s）后停止剪切對(duì)中：在以前Danieli采用的是傳統(tǒng)CPC對(duì)中裝置。在這里由于我們運(yùn)用了機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，可以將前后測(cè)量結(jié)果，和邊緣情況考慮進(jìn)去，從而濾去測(cè)量誤差和由邊緣質(zhì)量差或有邊浪引起的誤差推導(dǎo)出變化趨勢(shì)在進(jìn)行對(duì)中糾偏。這也是傳統(tǒng)“CPC”所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。甩尾：進(jìn)入甩尾階段后在剩余帶鋼小于15m時(shí)發(fā)現(xiàn)帶鋼質(zhì)量有問(wèn)題時(shí)則開(kāi)始切尾，若大于15m發(fā)現(xiàn)帶鋼質(zhì)量差則詢(xún)問(wèn)操作工。當(dāng)攝像頭檢測(cè)不到帶鋼時(shí)，5.5s后雙切剪停止剪切。這樣可以保證最后一段帶鋼的長(zhǎng)度在0.5到1.5米之間。出口段：檢驗(yàn)切邊剪切邊質(zhì)量，檢查碎邊剪。檢查鋼帶是否存在缺陷，其是否合格。切邊剪：利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)邊緣質(zhì)量，并依據(jù)邊緣質(zhì)量調(diào)整overlap和gap兩個(gè)量并改變邊緣質(zhì)量。碎邊剪：通過(guò)檢測(cè)碎邊的長(zhǎng)度辨別工作的刀數(shù)，若有碎邊剪的一個(gè)刀或幾個(gè)刀出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)它的邊長(zhǎng)和將會(huì)發(fā)生變化。4.結(jié)論：該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于冷軋，酸軋，重卷，平整等生產(chǎn)線(xiàn)。它可以提高0.5%以上成材率，日產(chǎn)量提高10%，同時(shí)也大大降低了機(jī)電設(shè)備故障。為廠節(jié)約成本約為：2,400,000t0.5%=12000t熱軋薄板。提高經(jīng)濟(jì)效益為約為4800萬(wàn)元（根據(jù)現(xiàn)在冷板價(jià)和熱板價(jià)）。參考文獻(xiàn)：LabVI