本发明涉及一种轧辊磨削辅助设备，特别涉及一种轧辊磨削表面清洁及机器视觉检测系统。
背景技术：
轧辊磨削表面质量是影响轧制产品质量及稳定性、轧制工序连续性等的重要因素，轧辊修磨时间及质量是影响轧制生产线效率及工艺稳定性的重要因素。目前轧辊磨削表面偶发性的短划痕、微振纹、斑点、网纹、螺旋纹等缺陷是影响轧辊磨削质量的关键因素，这些缺陷的发生频率与强度是国产轧辊磨床与国外轧辊磨床磨削水平的主要差距所在。
由于目前轧辊磨削过程中常用的涡流探伤、超声波探伤等自动化缺陷检测手段无法对上述表面缺陷进行有效检测，针对该类型缺陷主要以人工肉眼检测方式为主，即通过经验丰富的磨削师傅在特定角度及合适光照条件下对磨削后轧辊表面进行观察评判。这种人工检测方法对经验要求高，检测主观性强，检测效率及准确性较差，漏检率较高，且只能实现定性的判别而无法进行定量的评估。且由于肉眼观测的主观性，针对上述缺陷的检测无法制定统一的检测标准，存在因检测人员、场景的不同而得出不同的检测结果。且即使轧辊表面的微弱缺陷也可能对轧制产品质量产生重大影响的情况，使得检测难度进一步提升，漏检率增大。由于轧辊磨削过程时间长、轧制产品表面质量要求通常较高，轧辊磨削表面缺陷漏检可能导致轧制产品质量降级甚至报废，缺陷轧辊返回磨辊间重新修磨也会极大降低生产效率，所以提高轧辊磨削缺陷检测的效率、准确性，减少漏检、误检，对提升轧辊磨削质量稳定性、效率有着重要影响。
技术实现要素：
为了弥补以上不足，本发明提供了一种轧辊磨削表面清洁及机器视觉检测系统，该轧辊磨削表面清洁及机器视觉检测系统能够实现轧辊磨削表面短划痕、微振纹、螺旋纹、网纹、斑点等缺陷的定性与定量检测，提高轧辊磨削表面缺陷检测的效率与准确性。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轧辊磨削表面清洁及机器视觉检测系统，包括检测支架、轧辊清洁系统、照明装置、图像采集系统和图像处理与分析系统，所述检测支架能够安装于用于能够转动的定位轧辊的轧辊定位装置上，轧辊清洁系统、照明装置和图像采集系统分别安装于检测支架上，其中轧辊清洁系统能够对轧辊表面进行清洁处理，照明装置能够向经过清洁处理的轧辊表面指定位置投射线性光线，图像采集系统能够对经过照明装置照射的轧辊表面指定位置进行成像并传信于图像处理与分析系统，图像处理与分析系统能够对图像进行分析处理并进行检测结果的输出。
作为本发明的进一步改进，所述轧辊定位装置为轧辊磨床或轧辊测量平台。
作为本发明的进一步改进，所述检测支架包括水平横梁、照明支架、照明滑块、照明摆臂、成像支架、成像摆臂、清洁支架、清洁滑块、第一水平调节装置、第二水平调节装置、第三水平调节装置、第一竖直调节装置、第二竖直调节装置、第一转动调节装置和第二转动调节装置，所述水平横梁垂直轧辊轴向延伸的安装于轧辊定位装置上，照明支架、成像支架和清洁支架分别能够沿水平横梁延伸方向滑动的定位于水平横梁上，照明滑块和清洁滑块分别能够沿纵向滑动的对应定位于照明支架和清洁支架上，照明摆臂和成像摆臂分别能够绕平行于轧辊轴向的水平轴转动的对应定位于照明滑块和成像支架上，照明装置、图像采集系统和轧辊清洁系统分别对应的固定安装于照明摆臂、成像摆臂和清洁滑块上，第一、二、三水平调节装置分别用于调节定位照明支架、成像支架和清洁支架沿垂直轧辊轴向方向的位置，第一、二竖直调节装置分别用于调节和定位照明滑块和清洁滑块沿纵向位置，第一、二转动调节装置分别用于调节和定位照明摆臂和成像摆臂绕平行轧辊轴向的水平轴旋转角度位置。
作为本发明的进一步改进，检测支架还包括支撑梁，所述支撑梁能够固定安装于轧辊定位装置上(支撑梁最佳安装在轧辊定位装置(磨床或测量平台)的运动部件(拖板)上或能与之相对运动的连接)，水平横梁能够沿纵向滑动的安装于支撑梁上，还设有第三竖直调节装置，所述第三竖直调节装置用于调节和定位水平横梁纵向位置。
作为本发明的进一步改进，所述第一、二、三水平调节装置、第一、二竖直调节装置和第一、二旋转调节装置均包括握柄和紧固螺钉，紧固螺钉与握柄相连，所述照明支架上设有沿竖直方向延伸的第一竖直轨道，支撑梁上设有竖直方向延伸的第二竖直轨道，水平横梁上设有沿水平方向延伸的水平轨道，所述第一、二竖直轨道和水平轨道内分别能够滑动的嵌设有夹紧滑块，第一、二、三水平调节装置和第一、二竖直调节装置的紧固螺钉分别轴向止动且圆周方向能够传动的安装于照明支架、成像支架、清洁支架、照明滑块和水平横梁上，且第一、二、三水平调节装置和第一、二竖直调节装置的紧固螺钉分别与水平轨道内各个对应的夹紧滑块和第一、二竖直轨道内各个夹紧滑块活动螺接，所述水平轨道的侧壁能够紧密夹设于水平轨道内各个夹紧滑块分别与照明支架、成像支架、清洁支架之间，第一、二竖直轨道的侧壁能够紧密夹设于其内夹紧滑块与照明滑块、水平横梁之间，所述清洁支架上设有纵向延伸的直径能够收缩的穿孔，清洁滑块为供气管道，供气管道插设于清洁支架的穿孔内，清洁支架的穿孔内侧壁能够紧密夹持供气管道外侧壁，所述照明摆臂和成像摆臂上分别设有圆弧形长条孔，第一、二旋转调节装置的紧固螺钉分别穿过照明摆臂和成像摆臂上圆弧形长条孔并与照明滑块和成像支架活动螺接，照明摆臂和成像摆臂的侧壁能够紧密夹设于第一、二旋转调节装置的紧固螺钉头部与照明滑块和成像支架之间。
作为本发明的进一步改进，所述轧辊清洁系统包括喷头和高压气源，所述喷头进气口与高压气源连通，喷头的出气口恰与轧辊表面相对。
作为本发明的进一步改进，所述轧辊清洁系统还包括过滤器，所述过滤器衔接于高压气源和喷头之间，空滤器能够对进入喷头内的高压气体进行水分和杂质的过滤处理。
作为本发明的进一步改进，所述轧辊清洁系统还包括用于调节空气流量的球阀，喷头为多孔道扇形喷头。
作为本发明的进一步改进，所述照明装置为线形光源，图像采集系统为线阵相机。
作为本发明的进一步改进，还设有轧辊转速测量装置，轧辊转速测量装置能够实时测量轧辊定位装置上轧辊的转速并传信于控制系统，控制系统能够控制线阵相机行频或轧辊定位装置上的轧辊转速。
本发明的有益技术效果是：本发明通过光源、相机及相应的控制模块组成的图像采集硬件系统进行图像的采集，通过计算机及相应软件进行图像处理与分析，实现缺陷图像采集、展示、分类识别、缺陷评估、超限报警等功能，实现轧辊表面缺陷自动化检测，提高检测效率与准确性，并避免了人工检测的主观性等不足。本发明通过与肉眼观测相似原理的机器视觉方法实现对轧辊表面缺陷的有效检测，采用压缩空气吹扫对轧辊表面清洁、干燥，保证了机器视觉成像质量，实现了对现有人工肉眼检测方式的替代，有效提高了检测效率，减少了缺陷漏检、误检等情况发生。
附图说明
图1为本发明采用先清洁后检测的测量方式的检测原理图；
图2为本发明采用清洁与检测同时进行的测量方式的检测原理图；
图3为本发明采用单个喷头进行轧辊清洁的结构原理图；
图4为本发明采用多个喷头进行轧辊清洁的结构原理图；
图5为本发明的轧辊清洁系统、照明装置和图像采集系统位置调节结构立体图；
图6为本发明的轧辊清洁系统、照明装置和图像采集系统位置调节结构主视图；
图7为本发明在轧辊测量平台上对轧辊表面进行离线检测状态图；
图8为本发明在离线检测状态时的测量架三维结构示意图；
图9为本发明的多孔道扇形喷头气流流动状态图。
具体实施方式
实施例：一种轧辊磨削表面清洁及机器视觉检测系统，包括检测支架、轧辊清洁系统2、照明装置3、图像采集系统4和图像处理与分析系统17，所述检测支架能够安装于用于能够转动的定位轧辊的轧辊定位装置上，轧辊清洁系统2、照明装置3和图像采集系统4分别安装于检测支架上，其中轧辊清洁系统2能够对轧辊6表面进行清洁处理，照明装置3能够向经过清洁处理的轧辊表面指定位置投射线性光线，图像采集系统4能够对经过照明装置3照射的轧辊表面指定位置进行成像并传信于图像处理与分析系统17，图像处理与分析系统17能够对图像进行分析处理并进行检测结果的输出。
图像处理与分析系统17可以是工业计算机和嵌入式处理器中的一种或二者组合及相应的软件组成，对图像采集系统4采集的图像进行预处理、图像分割、特征提取、缺陷分类识别等，同时可对处理结果进行图形化界面显示，并进行超限报警等。上述轧辊清洁系统2与图像采集系统4工作顺序可以先清洁后成像检测或清洁与成像检测同时进行。先清洁后检测方式即先对轧辊6表面待测区域18进行清洁干燥，然后再对该清洁后区域19进行照明成像检测；清洁与检测同时进行方式即清洁与照明成像检测同时进行，但二者区域相应错开。
所述轧辊定位装置为轧辊磨床或轧辊测量平台。本专利可以通过安装于磨床上进行在位测量，也可安装于单独的具有轧辊夹持与旋转功能的测量平台上进行离线测量。
所述检测支架包括水平横梁7、照明支架8、照明滑块9、照明摆臂10、成像支架11、成像摆臂12、清洁支架13、清洁滑块14、第一水平调节装置、第二水平调节装置、第三水平调节装置、第一竖直调节装置、第二竖直调节装置、第一转动调节装置和第二转动调节装置，所述水平横梁7垂直轧辊轴向延伸的安装于轧辊定位装置上，照明支架8、成像支架11和清洁支架13分别能够沿水平横梁7延伸方向滑动的定位于水平横梁7上，照明滑块9和清洁滑块14分别能够沿纵向滑动的对应定位于照明支架8和清洁支架13上，照明摆臂10和成像摆臂12分别能够绕平行于轧辊轴向的水平轴转动的对应定位于照明滑块9和成像支架11上，照明装置3、图像采集系统4和轧辊清洁系统2分别对应的固定安装于照明摆臂10、成像摆臂12和清洁滑块14上，第一、二、三水平调节装置分别用于调节定位照明支架8、成像支架11和清洁支架13沿垂直轧辊轴向方向的位置，第一、二竖直调节装置分别用于调节和定位照明滑块9和清洁滑块14沿纵向位置，第一、二转动调节装置分别用于调节和定位照明摆臂10和成像摆臂12绕平行轧辊轴向的水平轴旋转角度位置。通过上述结构可以实现各种规格轧辊表面任意位置的清洁，清洁彻底，照明装置3本身可以在垂直轧辊轴线的平面内进行两个自由度的平移调整，同时可以随测量装置整体沿轧辊轴向移动，可以沿平行轧辊轴向的水平轴旋转调节，进而实现轧辊表面任意位置照明需求的调节，照明装置3通过绕平行轧辊轴向的水平轴转动实现角度调整，线形光源长度方向始终平行轧辊轴线，照明角度相对于轧辊表面法线在0-90度之间(相机接收光线方向也为与轧辊表面法线夹角0-90度，从而照明光线、接收光线夹角在0-180度之间)，同时实现轧辊上任意经过照明区域进行清晰成像，进而实现不同规格轧辊表面任意位置的高精度缺陷检测。
检测支架还包括支撑梁15，所述支撑梁15能够固定安装于轧辊定位装置上(支撑梁15最佳安装在轧辊定位装置(磨床或测量平台)的运动部件(拖板)上或能与之相对运动的连接)，水平横梁7能够沿纵向滑动的安装于支撑梁15上，还设有第三竖直调节装置，所述第三竖直调节装置用于调节和定位水平横梁7纵向位置。通过水平横梁7在支撑梁15上高度调节，实现不同规格轧辊检测时，轧辊清洁系统2、照明装置3和图像采集系统4同步进行高度调节，提高调节效率。
所述第一、二、三水平调节装置、第一、二竖直调节装置和第一、二旋转调节装置均包括握柄1和紧固螺钉，紧固螺钉与握柄1相连，所述照明支架8上设有沿竖直方向延伸的第一竖直轨道，支撑梁15上设有竖直方向延伸的第二竖直轨道，水平横梁7上设有沿水平方向延伸的水平轨道，所述第一、二竖直轨道和水平轨道内分别能够滑动的嵌设有夹紧滑块，第一、二、三水平调节装置和第一、二竖直调节装置的紧固螺钉分别轴向止动且圆周方向能够传动的安装于照明支架8、成像支架11、清洁支架13、照明滑块9和水平横梁7上，且第一、二、三水平调节装置和第一、二竖直调节装置的紧固螺钉分别与水平轨道内各个对应的夹紧滑块和第一、二竖直轨道内各个夹紧滑块活动螺接，所述水平轨道的侧壁能够紧密夹设于水平轨道内各个夹紧滑块分别与照明支架8、成像支架11、清洁支架13之间，第一、二竖直轨道的侧壁能够紧密夹设于其内夹紧滑块与照明滑块9、水平横梁7之间，所述清洁支架13上设有纵向延伸的直径能够收缩的穿孔，清洁滑块14为供气管道，供气管道插设于清洁支架13的穿孔内，清洁支架13的穿孔内侧壁能够紧密夹持供气管道外侧壁，所述照明摆臂10和成像摆臂12上分别设有圆弧形长条孔，第一、二旋转调节装置的紧固螺钉分别穿过照明摆臂10和成像摆臂12上圆弧形长条孔并与照明滑块9和成像支架11活动螺接，照明摆臂10和成像摆臂12的侧壁能够紧密夹设于第一、二旋转调节装置的紧固螺钉头部与照明滑块9和成像支架11之间。通过握柄1把手带动紧固螺丝旋转实现照明装置3、轧辊清洁系统2和图像采集系统4位置和角度的调节，调节方便，其中握柄1把手最好与紧固螺钉铰接，方便操作，不占用空间，能够提供较大的扭矩，当然上述的各个调节装置也可以采用电子驱动装置，如气缸、马达等，通过控制系统实现自动位置调节，此为本领域技术人员根据本专利很容易想到的等同替换结构，经过上述调节机构可以使得该清洁和检测系统适用辊径范围为20-2000mm的轧辊检测，光源、相机位置及中心线夹角可根据检测缺陷类型进行调整，以形成不同的照明方式与成像角度。成像支架11和图像采集系统4可旋转调整使相机中心线与对应轧辊表面法线夹角在0°-90°之间变化，照明装置3可旋转调整使光源发出光线与对应轧辊表面法线夹角在0°-90°之间变化，光源中心线与相机中心线夹角在0°-180°之间变化。
所述轧辊清洁系统2包括喷头16和高压气源21，所述喷头16进气口与高压气源21连通，喷头16的出气口恰与轧辊表面相对。轧辊磨削过程使用的磨削液会在轧辊表面形成水渍，极大地影响成像效果、增大缺陷图像处理难度、降低检测准确率，磨削后残留在轧辊表面的破碎磨粒、切屑等也会对斑点等缺陷检测形成不利影响。所以在进行机器视觉检测前需要对轧辊表面进行清洁、干燥处理以保证成像质量，增强检测效果。压缩空气是工业领域应用广泛的吹扫介质，能够完成吹掉水渍、清扫、干燥、等诸多工作。在本发明中，通过选用适当的喷头16，将压缩空气形成较均匀层流吹在轧辊表面，有效清除磨削液、磨削残留物等，实现轧辊磨削表面的清洁、干燥，保证成像清晰。高压气源21可以单独配置空气压缩机等供气系统来提供，也可以在条件允许的情况下由工厂压缩空气系统提供。根据检测轧辊大小、检测效率要求等，可选用单个喷头16进行清洁，或采用多个喷头16联合的方式提高清洁效率。
所述轧辊清洁系统2还包括过滤器，所述过滤器衔接于高压气源21和喷头16之间，空滤器能够对进入喷头16内的高压气体进行水分和杂质的过滤处理。通过过滤器过滤水分和杂质，保证清扫空气干燥洁净无杂质。
所述轧辊清洁系统2还包括用于调节空气流量的球阀，喷头16为多孔道扇形喷头16。喷头16最佳选用lechler品牌的600.130系列的多孔道扇形喷头16，多孔道结构降低噪音水平，气流均分在几个孔道产生均匀、平直、强力的空气吹扫气流，用于空气清扫的喷头16可以通过调节球阀来调节空气流量来满足不同轧辊检测需求。
所述照明装置3为线形光源，图像采集系统4为线阵相机。线形光源采用蓝光或绿光的单色光源，如可以是激光光源、led光源、光纤光源或荧光灯。线阵相机采用由电荷耦合元件(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)构成的光敏单元；其镜头可通过附加透镜(组)、滤光片、偏振片等光学元件以增强成像效果。线形光源为被测轧辊表面区域提供线形、均匀、高亮度的照明，其发出光线经轧辊表面反射后通过线阵相机的镜头被线阵相机采集，由于轧辊磨削表面为高广泽圆柱面，表面反光严重，若采用面阵相机进行成像只能获得表面的局部区域图像，且测量区域往往存在严重的反光，成像质量差。本专利采用线阵相机成像克服上述测量问题，由于线阵相机每次扫描只采集一行或几行像素，可以克服圆柱面形的影响。采用线光源可以提供适配于线阵相机拍照的高亮度、高均匀度照明，同时也利于突出缺陷特征，避免面光源均匀照射引起不同位置反射光干扰引起的特征弱化。此外，采用波长较短的蓝光或绿光单色光源也有利于加强缺陷特征。
还设有轧辊转速测量装置，轧辊转速测量装置能够实时测量轧辊定位装置上轧辊的转速并传信于控制系统，控制系统能够控制线阵相机行频或轧辊定位装置上的轧辊转速。
当线阵相机与轧辊磨床按照预先设定运行后，通过轧辊转速测量装置直接或间接测量轧辊转速并反馈给控制系统，控制系统根据轧辊转速测量结果调节线阵相机行频，或通过控制系统及轧辊磨床数控系统20调节轧辊转速，从而使线阵相机采集图像不发生失真。轧辊转速测量装置可选用编码器等对轧辊转速进行直接测量，也可采用转角测量装置测量轧辊转角与时间，进而间接得到轧辊转速。