基于线激光源的中厚板形貌检测系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及形貌检测系统及其方法，尤其涉及一种基于激光源的中厚板形貌检测系统及其方法。
【背景技术】
[0002]中厚钢板板材作为在国民经济和国防建设相关领域具有广泛应用的零部件或原材料，一直以来对中厚钢板的形貌检测技术具有强烈的需求。特别是随着该类部件向生产规模化、使用环境极端化以及相关设备大型化和高速化等方向飞速发展，中厚钢板的形貌检测技术更加体现出其重要性和迫切性，并在可靠性、实时性及其自动在线检测能力等方面对该技术提出了更高的要求。目前，尽管中厚板形貌检测技术种类众多，但是由于基于激光的图像检测技术的可靠性不断改善，加之其在安全性、适用性、自动化能力以及特征提取丰富性等方面具有其它方法难以媲美的优势，该技术已成为形貌检测领域应用最为广泛及蕴含巨大发展潜力的方法之一，并成为相关研宄的热点。因此，以具有广泛应用场合和巨大市场潜力的中厚板板材为检测对象，开展高性能自动化在线图像检测理论和技术的研宄，赋予其高可靠、高实时和高精度的检测能力，具有十分重要的理论意义和实用价值。
[0003]基于激光场可控的高性能自动化在线中厚板形貌检测技术，是指不同的工况下，检测不同参数的板材时，可以自适应地改变激光场，以最佳光源组合、最佳角度投射到在辊道上运动的板材上，利用高速相机，并经实时处理分析后，完成板材头尾形状、宽度、长度、侧形状、镰刀弯和平直度等方面的自动检测。在国外，工业发达国家已率先在理论、技术和应用等多层次针对这种技术开展了研宄，瑞典ABB、德国LAP、加拿大的KELK、比利时的IRMgroup等著名公司从上世纪就逐步推出实用化的产品，尤为在钢板自动化在线质量检测中得到最为广泛地应用。
[0004]目前，由于没有采用优化的激光场可控技术，一旦被测钢板没有右对齐，检测到的数据无法对形貌进行拟合；而粉尘、水珠等环境干扰，将使检测到的图像模糊，从而影响精度。另外，一旦系统存在问题，国外研宄厂家因系统不够成熟，维修拖拉，严重影响进度。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于激光源的中厚板形貌检测系统及其方法。
[0006]基于激光源的中厚板形貌检测系统包括封闭箱体、corns工业相机、USB扩展卡、热源、温度传感器、温度控制器、计算机、串口转换器、计数器、光电信号接收器、待测中厚板、光电激光发生器、线激光发生器、步进电机驱动器、线激光支架、传送带速度控制器、步进电机、线激光强度控制器；封闭箱体内设有corns工业相机、USB扩展卡、线激光发生器、步进电机驱动器、线激光支架、步进电机，USB扩展卡与多个corns工业相机相连，线激光支架上设有线激光发生器、步进电机，步进电机驱动器与步进电机相连，封闭箱体上设有热源、温度传感器，温度控制器分别与热源、温度传感器相连，计算机分别与温度控制器、串口转换器、步进电机驱动器、传送带速度控制器、线激光强度控制器相连，计数器分别与串口转换器、光电信号接收器、光电激光发生器相连，线激光发生器与线激光强度控制器相连。
[0007]基于激光源的中厚板形貌检测方法包括如下步骤:
[0008]I)待测中厚板表面高度测量:
[0009]通过线激光发生器所形成的的亮线的纵向像素坐标与待测中厚板表面高度之间的关系，得到中厚板表面高度值。
[0010]2)检测系统的多高度标定:
[0011]采用多高度标定的方式来对检测系统进行视觉标定，以得到图像中像素所表示的实际长度值视觉重叠区域和图像中亮线的纵向坐标与标定高度的函数关系。
[0012]3)基于Iabview的图像提取:
[0013]工业相机对传送带上的待测中厚板图像进行拍摄获取，然后通过基于Iabview的编程实现其与计算机的通讯，并实现设定间隔定时拍摄，调整像素功能；
[0014]4)图像处理:
[0015]原始获取待测中厚板图像信息存在很多缺陷，需要进行抗干扰处理，其中包括图像噪声处理以及二值化处理。
[0016]5)图像拼接:
[0017]检测系统的图像获取工具由两个工业相机组成，两个相机分别获取测中厚板图像信息，通过对两个图像的拼接处理，从而有效避开相机视觉重叠区域的影响。
[0018]6)计数器测速
[0019]首先通过光电信号接收器向计数器传递脉冲信息，并与计算机通讯，获取脉冲信号，通过脉冲间隔的距离换算，得出测中厚板图像有关的横向坐标信息。
[0020]7)轮廓拟合
[0021]通过图像处理以及图像拼接技术，最终获取到待测中厚板图像两端的端点信息，即纵向坐标的信息，同时通过计数器测速原理获取的速度信息通过距离换算得到横向坐标的信息，通过曲线拟合的方法实现待测中厚板轮廓拟合。
[0022]所述的步骤I)包括:线激光发生器以设定角度打在待测中厚板上，待测中厚板表面高度发生变化时，激光线就会随之沿着待测中厚板长度方向移动，线激光发生器所成的亮线的纵向像素坐标与待测中厚板表面高度之间的存在线性关系，通过获取不同的高度情况下的亮线的纵向像素坐标，进行曲线拟合，利用拟合的函数表达式计算出待测中厚板表面的高度值。
[0023]所述的步骤2)包括:多高度标定的原理为先用已知长度的标定板，通过升降来改变其表面高度，通过工业相机获取不同高度情况下的线激光发生器所成亮线的纵向坐标值以及两个工业相机的图像重叠区域，利用曲线拟合的方式分别求得图像中像素所表示的实际长度值λ、视觉重叠区域K和图像中亮线的纵向坐标Y与标定板高度的函数关系。再通过已得的函数关系更加精确地检测出待测中厚板11空间位置坐标和带高表面的高度值。
[0024]所述的步骤4)包括:随机噪声是影响图像质量和检测结果的主要噪声成分，针对包含在图像中的随机噪声，也考虑到算法的复杂程度，选用空间域去噪方法来对中厚板所得图像进行消噪，实验用中值滤波的方式来消噪，中值滤波是简单实用的非线形滤波方法，用模板领域内的像素值来代替中心像素点的值，消噪处理后用改进型的Ostu全局阈值算法进行二值化处理，改进型Ostu根据不同图像的采用不同的阈值。
[0025]所述的步骤5)包括:待测中厚板图像中亮线左端点到视觉中心线横向的像素个数为W2和右相机图像中亮线右端点到视觉中心线横向的像素个数为W 3，经工业相机的视觉标定后，通过以下公式将图像中亮线端点的像素坐标转换成待测中厚板侧边边缘的空间位置坐标；
[0026]中厚板左侧边缘的空间位置Y2S:
[0027]Y2= λ.ff2
[0028]中厚板右侧边缘的空间位置Y3S:
[0029]Y3= λ.ff3
[0030]上式中，λ为待测中厚板图像中一像素所表示的实际长度，λ与被测中厚板表面离相机平面的距离h有关，通过工业相机标定确定λ与h之间的关系，1为两相机之间的安装距离，是系统的一个已知参数；
[0031]待测中厚板的宽度Y通过如下公式计算得到:
[0032]Y = Y,+Y2+Y3
[0033]即
[0034]Y = Υ^λ.Ι2+λ.W3。
[0035]所述的步骤6)包括:由于工业相机设定间隔定时拍摄，不同时间点获得的待测中厚板图像纵向坐标对应的横向坐标与待测中厚板的移动速度成线性关系，通过获取待测中厚板的移动速度实现其横向坐标的获取，通过Labview软件中的事件结构截取两个脉冲之间的时间数据T，由于两个脉冲之间的孔间距离S已知，通过V = S/T得到所需要的速度，同时通过函数设计使用加权平均值以及边界条件设定的方法来排除错误的速度信息:
[0036]V= a Ji+a 2Vh+α #卜2，其中 a j+ α 2+ α 3= I
[0037]当Vi不被干扰，即信息处于正确范围η彡V m，n、m以实验要求而定，则α 1 =0.9，α 2二 0.05，α 3二 0.05，
[0038]若获取的信息中ViF在