將機(jī)械視覺運(yùn)用于酸洗線.doc

將機(jī)械視覺運(yùn)用于酸洗線王永奎周研胡雪生摘要：應(yīng)用機(jī)械視覺于現(xiàn)代化的半連續(xù)式酸洗生產(chǎn)線檢測原料和成品的各種缺陷，通過頭尾板型情況確定切頭甩尾長度并能自動(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)器視覺系統(tǒng)通過邊緣檢測確定帶鋼寬度，通過特征分析來檢測成品的各種缺陷。機(jī)械視覺系統(tǒng)的成本對于酸洗線而言是微不足道的，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)械視覺酸洗邊緣檢測特征分析質(zhì)量檢測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除去冷軋前鋼板上的鐵銹。傳統(tǒng)的測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.在上卷過程中，工人往往需要量帶鋼寬度。2.在生產(chǎn)過程中，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)在主要通過人們目測鋼帶是否上偏。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)式酸洗線的一個(gè)主要問題，往往通過人目測發(fā)現(xiàn)，且處理緩慢。機(jī)器視覺在現(xiàn)代化的測控領(lǐng)域中被人們?nèi)找嬷匾?，?yīng)用機(jī)器視覺于現(xiàn)代化的半連續(xù)酸洗線機(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，通過伺服電機(jī)移動(dòng)攝像頭對鋼帶實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測。軟件系統(tǒng)：在美國NI公司的虛擬儀器平臺(tái)LabVIEW上開發(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量任務(wù)，并通過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，使圖像易于分析處理；顆粒分析則主要應(yīng)用于對目標(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概率密度分布p(Z)可用下式表示：)()1()()(21ZpZpZp假定所選的灰度級閾值為Zt，則凡是灰度級大于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模式分析、景物分割、運(yùn)動(dòng)檢測、立體深度測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,對應(yīng)不存在的邊；當(dāng)0,對應(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,則其對比度必小于相鄰的任意一條真實(shí)邊的對比度。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.各部分測量及流程入口段帶鋼邊緣檢測：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)對中確立帶頭剪切長度及入口段和工藝段的最高速度，在帶鋼甩尾時(shí)的長度并避免出現(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)量問題，和在入口段和工藝段出現(xiàn)刮鋼。判斷有無帶鋼找出帶鋼邊緣確定帶鋼中心是不是在軋制線中心判斷帶鋼邊緣質(zhì)量判斷帶鋼寬度切帶頭：穿帶時(shí)檢測到帶鋼隨著鋼帶運(yùn)行判斷邊緣質(zhì)量當(dāng)檢測到鋼帶邊緣滿足要求時(shí)經(jīng)過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）后停止剪切對中：在以前Danieli采用的是傳統(tǒng)CPC對中裝置。在這里由于我們運(yùn)用了機(jī)器視覺系統(tǒng)，可以將前后測量結(jié)果，和邊緣情況考慮進(jìn)去，從而濾去測量誤差和由邊緣質(zhì)量差或有邊浪引起的誤差推導(dǎo)出變化趨勢在進(jìn)行對中糾偏。這也是傳統(tǒng)“CPC”所無法實(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)量有問題時(shí)則開始切尾，若大于15m發(fā)現(xiàn)帶鋼質(zhì)量差則詢問操作工。當(dāng)攝像頭檢測不到帶鋼時(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)器視覺檢測邊緣質(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：通過檢測碎邊的長度辨別工作的刀數(shù)，若有碎邊剪的一個(gè)刀或幾個(gè)刀出現(xiàn)問題時(shí)它的邊長和將會(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。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4800萬元（根據(jù)現(xiàn)在冷板價(jià)和熱板價(jià)）。參考文獻(xiàn)：LabVI