一种圆钢表面成像调节装置及方法

摘要

本发明属于成像调节技术领域，并具体公开了一种圆钢表面成像调节装置，包括支撑模块、调节模块和成像模块，支撑模块包括底板、设于底板上方的顶板及连接底板和顶板的支撑板，底板和顶板之间还设置有立柱；调节模块包括升降油缸，升降油缸固定在顶板上，其内部设置有第一位移传感器，其活塞杆下方设置有定位凸台；成像模块包括安装架和多个成像单元，安装架安装在定位凸台下方并安装在导向板上，其轴线与水平面平行，导向板套装在立柱上；圆柱体上开设有呈环形分布的多个导向槽，多个成像单元依次插入对应导向槽中，并面向中空圆柱体内部的待测圆钢。本发明可实现多个相机高度及距圆钢表面距离的实时高精度调整，具有结构简单、操作便利等优点。

权利要求

1.一种圆钢表面成像调节装置，其特征在于，包括支撑模块、调节模块和成像模块，其中：

所述支撑模块包括底板(1)、设于底板(1)上方的顶板(8)以及用于连接底板(1)和顶板(8)的支撑板(3)，所述底板(1)和顶板(8)之间还设置有立柱(4)；

所述调节模块包括升降油缸(10)，该升降油缸(10)固定在所述顶板(8)上，并且其内部设置有第一位移传感器(24)，该第一位移传感器(24)用于对升降油缸活塞杆的伸出长度进行实时测量，升降油缸活塞杆的下方设置有定位凸台(14)；

所述成像模块包括安装架(7)和多个成像单元，所述安装架(7)安装在所述定位凸台(14)的下方，其为中空的圆柱体，并且其轴线与水平面平行，该圆柱体的中空部分用于放置待测圆钢，所述安装架(7)安装在导向板(5)上，该导向板(5)套装在所述立柱(4)上；所述圆柱体上开设有呈环形分布的多个导向槽(23)，多个成像单元依次插入对应导向槽(23)中，并面向中空圆柱体内部的待测圆钢；所述成像单元包括调整油缸(19)，该调整油缸(19)内设置有第二位移传感器(18)，用于对调整油缸活塞杆的伸出长度进行实时测量，所述调整油缸活塞杆与连接块(21)相连，该连接块(21)上安装有摄像头(22)，所述摄像头(22)面向中空圆柱体内部的待测圆钢，以对圆钢的圆形表面进行多点成像。

2.如权利要求1所述的圆钢表面成像调节装置，其特征在于，所述连接块(21)的截面尺寸和导向槽(23)的尺寸相同，以避免摄像头(22)在移动过程中发生偏摆。

3.如权利要求1所述的圆钢表面成像调节装置，其特征在于，所述导向槽(23)面向圆钢的一侧安装有防尘罩(16)。

4.如权利要求1-3任一项所述的圆钢表面成像调节装置，其特征在于，所述安装架(7)上设置有排气孔(17)。

5.一种采用如权利要求1-4任一项所述的圆钢表面成像调节装置进行成像调节的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1放置直径为d0的圆钢，利用升降油缸活塞杆的伸缩调整安装架(7)，使安装架(7)的圆心与圆钢圆心重合，将此时升降油缸(10)内的第一位移传感器(24)的数值作为基准值，标定为H0；

S2调整安装架(7)内各调整油缸(19)的活塞杆伸缩量，使各摄像头(22)距离圆钢圆心的位置相同且图像清晰度达到最佳，将此时调整油缸(19)内的第二位移传感器(18)的数值作为基准值，标定为R0；

S3当检测直径为di的圆钢时，升降油缸(10)调整并带动安装架(7)移动ΔH高度，ΔH＝(di-d0)/2；

S4当升降油缸(10)到位后，各调整油缸(19)带动对应的摄像头(22)在导向槽(23)内移动ΔR距离，ΔR＝(di-d0)/2；

S5当结束直径为di圆钢的检测时，调节升降油缸活塞杆及调整油缸活塞杆，使第一位移传感器(24)和第二位移传感器(18)的数值恢复至基准值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述d0＝6mm；di＝8-32mm。

说明书

一种圆钢表面成像调节装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于成像调节技术领域，更具体地，涉及一种圆钢表面成像调节装置及方法。

背景技术

[0002] 随着市场经济的发展，对于产品质量要求不断提高，如何在线对产品进行快速检测尤为重要。对于钢铁产品而言，大多采用CCD相机对钢铁产品的形貌进行在线快速扫描成像，并与标准库中的图谱进行对比识别，来判断产品质量的优劣。目前，许多钢铁企业已成功开发了用于规则形状的钢铁产品表面质量在线检测系统，如连铸坯表面质量在线检测系统、带钢表面质量在线检测系统等，但由于圆钢截面为圆形，需要沿径向方向上放置多个相机才能实现圆钢表面成像，同时由于圆钢生产线轧制规格的多样性，导致圆心不断的变化，镜头距离也需要不断调整，因此尚无有效的方法对圆钢表面质量进行检测。

[0003] 目前，关于表面质量检测的设备及方法主要有以下几种：

[0004] 一是CN1568419A公开的一种衬底表面检测方法与设备，其核心在于提供表面上方至少一个标板的反射图像，通过沿两个方向上局部相位的数字处理予以检出，该方法能够通过局部相位的数字处理来计算出局部斜率变化从而根据这些变化推到出表面曲率变化或高度变化，该方法只能用于常规板坯的检测，不适合用来对圆钢进行检测；

[0005] 二是CN1508535A公开的一种扫描时带钢表面检测方法和装置，该方法主要通过全景摄像机与高分辨率扫描摄像机并用，采用全景摄像机对带钢表面的全局包括带钢宽度先进行检测，然后用可移动的扫描摄像机对局部进行扫描放大检测，既可检测出较显著缺陷，又能对较小的连续生产的表面缺陷进行检测，从而提高带钢表面缺陷检测的准确性，整个装置结果简单，但不适合用来对圆钢进行检测；

[0006] 三是CN1696672A公开的一种表面检测装置和表面检测方法，其主要包括照射光到表面上的照射单元、检测该表面反射光强度的检测单元，该方法主要通过检测反射光的强度来判断表面质量，该方法对钢材形状要求较高，只能用于常规板坯的检测；

[0007] 四是CN1892202A公开的一种表面检测装置及利用该检测装置的表面检测方法，其装置主要包括与检测对象的检测表面隔离而设置的移送杆，具有分别结合于移送杆两端的发光部和收光部的光传感器，以及用于在与检测对象的检测表面相隔预定间距的上方按照与检测对象的检测表面平行的方向收发光线，驱动部和位置调节部等，该装置能够检测基板上表面或底面的杂质，但对形状要求较高，不能用于圆钢检测。

[0008] 综上所述，目前还没有一种能有效解决圆钢表面检测及成像的技术。

发明内容

[0009] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种圆钢表面成像调节装置及方法，其通过对关键组件支撑模块、调节模块和成像模块的结构及其具体布置方式的研究与设计，可实现多个相机的高度及距圆钢表面距离的实时高精度调整，以满足对多规格尺寸的圆钢表面的多点成像，实现圆钢圆周方向表面质量的检测，具有结构简单、操作便利、适用性强等优点。

[0010] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种圆钢表面成像调节装置，其包括支撑模块、调节模块和成像模块，其中：

[0011] 所述支撑模块包括底板、设于底板上方的顶板以及用于连接底板和顶板的支撑板，所述底板和顶板之间还设置有立柱；

[0012] 所述调节模块包括升降油缸，该升降油缸固定在所述顶板上，并且其内部设置有第一位移传感器，该第一位移传感器用于对升降油缸活塞杆的伸出长度进行实时测量，升降油缸活塞杆的下方设置有定位凸台；

[0013] 所述成像模块包括安装架和多个成像单元，所述安装架安装在所述定位凸台的下方，其为中空的圆柱体，并且其轴线与水平面平行，该圆柱体的中空部分用于放置待测圆钢，所述安装架安装在导向板上，该导向板套装在所述立柱上；所述圆柱体上开设有呈环形分布的多个导向槽，多个成像单元依次插入对应导向槽中，并面向中空圆柱体内部的待测圆钢。

[0014] 作为进一步优选的，所述成像单元包括调整油缸，该调整油缸内设置有第二位移传感器，用于对调整油缸活塞杆的伸出长度进行实时测量，所述调整油缸活塞杆与连接块相连，该连接块上安装有摄像头，所述摄像头面向中空圆柱体内部的待测圆钢，以对圆钢的圆形表面进行多点成像。

[0015] 作为进一步优选的，所述连接块的截面尺寸和导向槽的尺寸相同，以避免摄像头在移动过程中发生偏摆。

[0016] 作为进一步优选的，所述导向槽面向圆钢的一侧安装有防尘罩。

[0017] 作为进一步优选的，所述安装架上设置有排气孔。

[0018] 按照本发明的另一方面，提供了一种采用所述圆钢表面成像调节装置进行成像调节的方法，其包括如下步骤：

[0019] S1放置直径为d0的圆钢，利用升降油缸活塞杆的伸缩调整安装架，使安装架的圆心与圆钢圆心重合，将此时升降油缸内的第一位移传感器的数值作为基准值，标定为H0；

[0020] S2调整安装架内各调整油缸的活塞杆伸缩量，使各摄像头距离圆钢圆心的位置相同且图像清晰度达到最佳，将此时调整油缸内的第二位移传感器的数值作为基准值，标定为R0；

[0021] S3当检测直径为di的圆钢时，升降油缸调整并带动安装架移动ΔH高度，ΔH＝(di-d0)/2；

[0022] S4当升降油缸到位后，各调整油缸带动对应的摄像头在导向槽内移动ΔR距离，ΔR＝(di-d0)/2；

[0023] S5当结束直径为di圆钢的检测时，调节升降油缸活塞杆及调整油缸活塞杆，使第一位移传感器和第二位移传感器的数值恢复至基准值。

[0024] 作为进一步优选的，所述d0＝6mm；di＝8-32mm。

[0025] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

[0026] 1.本发明通过对关键组件支撑模块、调节模块和成像模块的结构及其具体布置方式的研究与设计，可实现多个相机的高度及距圆钢表面距离的实时高精度调整，以满足对多规格尺寸的圆钢表面的多点成像，实现圆钢圆周方向表面质量的检测，具有结构简单、操作便利、适用性强等优点。

[0027] 2.本发明的升降油缸和调整油缸内部设计有位移传感器，能够对油缸活塞杆的伸出长度进行实时测量和反馈，提高相机位置调整的及时性和聚焦的准确性。

[0028] 3.本发明利用导向板的导向作用，通过立柱的配合，能有效防止安装架在升降过程中发生偏摆的情况发生，提高升降过程的平稳性和位置的准确性。

[0029] 4.本发明将连接块和导向槽设计成相同的尺寸，能有效避免摄像头在调整过程中发生偏摆，提高了运行的稳定性。

[0030] 5.本发明设置有防尘罩，尤其采用耐高温玻璃制造防尘罩，一方面可保证摄像头工作时的正常视野，另一方面提高了镜头光洁度和抗高温辐射影响的能力。

[0031] 6.本发明利用高纯度气体介质对安装架内部进行喷吹，可有效防止粉尘粘结在防尘罩上，提高了摄像头拍摄影像数据的可靠性，也可为安装架内部和光源进行降温。

[0032] 7.本发明能够满足不同规格圆钢轧制时始终保持安装架圆心与圆钢圆心的高度重合，并保证多台相机距圆钢表面的距离相等，获得良好的图像效果。

[0033] 8.本发明可应用于目标物高速运动，产品规格多、缺陷尺寸小，高温辐射环境，系统成像空间小的具体生产环境中，可实现热态高速线材全长、全圆周方向，24小时全天候实时在线检测。

附图说明

[0034] 图1是本发明实施例提供的一种圆钢表面成像调节装置的主视图；

[0035] 图2是本发明实施例提供的一种圆钢表面成像调节装置的侧视图；

[0036] 图3是本发明实施例提供的一种圆钢表面成像调节装置的俯视图；

[0037] 图4是图1的A-A视图；

[0038] 图5是图1的B-B视图；

[0039] 图6是图2的C-C视图；

[0040] 图7是图5的I处局部放大图；

[0041] 图8是图5的D-D视图；

[0042] 图9是本发明实施例提供的一种圆钢表面成像调节装置的工作原理图。

具体实施方式

[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0044] 本发明的基本思路如下：由于线材和棒材的截面为圆形，因此必须采用多组摄像头对圆钢圆周方向的表面质量情况进行拍摄，才能够对产品质量进行综合判定，同时由于圆钢规格尺寸多样(线材、棒材等的轧制直径可根据用户需求进行选择)，因此必须对摄像头的高度、摄像头距圆钢表面的距离进行调整，时刻保证多台相机具有良好的同心度和相同焦距，才能保证良好的拍摄质量。在装置中设定生产线基准轧制直径为d0，其它任意规格的轧制直径为di，由于圆钢轧制生产线的基准面固定(辊道基准面相同)，因此轧制不同圆钢时，其圆心存在高度差，且与轧制基准圆钢时高度差ΔH＝(di-d0)/2；这样当轧制直径为di的圆钢时，将安装架向上抬起ΔH，其安装架的圆心与圆钢圆心重合；同时，由于圆钢直径变化，则摄像头离圆钢外圆面的距离也发生了变化，其距离改变值ΔR＝(di-d0)/2，因此为了保证摄像头焦距的一致性，提高图像清晰度，每个摄像头须沿径向移动相同的ΔR。

[0045] 如图1所示，本发明实施例提供的一种圆钢表面成像调节装置，其包括支撑模块、调节模块和成像模块，其中，支撑模块作为支撑主体，用于实现调节模块和成像模块的安装与固定，调节模块用于实现成像模块的上下调节，成像模块用于实现对圆钢表面的成像。通过上述各模块的相互配合，可实现多个相机的高度及距圆钢表面距离的实时高精度调整，以满足对多规格尺寸的圆钢表面的多点测量，实现圆钢圆周方向表面质量的检测，具有结构简单、操作便利、适用性强等优点。

[0046] 如图1-8所示，支撑模块包括底板1、设于底板1上方的顶板8以及用于连接底板1和顶板8的支撑板3，底板1和顶板8之间还设置有立柱4。具体的，底板1上设计有多个腰型孔2，用于整个装置在基础上的安装和调整；底板1四个角上分别设计有支撑板3，用于底板1与顶板8连接成一个整体框架，起固定支撑作用；底板1上设计有两个圆形立柱4，其为阶梯型结构，便于顶板的安装，并靠轴肩的台阶进行定位，当顶板8安装在立柱4上之后，可以通过安装螺母12和丝扣9对其进行固定。

[0047] 如图1-8所示，调节模块包括升降油缸10，该升降油缸10固定在顶板8上，并且其内部设置有第一位移传感器24，该第一位移传感器24用于对升降油缸活塞杆的伸出长度进行实时测量和反馈，升降油缸活塞杆的下方设置有定位凸台14。具体的，顶板8的正中间设计有一个安装升降油缸10的圆形孔和多个定位孔，利用螺栓将升降油缸10上的安装凸台11固定在顶板8的定位孔上，可实现升降油缸10的定位安装，升降油缸缸体穿过圆形孔，升降油缸活塞杆13竖直向下，升降油缸内部的第一位移传感器24对活塞杆的伸出长度进行实时测量和反馈。

[0048] 如图1-8所示，成像模块包括安装架7和多个成像单元，安装架7安装在定位凸台14的下方，具体利用螺栓将安装架与升降油缸活塞杆上的定位凸台14相连，如此当升降油缸10伸缩时，安装架7能够同步升降。具体的，安装架7为中空的圆柱体，并且圆柱体的轴线与水平面平行，即圆柱体水平布置，该圆柱体的中空部分用于放置待测圆钢，通过将圆柱体水平布置，便于生产线上的圆钢实时送入圆柱体的中空部分中，实现多点检测，一个成像单元实现圆钢表面一点的成像，多个成像单元实现圆钢表面多个点的成像，以此实现圆钢表面圆周方向上的多点成像及测量；具体的，安装架7安装在导向板5上，该导向板5套装在立柱4上，具体的导向板5设置有多个，如此在安装架7升降的过程中，利用导向板5在立柱4上的导向作用，能有效防止安装架7在升降过程中发生偏摆的情况，提高升降的稳定性和位移的准确性；圆柱体上开设有呈环形分布的多个导向槽23，多个成像单元依次插入对应的导向槽
23中，并面向中空圆柱体内部的待测圆钢，以对圆钢的圆形表面进行多点成像。

[0049] 具体而言，成像单元包括调整油缸19，该调整油缸19内设置有第二位移传感器18，用于对调整油缸活塞杆20的伸出长度进行实时测量和反馈，调整油缸活塞杆与连接块21相连，该连接块21上安装有摄像头22，摄像头面向中空圆柱体内部的待测圆钢，以对圆钢的圆形表面进行多点成像，一个摄像头实现圆钢表面一点的成像，多个摄像头实现圆钢表面多个点的成像，以此实现圆钢表面圆周方向上的多点成像及测量。

[0050] 具体的，每个导向槽均沿圆柱体的径向分布，多个导向槽沿圆柱体呈环形分布，所述导向槽具体为矩形通孔，每个导向槽靠近圆柱体外表面的一端设计有凸台，调整油缸19穿入导向槽，然后利用螺栓将调整油缸19安装在凸台上，具体的通过安装板6安装在凸台上，即可实现调整油缸在安装架7上的安装，调整油缸活塞杆20顶端设计有凸台，利用螺栓将连接块21与凸台相连，即可实现活塞杆与连接块21的连接，以此当调整油缸19伸缩时，摄像头22能在导向槽23内沿径向移动。

[0051] 进一步的，连接块21的截面尺寸和导向槽23的尺寸相同，以有效避免摄像头22在移动过程中发生偏摆。导向槽23面向圆钢的一侧安装有防尘罩16，具体的，采用4号料高温玻璃制造防尘罩16，通过防尘罩的设置，一方面可保证摄像头22工作时的正常视野，另一方面提高了镜头光洁度和抗高温辐射影响的能力。

[0052] 更为具体的，安装架7内还安装有照明灯15以提高图像采集区的照度和系统成像的清晰度，具体可采用高强度OPT机器视觉(OPT-CO/RI，同轴/环形)组合光源进行照明。更进一步的，安装架7内设置有气管，其上还开设有排气孔17，安装架7为类似圆柱的箱型结构，其内安装有多台相机、调整油缸和照明光源，由于箱体外部工作环境和箱体内部光源散热，箱体内部温度较高，会对相机造成影响，通过气管向安装架7中空内部喷吹高纯度气体介质(空气、氮气等)，气体介质再经多个排气孔向外排出，以对箱体降温，起散热作用，可有效防止粉尘粘结在防尘罩16上，提高摄像头22拍摄影像数据的可靠性，也可为安装架内部和光源进行降温。

[0053] 本发明还提供了采用所述装置进行圆钢表面自动成像的方法，基本原理如图9所示，包括如下步骤：

[0054] S1在生产线上放置基准轧制规格的圆钢(直径为d0＝6mm)，利用升降油缸活塞杆的伸缩调整安装架7，使安装架7的圆心与圆钢圆心重合，将此时升降油缸10内的第一位移传感器24的数值作为基准值，标定为H0；

[0055] S2调整安装架7内各个调整油缸19的活塞杆伸缩量，使各个摄像头22距离圆钢圆心的位置相同且图像清晰度达到最佳(即以拍摄出的最清晰图像的位置作为活塞杆的位置，由于所有摄像头布置方式及类型一致，因此获得最清晰图像的位置也一致，此时各个摄像头距离圆钢圆心的位置相同)，将此时调整油缸19内的第二位移传感器18的数值作为基准值，标定为R0；

[0056] S3当轧制线接到生产规格di(例如di＝12mm)的圆钢时，即需检测直径为di的圆钢，使升降油缸10调整并带动安装架7移动ΔH高度，ΔH＝di-d0/2＝(12-6)/2＝3mm，当ΔH为正时，即待测圆钢比基准圆钢直径大，其圆心位置比基准圆钢位置高，因此升降油缸向上运动，当ΔH为负时，即待测圆钢比基准圆钢直径小，其圆心位置比基准圆钢位置低，升降油缸向下运动；

[0057] S4当升降油缸10到位后，各个调整油缸19带动对应的摄像头22在导向槽23内沿圆柱体的径向方向移动ΔR距离，ΔR＝di-d0/2＝(12-6)/2＝3mm，当ΔR为正时，即待测圆钢比基准圆钢直径大，因此调整油缸沿圆柱体径向向外运动，当ΔR为负时，即待测圆钢比基准圆钢直径小，因此调整油缸沿圆柱体径向向内运动；

[0058] S5当规格di的圆钢生产完毕后，即当结束直径为di圆钢的检测时，调节升降油缸活塞杆以及调整油缸活塞杆，使第一位移传感器24和第二位移传感器18的数值恢复至基准值，即第一位移传感器24的数值为H0，第二位移传感器18的数值为R0。

[0059] 具体的，不同圆钢直径时安装架及相机位置参数的调整值如表1所示。

[0060] 表1 单位：mm

[0061]

[0062]

[0063] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。