耿加深(山鋼股份濟(jì)南分公司　　檢修工程公司,濟(jì)南　250101)

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鋼板板型在線控制系統(tǒng)的研究

耿加深
(山鋼股份濟(jì)南分公司檢修工程公司,濟(jì)南250101)

摘 要：根據(jù)寬厚板生產(chǎn)線改造項(xiàng)目的技術(shù)要求和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在不改動(dòng)原有設(shè)備和軋鋼工藝的基礎(chǔ)上，增加鋼板板型在線控制系統(tǒng)。應(yīng)用光學(xué)測(cè)量的原理，采用多臺(tái)CCD固體攝像機(jī)空間攝影圖像測(cè)量技術(shù)，將待測(cè)鋼板的圖像經(jīng)CCD攝像機(jī)輸入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)對(duì)鋼板的數(shù)字圖像自動(dòng)進(jìn)行平面二維幾何尺寸解算、測(cè)量、規(guī)劃,并輸出測(cè)量結(jié)果。

關(guān)鍵詞：光學(xué)測(cè)量；數(shù)學(xué)模型；空間攝影

0　前言

濟(jì)鋼中厚板廠原先采用人工測(cè)量軋制鋼板的長(zhǎng)度寬度，由于受現(xiàn)場(chǎng)高溫和噪聲的影響，測(cè)量工具誤差的限制，所需要的操作人員較多，勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大，環(huán)境惡劣，并且由于誤差經(jīng)常導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。新增加的鋼板板型在線控制系統(tǒng)，采用高分辨率、優(yōu)像質(zhì)、高光敏度的航空測(cè)量型CCD固體攝像機(jī)，測(cè)量精度高，不須人為的干預(yù)，而且對(duì)每塊鋼板的長(zhǎng)寬數(shù)據(jù)都進(jìn)行了有效記錄，歸納匯總，實(shí)時(shí)反饋，滿足生產(chǎn)工藝需求。

1　測(cè)長(zhǎng)測(cè)寬系統(tǒng)

按照系統(tǒng)的功能分類，本系統(tǒng)可以分為以下部分：

相機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括12臺(tái)測(cè)長(zhǎng)寬CCD攝像機(jī)、自動(dòng)制冷溫控機(jī)箱和電源，以及同步控制器等。

主控電力系統(tǒng)，包括一個(gè)分配變壓器、四個(gè)繼電器。主控電力系統(tǒng)是本測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)力總成。按照部件負(fù)載的大小和重要程度的不同，以一定的順序給部件上電。

數(shù)據(jù)處理單元，主要組成部分是兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)，用來(lái)完成諸如圖像采集、傳送、處理和儲(chǔ)存等工作。

圖像傳感器用來(lái)獲取特定場(chǎng)景的圖像信息，為12臺(tái)高分辨率的單色CCD攝像機(jī)，獲得高質(zhì)量的目標(biāo)圖像。圖像采集卡用來(lái)獲取圖像或傳送視頻數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)。與高分辨率單色CCD攝像機(jī)相匹配，使用了一個(gè)16路Viper-Quad 圖像采集卡。

系統(tǒng)線纜連接，包括CCD攝像機(jī)75-5視頻線纜 、CCD防護(hù)箱內(nèi)單片機(jī)4芯數(shù)據(jù)線纜、2芯Φ1.5動(dòng)力線纜。

2　CCD攝像機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定和誤差補(bǔ)償

CCD攝像機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定是攝影測(cè)量的一個(gè)重要組成部分。攝影過(guò)程是一種成像過(guò)程，而數(shù)字成像過(guò)程是由圖像系統(tǒng)來(lái)完成的。這種圖像系統(tǒng)一般包括攝像機(jī)及其成像鏡頭，數(shù)字圖像采集卡和計(jì)算機(jī)主機(jī)等主要設(shè)備。數(shù)字成像過(guò)程是指空間中三維物體信息到二維數(shù)字圖像的變換過(guò)程；圖像測(cè)量過(guò)程則是從二維數(shù)字圖像信號(hào)中提取出被觀測(cè)對(duì)象幾何尺寸信息的過(guò)程；而標(biāo)定則是要定量地確定空間三維目標(biāo)信息到二維數(shù)字圖像信息的變換關(guān)系。因此一個(gè)理想的標(biāo)定方法應(yīng)該如實(shí)地考慮到數(shù)字成像過(guò)程中信號(hào)變換的各種因素，如鏡頭的幾何投影，鏡頭的畸變與信號(hào)失真、圖像信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換中抽樣、擬合及再抽樣帶來(lái)的信號(hào)變化，以及由標(biāo)定模型與真實(shí)系統(tǒng)之間的差異而產(chǎn)生的誤差如何補(bǔ)償?shù)纫蛩亍?/p>

2.1數(shù)字成像過(guò)程的系統(tǒng)模型

計(jì)算機(jī)數(shù)字成像系統(tǒng)一般可歸結(jié)為以下一些過(guò)程：

（1）將三維目標(biāo)信息通過(guò)CCD攝像機(jī)的光學(xué)成像鏡頭變換為成像平面上的二維光學(xué)圖像，這其中主要包括幾何線性投影、鏡頭的畸變失真、隨機(jī)噪聲的混入等因素；

（2）位于鏡頭成像平面上的CCD光電耦合器將二維光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為二維空間離散的電信號(hào)，這其中主要包括光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換、二維空間離散抽樣等過(guò)程；

（3）CCD攝像機(jī)視頻電路將CCD形成的二維空間離散的圖像電信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有一定掃描行數(shù)，且每行信號(hào)連續(xù)的模擬視頻圖像信號(hào)，這其中主要包括離散信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換及視頻調(diào)制等過(guò)程；

（4）用計(jì)算機(jī)視頻圖像數(shù)字化設(shè)備（視頻圖像數(shù)字采集卡）將視頻圖像信號(hào)數(shù)字化為二維圖像信號(hào)。

2.2誤差補(bǔ)償

數(shù)字成像模型中，已考慮鏡頭畸變的影響，雖對(duì)于焦距較長(zhǎng)的鏡頭(如25mm以上)，由標(biāo)定后參數(shù)構(gòu)成的三維視覺(jué)系統(tǒng)所得到的三維數(shù)據(jù)，幾乎沒(méi)有鏡頭畸變失真的影響；但對(duì)于焦距短的鏡頭(如6mm)，由標(biāo)定后參數(shù)構(gòu)成的系統(tǒng)，所得到的三維數(shù)據(jù)，仍存在系統(tǒng)誤差。一個(gè)典型的表現(xiàn)就是對(duì)于平面三維測(cè)量，其三維數(shù)據(jù)在圖像的邊沿部分微呈曲面狀。

誤差補(bǔ)償方法為：在大地坐標(biāo)系的三維測(cè)量立體范圍中，首先設(shè)置一個(gè)已知三維坐標(biāo)的立體點(diǎn)陣（既標(biāo)定尺），這些點(diǎn)陣可在三維成像中得到對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)，然后用這些計(jì)算出的三維坐標(biāo)與實(shí)際已知的三維坐標(biāo)之間差值組合，作為誤差補(bǔ)償參數(shù)去修正鄰域內(nèi)點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)。由于誤差補(bǔ)償參數(shù)確定這一過(guò)程，在實(shí)現(xiàn)時(shí)與標(biāo)定過(guò)程一致，因此在數(shù)字成像模型參數(shù)標(biāo)定的過(guò)程中，可以同時(shí)得到誤差補(bǔ)償?shù)膮?shù)。

3　應(yīng)用效果

鋼板板型在線控制系統(tǒng)在濟(jì)鋼中厚板廠投用后，大大加強(qiáng)了鋼板長(zhǎng)寬測(cè)量水平，實(shí)現(xiàn)了在鋼板軋制過(guò)程中長(zhǎng)度和寬度的實(shí)時(shí)反饋，為操作人員更好的掌握鋼板數(shù)據(jù)，及時(shí)修正操作規(guī)程提供了有效依據(jù)。同時(shí)，解決了人為因素造成鋼板測(cè)量誤差，保證了鋼板質(zhì)量。運(yùn)行方式為自動(dòng)監(jiān)測(cè)，在操作臺(tái)實(shí)時(shí)顯示，從而解決了耗費(fèi)大量人力資源等諸多問(wèn)題。

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作者簡(jiǎn)介：耿加深（1987-），男，本科，助理工程師，主要從事：冶金自動(dòng)化技術(shù)工作。

DOI :10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.210