專利名稱：多流鋼坯定尺切割控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種自動化技術領域的鋼坯定尺切割控制方法，具體是一種多流鋼還定尺切Il I]控制方法。
背景技術：
冶金工廠的連鑄機需要將生產出來的熱鋼坯切割成一定長度尺寸，以滿足后續(xù)軋機工序的要求，這個過程被稱之為定尺切割。對軋制熱鋼坯切割定尺的設定方法，以往最典型的是使用機械定尺擋板、機械碰球等方式。這些方法是利用定尺位置相對于切割機是固定的，由此來確定所需的熱鋼坯長度，從而對鋼坯準確地進行切割?？梢哉f，上述技術方法相對簡單、成本較低，但是，一旦需要調整定尺尺寸時就顯得操作不方便，而且設備維護量較大，誤差率較高，工人的勞動強度較大，這些都是亟待改進的落后技術狀況。經文獻檢索發(fā)現(xiàn)，侯玉偉、李雷、趙彥偉等的“非接觸式自動定尺切割系統(tǒng)”(《自動化應用》2011年第8期)提出一種模式識別與圖像處理技術來確定定尺長度。該方法雖然利用攝像頭遠距離采集現(xiàn)場工藝參數(shù)，能夠代替操作人員在惡劣環(huán)境下的工作，但是其鋼還切割定尺誤差只能由原來的80mm減少到10 15mm。經文獻檢索還發(fā)現(xiàn)，安輝耀、沈德耀的“基于圖像處理的鋼坯定尺定重智能切割系統(tǒng)”(《中南大學學報(自然科學版)》2002年第6期)同樣利用圖像處理技術在線識別熱坯的長度。具體通過空間微分和二值化處理等算法，得出熱鋼坯切頭的位置信息。因其攝像機安裝位置要與鋼坯表面垂直，使其適用環(huán)境受到限制。同時，其切割誤差也只能控制在Icm0經文獻檢索還發(fā)現(xiàn)，XiaoyuLiu 與 Kangling Fang 的 “A MultipleBackgroundImages Model for Billet Location Control” (2008 年“嵌入式軟件與系統(tǒng)國際會議”論文“鋼坯定位控制的多背景圖像模型”，ICESS2008)提出了一種基于視覺的鋼坯位置控制系統(tǒng)，釆用多個背景圖像模型，能夠適應加熱窯的光照變化。但是該方法平均成功率只能達到97. 94%，定位偏差在±5cm。經文獻檢索還發(fā)現(xiàn)，LiuXiaoyue 與 Yan Jing 的 “An adaptive patternrecognitionand detection technique for target image of continuous casting withlength cutting”(2009年“計算、通信、控制和管理ISECS國際研討會”論文“目標圖像連鑄切割長度的自適應模式識別與檢測技術”，2009ISECS)釆用數(shù)字圖像自適應模式識別技術實現(xiàn)對連鑄板坯目標圖像的分割和識別，但未給出定位誤差和測控成功率。經文獻檢索還發(fā)現(xiàn)，MalayaRanjan Khare 的 “Automatic System forMeasuringand Controlling the Length of a Moving Product in Industries，，(IEEETRAN. 0NINSTRUMENTATI0N AND MEASUREMENT,《ffiEE 儀器儀表與測量》2008 年第 4 期)設計和開發(fā)一個簡單、低成本的網(wǎng)絡系統(tǒng)，用于測量鋼坯長度，但其測量誤差范圍僅能達到+5cm。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的是提出一種非接觸式的多流鋼坯自動定尺切割控制方法。該方法采用圖像傳感器采集軋機流坯圖像，通過圖像信息處理與識別來判定鋼坯流移位置，能夠準確控制鋼坯切割精度，而且較同類技術硬件配置簡單與安裝方便，運算簡捷，控制精度高。所述多流鋼坯，即多臺軋機并列安裝形成多流道移動鋼坯。所述鋼坯流移位置，即鋼坯受拉速機構牽引而產生移動所到達的位置。拉速機構也稱之為傳送機構。本發(fā)明是通過以下技術方案予以實現(xiàn)的一種多流鋼坯自動定尺切割控制方法，包括如下步驟步驟一，設置圖像信息檢控硬件系統(tǒng)
圖像信息檢控硬件系統(tǒng)包括圖像傳感器、信號處理器、控制器和鋼坯剪切機，圖像傳感器將采集到的多流鋼坯圖像輸入至信號處理器，信號處理器對圖像信號進行處理和特征提取，通過特征比對、識別與判斷來生成控制指令，控制器根據(jù)接收到的控制指令來確定開啟/關閉剪切機的動作開關，因此控制鋼坯的切割工序，對多流鋼坯實現(xiàn)精確切割；步驟二，系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化包括對圖像標定、設計像素網(wǎng)格和建立背景圖像數(shù)據(jù)庫，其中所述對圖像標定是利用標尺進行標定，即直接以鋼坯運動方向上的標尺作為計算機圖像坐標系中像素行坐標的標定依據(jù)；所述設計像素網(wǎng)格即將圖像畫面劃分為橫縱的網(wǎng)格結構，形成NXM的矩陣即圖像“數(shù)據(jù)區(qū)”，M為“數(shù)據(jù)區(qū)”中的像素列坐標總數(shù)；N為“數(shù)據(jù)區(qū)”中的像素行坐標總數(shù)；所述建立背景圖像數(shù)據(jù)庫是將整個圖像背景數(shù)據(jù)庫采用“數(shù)據(jù)區(qū)”特征構成；步驟三，過程檢控自動程序所述過程檢控自動程序，是在完成圖像信息硬件系統(tǒng)設置及系統(tǒng)初始化操作后的在線檢測與控制自動過程，依次進行設置鋼坯被切割長度L_st的數(shù)值、設置圖像采集間隔時間T、采集圖像并對圖像畸變進行校正、對圖像進行透視變換、對鋼坯頭的識別與跟蹤和剪切機切割鋼坯六個步驟。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)初始化，由以下步驟組成步驟1.圖像標定利用標尺進行標定，即直接以鋼坯運動方向上的標尺作為計算機圖像坐標系中像素行坐標的標定依據(jù)。具體方法如下令R為圖像行方向上空間單位長度Itl所對應的像素數(shù)，則有關系Al =備|"廠 | = 卜 _w；|(公式一)式中，《 = t; U1、Uj分別為第i和第j像素的列坐標；A I為第i與第j像素之間
R
的列間隔所對應的空間尺度。步驟2.設計圖像網(wǎng)格將圖像畫面劃分為“s橫t縱”的網(wǎng)格結構。具體方法如下
令，網(wǎng)格的橫線序數(shù)為p，p=0，l,...,s,s為圖像橫向分割數(shù)。其中，P=O又表示網(wǎng)格橫線的畫面上邊緣線；p=s又表示網(wǎng)格橫線的畫面下邊緣線。又令，網(wǎng)格的縱線序數(shù)為q，q=0, I,…，t，t為圖像縱向分割數(shù)。其中，q=0又表示網(wǎng)格縱線的畫面左邊緣線；q=t又表示網(wǎng)格縱線的畫面右邊緣線。因此網(wǎng)格化后的圖像能夠采用像素矩陣A表示，而且
權利要求
1.一種多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 步驟一，設置圖像信息檢控硬件系統(tǒng) 圖像信息檢控硬件系統(tǒng)包括圖像傳感器、信號處理器、控制器和鋼坯剪切機，圖像傳感器將采集到的多流鋼坯圖像輸入至信號處理器，信號處理器對圖像信號進行處理和特征提取，通過特征比對、識別與判斷來生成控制指令，控制器根據(jù)接收到的控制指令來確定開啟/關閉剪切機的動作開關，因此控制鋼坯的切割工序，對多流鋼坯實現(xiàn)精確切割； 步驟二，系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化包括對圖像標定、設計像素網(wǎng)格和建立背景圖像數(shù)據(jù)庫， 所述對圖像標定是利用標尺進行標定，即直接以鋼坯運動方向上的標尺作為計算機圖像坐標系中像素行坐標的標定依據(jù)； 所述設計像素網(wǎng)格即將圖像畫面劃分為橫縱的網(wǎng)格結構，形成NXM的矩陣即圖像“數(shù)據(jù)區(qū)”，M為“數(shù)據(jù)區(qū)”中的像素列坐標總數(shù)；N為“數(shù)據(jù)區(qū)”中的像素行坐標總數(shù)； 所述建立背景圖像數(shù)據(jù)庫是將整個圖像背景數(shù)據(jù)庫采用“數(shù)據(jù)區(qū)”特征構成； 步驟三，過程檢控自動程序 所述過程檢控自動程序，是在完成圖像信息硬件系統(tǒng)設置及系統(tǒng)初始化操作后的在線檢測與控制自動過程，依次進行設置鋼坯被切割長度L_st的數(shù)值、設置圖像采集間隔時間τ、采集圖像并對圖像畸變進行校正、對圖像進行透視變換、對鋼坯頭的識別與跟蹤和剪切機切割鋼坯六個步驟。
2.根據(jù)權利要求1所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述系統(tǒng)初始化由以下步驟組成 步驟1.圖像標定 令R為行方向上空間單位長度Itl所對應的像素數(shù)，則有關系
3.根據(jù)權利要求2所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述設置鋼坯被切割長度L_st的數(shù)值，具體為確定待切割鋼坯長度，由公式一能得
4.根據(jù)權利要求2所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述對鋼坯頭的識別與跟蹤，具體包括如下分步驟 分步驟1.對通過畸變校正和透視變換后的實時圖像按照圖像網(wǎng)格公式ニ
5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述設置圖像采集間隔時間τ，其中圖像采集間隔時間τ滿足如下關系式 Δ公式八 其中，V為鋼坯移動速度，Δ為切割誤差，此時，采樣周期T為T= T+t，t為采樣與識別時間。
6.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述采集圖像并對圖像畸變進行校正，即利用圖像畸變數(shù)學模型進行求逆運算過程。
7.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述對圖像進行透視變換，是將原始的斜視圖像通過透視變換被轉換成正視圖像。
8.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述剪切機切割鋼坯，是指剪切機從其輸入接ロ接收到控制指令后，即進入執(zhí)行操作狀態(tài)，具體過程分步驟如下 分步驟1.剪切機底座即刻夾緊對應流道拉速機構，鋼坯與拉速機構同步移動，同時開始切#1]鋼還; 分步驟2.由剪切機上的切割傳感器判斷鋼坯是否已經切割完成，或者根據(jù)切割完成所需時間的測定來設置切割延續(xù)時間，經過切割延續(xù)時間后即認為剪切操作已經完成，一旦切割完成，剪切機底座即刻松開與拉速機構的夾緊裝置，并在返回電機的驅動下自動返回至原先固定位置； 分步驟3.剪切機重新處于“待機”狀態(tài)，等待下一個執(zhí)行指令的抵達； 分步驟4.剪切機重新接收到執(zhí)行指令，返回“對鋼坯頭的識別與跟蹤”步驟。
9.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的多流鋼坯定尺切割控制方法，其特征是，所述圖像傳感器設置于鋼坯流移平面的側上方，且圖像傳感器的光軸與鋼坯流移平面的法線構成的平面與鋼坯流移平面正交。
全文摘要
一種多流鋼坯定尺切割控制方法，通過設置圖像信息檢控硬件系統(tǒng)、系統(tǒng)初始化和過程檢控自動程序，能夠實現(xiàn)對多流鋼坯的定尺切割。其中，圖像信息檢控系統(tǒng)包括圖像傳感器、信號處理器、控制器和剪切機。系統(tǒng)初始化由圖像標定、設計圖像網(wǎng)格和建立圖像背景數(shù)據(jù)庫三個步驟組成。過程檢控自動程序由設置鋼坯被切割長度的數(shù)值、設置圖像采集間隔時間、采集圖像并對圖像畸變進行校正、對圖像進行透視變換、對鋼坯頭的識別與跟蹤和剪切機切割鋼坯六個步驟組成。一旦在圖像“數(shù)據(jù)區(qū)”某個位置上識別出鋼坯頭時，即可確認在其右側的所有“數(shù)據(jù)區(qū)”均為背景圖像。整個運算時間能夠大大減少，切割精度能夠控制在±5mm之內。
文檔編號B23D36/00GK103008775SQ20121051042
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權日2012年12月3日
發(fā)明者張秀彬, 戴映炘, 朱磊, 曼蘇樂 申請人:上海交通大學