專利名稱：帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于視覺傳感技術領域，涉及一種塔形檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)；同時，本發(fā)明還涉及上述帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)的檢測方法。
背景技術：
一些帶卷(包括各種金屬、塑料等)在清洗機列、氣墊退火爐、軋機等的收卷裝置中雖然有對邊或對中裝置，由于電氣控制的模式或機械的伺服機構的滯后、帶卷材料厚薄不勻等原因，會引起帶卷邊部的不整齊(即塔形度不好)。由于目前尚無對該類產品帶卷邊部的塔形進行量化的測量方法和工具，所以一般用肉眼觀察的方法，這樣只能定性估算，不利于對設備、產品、人員操作技術的考核。有鑒于此，本領域技術人員針對上述問題，提供了一種結構簡單，運行方便，且成 本低廉的機器智能測量裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)，克服了現(xiàn)有技術的困難，實現(xiàn)了可以根據(jù)激光照射線的投影變化的數(shù)字圖像來定量檢測帶卷的邊部卷帶時的質量。此外，本發(fā)明進一步提供上述帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)的檢測方法，克服了現(xiàn)有技術的困難，實現(xiàn)了可以根據(jù)激光照射線的投影變化的數(shù)字圖像來定量檢測帶卷的邊部卷帶時的質量。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案一種帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括線性激光源，用以對物體帶卷邊部的表面照射，形成光斑點；圖像獲取單元，與所述線性激光源的位置相對固定；反射光經(jīng)過該圖像獲取單元上的透鏡在光敏探測器上產生像點，圖像獲取單元獲取像點圖像；圖像處理單元，對所述圖像獲取單元獲取的像點圖像進行圖像處理，截取像點圖像中帶卷邊部區(qū)域的圖像，對截取的圖像進行處理，使得線性激光源照射的圖像點為設定顏色，各個圖像點組成一條像點曲線，其余區(qū)域的顏色與線性激光源照射的圖像點的顏色不同；像點曲線轉換單元，通過遍歷整個圖像獲取的所有圖像點中顏色為設定顏色圖像點的方法，將圖像中代表曲線的各個圖像點的坐標位置統(tǒng)計出來；使用設定顏色圖像點像素代表的曲線來計算擬合直線，并計算各圖像點離該直線的距離；質量判斷單元，用以根據(jù)所述像點曲線轉換單元計算得到的各圖像點離該直線的距離判斷物體邊部塔形質量是否合格。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述質量判斷單元的判斷方法包括根據(jù)拍攝時附于卷帶邊上的有凹陷的標準件，其已知凹陷為N毫米，欲求的卷帶的高低差設為M毫米；根據(jù)透鏡的光路圖中N毫米的物像在焦平面上形成η像素的鏡像；所述光路圖中，通過光心的光路不變，經(jīng)過其他點的光經(jīng)過焦點f匯聚2f焦平面成像；根據(jù)對頂角相同、余下的直角也相同得到一組相似三角形；有N/depth = n/2f成立；同理在同一圖像中的卷帶高低差M/depth = m/2f,即有N/n = M/m ;其中，depth為景深，f為焦距；M = N*m/n ；從而已知N毫米凹凸標準件以及由像點曲線轉換單元中算出的η像素和m像素便可計算出帶卷邊部部位的M毫米；或者，所述質量判斷單元的判斷方法包括以現(xiàn)場測量卷帶的半徑作為基準來比 對，從而得出帶卷邊部部位的M毫米，此時拍攝角度保持為45°角，使橫向與縱向的長度單位相同。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像處理單元的圖像處理步驟包括亮度轉換步驟，獲取各種合適的亮度、對比度、指數(shù)變換Gamma進行變換處理；灰度化步驟，彩色變黑白256色階的灰度；二值化步驟，選取最佳的閾值，將圖像變換成只有黑白2階的圖像；反相步驟，所有圖像黑階變?yōu)閳D像白階，而圖像白階變?yōu)閳D像黑階；形態(tài)學運算膨脹步驟，使圖像曲線橋接；形態(tài)學運算腐蝕步驟，進行圖像噪聲濾波；拓撲結構細化處理步驟，即骨骼化使圖像在Y坐標軸上取值唯一。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像處理單元的圖像處理步驟進一步包括頂帽變換步驟，頂帽top-hat是形態(tài)學中的重要變換；在圖像拍攝條件差時，而事后又無法重拍，對圖像進行校正不均勻的照明的一種方法；圖像f的頂帽變換h定義為圖像f與圖像f開運算之差h = f-(foS)，foS是結構元素S對f進行開運算。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述像點曲線轉換單元遍歷所有圖像點并將黑色的圖像點選出，并統(tǒng)計黑色圖像點的X軸坐標位置、Y軸坐標位置；使用細化后的曲線進行最小二乘法來擬合直線，并計算各點離直線的距離和離散度，并用去除離直線最遠的一個或設定多個圖像點，重新用最小二乘法計算擬合直線，直至計算擬合直線的次數(shù)達到設定次數(shù)；以逐步逼近最優(yōu)直線方程，精確計算各點離回歸線的距離；并將計算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到電子表格中。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，通過最小二乘法擬合直線的方法如下將實驗離散的點找一條直線y = ο+a^ ；使該直線與試驗點最近，即
權利要求
1.一種帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 線性激光源,用以對物體帶卷邊部的表面照射,形成光斑點； 圖像獲取單元，與所述線性激光源的位置相對固定；反射光經(jīng)過該圖像獲取單元上的透鏡在光敏探測器上產生像點，圖像獲取單元獲取像點圖像； 圖像處理單元，對所述圖像獲取單元獲取的像點圖像進行圖像處理，截取像點圖像中帶卷邊部區(qū)域的圖像，對截取的圖像進行處理，使得線性激光源照射的圖像點為設定顏色，各個圖像點組成一條像點曲線，圖像的其余區(qū)域的顏色與線性激光源照射的圖像點的顏色不同； 像點曲線轉換單元，通過遍歷整個圖像獲取的所有圖像點中顏色為設定顏色圖像點的方法，將圖像中代表曲線的各個圖像點的坐標位置統(tǒng)計出來；使用設定顏色圖像點像素代表的曲線來計算擬合直線，并計算各圖像點離該直線的距離； 質量判斷單元，用以根據(jù)所述像點曲線轉換單元計算得到的各圖像點離該直線的距離判斷物體邊部塔形質量是否合格。
2.根據(jù)權利要求I所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述質量判斷單元的判斷方法包括根據(jù)拍攝時附于卷帶邊上的有凹陷的標準件，其已知凹陷為N毫米，欲求的卷帶的高低差設為M毫米；根據(jù)透鏡的光路圖中N毫米的物像在焦平面上形成η像素的鏡像；所述光路圖中，通過光心的光路不變，經(jīng)過其他點的光經(jīng)過焦點f匯聚2f焦平面成像； 根據(jù)對頂角相同、余下的直角也相同得到一組相似三角形；有N/depth = n/2f成立；同理在同一圖像中的卷帶高低差M/depth = m/2f,即有N/n = M/m ;其中，depth為景深，f為焦距；M = N*m/n ； 從而已知N毫米凹凸標準件以及由像點曲線轉換單元中算出的η像素和m像素便可計算出帶卷邊部部位的M毫米； 或者，所述質量判斷單元的判斷方法包括以現(xiàn)場測量卷帶的半徑作為基準來比對，從而得出帶卷邊部部位的M毫米，此時拍攝角度保持為45 °角，使橫向與縱向的長度單位相同。
3.根據(jù)權利要求I所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述圖像處理單元的圖像處理步驟包括 亮度轉換步驟，獲取各種合適的亮度、對比度、指數(shù)變換Gamma進行變換處理； 灰度化步驟，彩色變黑白256色階的灰度； 二值化步驟，選取最佳的閾值，將圖像變換成只有黑白2階的圖像； 反相步驟，所有圖像黑階變?yōu)閳D像白階，而圖像白階變?yōu)閳D像黑階； 形態(tài)學運算膨脹步驟，使圖像曲線橋接； 形態(tài)學運算腐蝕步驟，進行圖像噪聲濾波； 拓撲結構細化處理步驟，即骨骼化使圖像在Y坐標軸上取值唯一。
4.根據(jù)權利要求3所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述圖像處理單元的圖像處理步驟進一步包括頂帽變換步驟，頂帽top-hat是形態(tài)學中的重要變換；在圖像拍攝條件差時，而事后又無法重拍，對圖像進行校正不均勻的照明的一種方法；圖像f的頂帽變換h定義為圖像f與圖像f開運算之差h = f-(foS)，foS是結構元素S對f進行開運算。
5.根據(jù)權利要求3所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述像點曲線轉換單元遍歷所有圖像點并將黑色的圖像點選出，并統(tǒng)計黑色圖像點的X軸坐標位置、Y軸坐標位置； 使用細化后的曲線進行最小二乘法來擬合直線，并計算各點離直線的距離和離散度，并用去除離直線最遠的一個或設定多個圖像點，重新用最小二乘法計算擬合直線，直至計算擬合直線的次數(shù)達到設定次數(shù)；以逐步逼近最優(yōu)直線方程，精確計算各點離回歸線的距離；并將計算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到電子表格中。
6.根據(jù)權利要求5所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 通過最小二乘法擬合直線的方法如下 將實驗離散的點找一條直線
7.根據(jù)權利要求I至6之一所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述線性激光源為單直線型激光光源，垂直于物體帶卷邊部固定進行照射； 所述圖像獲取單元為數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機，進行拍攝時與被拍物體帶卷邊部的表面呈45°角斜向拍攝；
8.根據(jù)權利要求I至6之一所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 所述圖像獲取單元在拍攝時，使用已知深度的標準件附在卷帶邊部，與物件一起拍攝，使用已知標準深度來算出轉換圖像點數(shù)與實際物件長度單位。
9.根據(jù)權利要求8所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于 在被拍攝物體的兩端分別放置已知深度的標準件，與物件一起拍攝，使用已知標準深度來算出轉換圖像點數(shù)與實際物件長度單位；進行線性度的精度補償。
10.根據(jù)權利要求I至6之一所述的帶卷邊部塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于線性激光源的發(fā)射角度與圖像獲取單元的拍攝角度是一個固定值； 當激光傳感器與目標物體的距離發(fā)生變化時，光敏探測器上的像點位置也發(fā)生相應的變化，根據(jù)物像的三角形關系計算出高度的變化，即測量了高度的變化。
11.一種權利要求I所述帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括如下步驟 步驟SI、線性激光源對物體帶卷邊部的表面照射，形成光斑點； 步驟S2、圖像獲取單元與所述線性激光源的位置相對固定；反射光經(jīng)過該圖像獲取單元上的透鏡在光敏探測器上產生像點，圖像獲取單元獲取像點圖像； 步驟S3、圖像處理單元對所述圖像獲取單元獲取的像點圖像進行圖像處理，截取像點圖像中帶卷邊部區(qū)域的圖像，對截取的圖像進行處理，使得線性激光源照射的圖像點為設定顏色，各個圖像點組成一條像點曲線，圖像的其余區(qū)域的顏色與線性激光源照射的圖像點的顏色不同； 步驟S4、像點曲線轉換單元通過遍歷整個圖像獲取的所有圖像點中顏色為設定顏色圖像點的方法，將圖像中代表曲線的各個圖像點的坐標位置統(tǒng)計出來；使用設定顏色圖像點像素代表的曲線來計算擬合直線，并計算各圖像點離該直線的距離； 步驟S5、質量判斷單元根據(jù)所述像點曲線轉換單元計算得到的各圖像點離該直線的距離判斷物體邊部塔形質量是否合格。
12.根據(jù)權利要求11所述的檢測方法，其特征在于 所述步驟S5中，質量判斷單元的判斷方法包括根據(jù)拍攝時附于卷帶邊上的有凹陷的標準件，其已知凹陷為N毫米，欲求的卷帶的高低差設為M毫米；根據(jù)透鏡的光路圖中N毫米的物像在焦平面上形成η像素的鏡像；所述光路圖中，通過光心的光路不變，經(jīng)過其他點的光經(jīng)過焦點f匯聚2f焦平面成像； 根據(jù)對頂角相同、余下的直角也相同得到一組相似三角形；有N/depth = n/2f成立；同理在同一圖像中的卷帶高低差M/depth = m/2f,即有N/n = M/m ;其中，depth為景深，f為焦距；M = N*m/n ； 從而已知N毫米凹凸標準件以及由像點曲線轉換單元中算出的η像素和m像素便可計算出帶卷邊部部位的M毫米； 或者，所述質量判斷單元的判斷方法包括以現(xiàn)場測量卷帶的半徑作為基準來比對，從而得出帶卷邊部部位的M毫米，此時拍攝角度保持為45°角，使橫向與縱向的長度單位相同。
13.根據(jù)權利要求11所述的檢測方法，其特征在于 所述步驟S3中，圖像處理單元的圖像處理步驟包括 亮度轉換步驟，獲取各種合適的亮度、對比度、指數(shù)變換Gamma進行變換處理； 灰度化步驟，彩色變黑白256色階的灰度； 二值化步驟，選取最佳的閾值，將圖像變換成只有黑白2階的圖像； 反相步驟，所有黑階圖像變?yōu)榘纂A圖像，而白階圖像變?yōu)楹陔A圖像； 形態(tài)學運算膨脹步驟，使圖像曲線橋接； 形態(tài)學運算腐蝕步驟，進行圖像噪聲濾波；拓撲結構細化處理步驟，即骨骼化使圖像在Y坐標軸上取值唯一。
14.根據(jù)權利要求13所述的檢測方法，其特征在于 所述步驟S4中，像點曲線轉換單元遍歷所有圖像點并將黑色的圖像點選出，并統(tǒng)計黑色圖像點的X軸坐標位置、Y軸坐標位置； 使用細化后的曲線進行最小二乘法來擬合直線，并計算各點離直線的距離和離散度，并用去除離直線最遠的一個或設定多個圖像點，重新用最小二乘法計算擬合直線，直至計算擬合直線的次數(shù)達到設定次數(shù)；以逐步逼近最優(yōu)直線方程，精確計算各點離回歸線的距離；并將計算得到的數(shù)據(jù)發(fā)送到電子表格中。
15.根據(jù)權利要求14所述的檢測方法，其特征在于 所述步驟S4中，通過最小二乘法擬合直線的方法如下 將實驗離散的點找一條直線
16.根據(jù)權利要求11所述的檢測方法，其特征在于 所述線性激光源為單直線型激光光源，垂直于物體帶卷邊部固定進行照射； 所述圖像獲取單元為數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機，進行拍攝時與被拍物體帶卷邊部的表面呈45°角斜向拍攝；
17.根據(jù)權利要求11所述的檢測方法，其特征在于 所述圖像獲取單元在拍攝時，使用已知深度的標準件附在卷帶邊與物件一起拍攝，使用已知標準深度來算出轉換圖像點數(shù)與實際物件長度單位。
18.根據(jù)權利要求11所述的檢測方法，其特征在于 在被拍攝物體的兩端分別放置已知深度的標準件，與物件一起拍攝，使用已知標準深度來算出轉換圖像點數(shù)與實際物件長度單位；進行線性度的精度補償。
19.根據(jù)權利要求11所述的檢測方法，其特征在于 線性激光源的發(fā)射角度與圖像獲取單元的拍攝角度是一個固定值；當激光傳感器與目標物體的距離發(fā)生變化時，光敏探測器上的像點位置也發(fā)生相應的變化，根據(jù)物像的三角形關系計算出高度的變化，即測量了高度的變化。
20.一種帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 線性激光源,用以對物體帶卷邊部的表面照射,形成光斑點； 圖像獲取單元，與所述線性激光源的位置相對固定；反射光經(jīng)過該圖像獲取單元上的透鏡在光敏探測器上產生像點，圖像獲取單元獲取像點圖像； 圖像處理單元，對所述圖像獲取單元獲取的像點圖像進行圖像處理，截取像點圖像中帶卷邊部區(qū)域的圖像，對截取的圖像進行處理，使得線性激光源照射的圖像點為黑色，各個圖像點組成一條像點曲線，其余區(qū)域不是黑色； 像點曲線轉換單元，通過遍歷整個圖像獲取的所有圖像中黑點的方法，將圖像中代表曲線的各個黑點的坐標位置統(tǒng)計出來；使用黑點像素代表的曲線來計算擬合直線，并計算各圖像點離該直線的距離； 質量判斷單元，用以根據(jù)所述像點曲線轉換單元計算得到的各圖像點離該直線的距離判斷物體邊部塔形質量是否合格。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種帶卷邊部物體塔形檢測系統(tǒng)及其檢測方法，所述系統(tǒng)包括線性激光源、圖像獲取單元、圖像處理單元、像點曲線轉換單元、質量判斷單元。線性激光源用以對物體帶卷邊部的表面照射，形成光斑點；圖像獲取單元與所述線性激光源的位置相對固定；圖像處理單元對所述圖像獲取單元獲取的像點圖像進行圖像處理；像點曲線轉換單元通過遍歷獲取的所有圖像點的方法統(tǒng)計各圖像點的坐標位置，使用像點曲線來計算擬合直線；質量判斷單元根據(jù)所述像點曲線轉換單元計算得到的各圖像點離該直線的距離判斷物體邊部塔形質量是否合格。本發(fā)明可以根據(jù)激光照射線的投影變化的數(shù)字圖像來定量檢測帶卷的邊部卷帶時的質量。
文檔編號G01B11/30GK102889864SQ20111020155
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權日2011年7月19日
發(fā)明者王建國, 姬海燕 申請人:中鋁上海銅業(yè)有限公司