钢板板型在线控制系统的研究

耿加深(山钢股份济南分公司　　检修工程公司,济南　250101)



钢板板型在线控制系统的研究

耿加深
(山钢股份济南分公司检修工程公司,济南250101)

摘 要：根据宽厚板生产线改造项目的技术要求和现场实际情况，在不改动原有设备和轧钢工艺的基础上，增加钢板板型在线控制系统。应用光学测量的原理，采用多台CCD固体摄像机空间摄影图像测量技术，将待测钢板的图像经CCD摄像机输入计算机,由计算机对钢板的数字图像自动进行平面二维几何尺寸解算、测量、规划,并输出测量结果。

关键词：光学测量；数学模型；空间摄影

0　前言

济钢中厚板厂原先采用人工测量轧制钢板的长度宽度，由于受现场高温和噪声的影响，测量工具误差的限制，所需要的操作人员较多，劳动强度过大，环境恶劣，并且由于误差经常导致测量不准。新增加的钢板板型在线控制系统，采用高分辨率、优像质、高光敏度的航空测量型CCD固体摄像机，测量精度高，不须人为的干预，而且对每块钢板的长宽数据都进行了有效记录，归纳汇总，实时反馈，满足生产工艺需求。

1　测长测宽系统

按照系统的功能分类，本系统可以分为以下部分：

相机监测系统，包括12台测长宽CCD摄像机、自动制冷温控机箱和电源，以及同步控制器等。

主控电力系统，包括一个分配变压器、四个继电器。主控电力系统是本测量系统动力总成。按照部件负载的大小和重要程度的不同，以一定的顺序给部件上电。

数据处理单元，主要组成部分是两台工业计算机，用来完成诸如图像采集、传送、处理和储存等工作。

图像传感器用来获取特定场景的图像信息，为12台高分辨率的单色CCD摄像机，获得高质量的目标图像。图像采集卡用来获取图像或传送视频数据给计算机。与高分辨率单色CCD摄像机相匹配，使用了一个16路Viper-Quad 图像采集卡。

系统线缆连接，包括CCD摄像机75-5视频线缆 、CCD防护箱内单片机4芯数据线缆、2芯Φ1.5动力线缆。

2　CCD摄像机系统的标定和误差补偿

CCD摄像机系统的标定是摄影测量的一个重要组成部分。摄影过程是一种成像过程，而数字成像过程是由图像系统来完成的。这种图像系统一般包括摄像机及其成像镜头，数字图像采集卡和计算机主机等主要设备。数字成像过程是指空间中三维物体信息到二维数字图像的变换过程；图像测量过程则是从二维数字图像信号中提取出被观测对象几何尺寸信息的过程；而标定则是要定量地确定空间三维目标信息到二维数字图像信息的变换关系。因此一个理想的标定方法应该如实地考虑到数字成像过程中信号变换的各种因素，如镜头的几何投影，镜头的畸变与信号失真、图像信号的光电转换、模数/数模转换中抽样、拟合及再抽样带来的信号变化，以及由标定模型与真实系统之间的差异而产生的误差如何补偿等因素。

2.1数字成像过程的系统模型

计算机数字成像系统一般可归结为以下一些过程：

（1）将三维目标信息通过CCD摄像机的光学成像镜头变换为成像平面上的二维光学图像，这其中主要包括几何线性投影、镜头的畸变失真、随机噪声的混入等因素；

（2）位于镜头成像平面上的CCD光电耦合器将二维光学图像转换为二维空间离散的电信号，这其中主要包括光电信号的转换、二维空间离散抽样等过程；

（3）CCD摄像机视频电路将CCD形成的二维空间离散的图像电信号转换为具有一定扫描行数，且每行信号连续的模拟视频图像信号，这其中主要包括离散信号的D/A转换及视频调制等过程；

（4）用计算机视频图像数字化设备（视频图像数字采集卡）将视频图像信号数字化为二维图像信号。

2.2误差补偿

数字成像模型中，已考虑镜头畸变的影响，虽对于焦距较长的镜头(如25mm以上)，由标定后参数构成的三维视觉系统所得到的三维数据，几乎没有镜头畸变失真的影响；但对于焦距短的镜头(如6mm)，由标定后参数构成的系统，所得到的三维数据，仍存在系统误差。一个典型的表现就是对于平面三维测量，其三维数据在图像的边沿部分微呈曲面状。

误差补偿方法为：在大地坐标系的三维测量立体范围中，首先设置一个已知三维坐标的立体点阵（既标定尺），这些点阵可在三维成像中得到对应的三维坐标，然后用这些计算出的三维坐标与实际已知的三维坐标之间差值组合，作为误差补偿参数去修正邻域内点的三维数据。由于误差补偿参数确定这一过程，在实现时与标定过程一致，因此在数字成像模型参数标定的过程中，可以同时得到误差补偿的参数。

3　应用效果

钢板板型在线控制系统在济钢中厚板厂投用后，大大加强了钢板长宽测量水平，实现了在钢板轧制过程中长度和宽度的实时反馈，为操作人员更好的掌握钢板数据，及时修正操作规程提供了有效依据。同时，解决了人为因素造成钢板测量误差，保证了钢板质量。运行方式为自动监测，在操作台实时显示，从而解决了耗费大量人力资源等诸多问题。

参考文献：

[1]白廷柱,金伟其.光电成像原理与技术[M].北京：北京理工大学出版社,2006.

[2]唐剑兵.光电技术基础[M].四川：西南交通大学出版社,2006.

[3]史文中.三维空间信息系统模型与算法[M].北京:电子工业出版社,2007.

作者简介：耿加深（1987-），男，本科，助理工程师，主要从事：冶金自动化技术工作。

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