鋼板板型在線控制系統的研究

耿加深(山鋼股份濟南分公司　　檢修工程公司,濟南　250101)

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鋼板板型在線控制系統的研究

耿加深
(山鋼股份濟南分公司檢修工程公司,濟南250101)

摘 要：根據寬厚板生產線改造項目的技術要求和現場實際情況，在不改動原有設備和軋鋼工藝的基礎上，增加鋼板板型在線控制系統。應用光學測量的原理，采用多臺CCD固體攝像機空間攝影圖像測量技術，將待測鋼板的圖像經CCD攝像機輸入計算機,由計算機對鋼板的數字圖像自動進行平面二維幾何尺寸解算、測量、規劃,并輸出測量結果。

關鍵詞：光學測量；數學模型；空間攝影

0　前言

濟鋼中厚板廠原先采用人工測量軋制鋼板的長度寬度，由于受現場高溫和噪聲的影響，測量工具誤差的限制，所需要的操作人員較多，勞動強度過大，環境惡劣，并且由于誤差經常導致測量不準。新增加的鋼板板型在線控制系統，采用高分辨率、優像質、高光敏度的航空測量型CCD固體攝像機，測量精度高，不須人為的干預，而且對每塊鋼板的長寬數據都進行了有效記錄，歸納匯總，實時反饋，滿足生產工藝需求。

1　測長測寬系統

按照系統的功能分類，本系統可以分為以下部分：

相機監測系統，包括12臺測長寬CCD攝像機、自動制冷溫控機箱和電源，以及同步控制器等。

主控電力系統，包括一個分配變壓器、四個繼電器。主控電力系統是本測量系統動力總成。按照部件負載的大小和重要程度的不同，以一定的順序給部件上電。

數據處理單元，主要組成部分是兩臺工業計算機，用來完成諸如圖像采集、傳送、處理和儲存等工作。

圖像傳感器用來獲取特定場景的圖像信息，為12臺高分辨率的單色CCD攝像機，獲得高質量的目標圖像。圖像采集卡用來獲取圖像或傳送視頻數據給計算機。與高分辨率單色CCD攝像機相匹配，使用了一個16路Viper-Quad 圖像采集卡。

系統線纜連接，包括CCD攝像機75-5視頻線纜 、CCD防護箱內單片機4芯數據線纜、2芯Φ1.5動力線纜。

2　CCD攝像機系統的標定和誤差補償

CCD攝像機系統的標定是攝影測量的一個重要組成部分。攝影過程是一種成像過程，而數字成像過程是由圖像系統來完成的。這種圖像系統一般包括攝像機及其成像鏡頭，數字圖像采集卡和計算機主機等主要設備。數字成像過程是指空間中三維物體信息到二維數字圖像的變換過程；圖像測量過程則是從二維數字圖像信號中提取出被觀測對象幾何尺寸信息的過程；而標定則是要定量地確定空間三維目標信息到二維數字圖像信息的變換關系。因此一個理想的標定方法應該如實地考慮到數字成像過程中信號變換的各種因素，如鏡頭的幾何投影，鏡頭的畸變與信號失真、圖像信號的光電轉換、模數/數模轉換中抽樣、擬合及再抽樣帶來的信號變化，以及由標定模型與真實系統之間的差異而產生的誤差如何補償等因素。

2.1數字成像過程的系統模型

計算機數字成像系統一般可歸結為以下一些過程：

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

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

（3）CCD攝像機視頻電路將CCD形成的二維空間離散的圖像電信號轉換為具有一定掃描行數，且每行信號連續的模擬視頻圖像信號，這其中主要包括離散信號的D/A轉換及視頻調制等過程；

（4）用計算機視頻圖像數字化設備（視頻圖像數字采集卡）將視頻圖像信號數字化為二維圖像信號。

2.2誤差補償

數字成像模型中，已考慮鏡頭畸變的影響，雖對于焦距較長的鏡頭(如25mm以上)，由標定后參數構成的三維視覺系統所得到的三維數據，幾乎沒有鏡頭畸變失真的影響；但對于焦距短的鏡頭(如6mm)，由標定后參數構成的系統，所得到的三維數據，仍存在系統誤差。一個典型的表現就是對于平面三維測量，其三維數據在圖像的邊沿部分微呈曲面狀。

誤差補償方法為：在大地坐標系的三維測量立體范圍中，首先設置一個已知三維坐標的立體點陣（既標定尺），這些點陣可在三維成像中得到對應的三維坐標，然后用這些計算出的三維坐標與實際已知的三維坐標之間差值組合，作為誤差補償參數去修正鄰域內點的三維數據。由于誤差補償參數確定這一過程，在實現時與標定過程一致，因此在數字成像模型參數標定的過程中，可以同時得到誤差補償的參數。

3　應用效果

鋼板板型在線控制系統在濟鋼中厚板廠投用后，大大加強了鋼板長寬測量水平，實現了在鋼板軋制過程中長度和寬度的實時反饋，為操作人員更好的掌握鋼板數據，及時修正操作規程提供了有效依據。同時，解決了人為因素造成鋼板測量誤差，保證了鋼板質量。運行方式為自動監測，在操作臺實時顯示，從而解決了耗費大量人力資源等諸多問題。

參考文獻：

[1]白廷柱,金偉其.光電成像原理與技術[M].北京：北京理工大學出版社,2006.

[2]唐劍兵.光電技術基礎[M].四川：西南交通大學出版社,2006.

[3]史文中.三維空間信息系統模型與算法[M].北京:電子工業出版社,2007.

作者簡介：耿加深（1987-），男，本科，助理工程師，主要從事：冶金自動化技術工作。

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