CN111307038A - 一种基于激光位移传感器的钢卷溢出边检测方法 - Google Patents

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王荣浩
张文昌
马磊
赵东洋
姬丽娟
李柳
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness

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Abstract

本发明公开了一种基于激光视觉的钢卷溢出边检测方法，属于先进检测领域。该方法采用点激光位移传感器对钢卷溢出边数据进行检测，首先安装在工业机器人末端的点激光位移传感器沿预设路线扫描，获取钢卷溢出边形貌图像及其原始数据并传输至上位机，然后通过最小二乘法对溢出边原始数据进行中心线的拟合并以此为基准对原始数据进行修正处理以消除因激光位移传感器与检测端面不平行造成的影响，最后设置合适的阈值以对溢出边是否超限做出自动判断。

Description

一种基于激光位移传感器的钢卷溢出边检测方法
技术领域
本发明涉及智能检测领域，特别涉及基于点激光位移传感器的端面自动检测方法。
背景技术
随着计算机网络技术、传感技术和测量技术的迅猛发展，钢卷自动检测包装这一冶金行业中的重要工作内容对钢卷的检测结果提出了更高的要求。在钢卷的溢出边检测过程中若采取人工肉眼观察，手持测量的方式必不可少的会因为主观因素的影响导致检测结果出现误差乃至误判，同时检测结果的可追溯性较差。为了提高检测设备的自动化水平和检测结果的准确性，急需提出一种新型的自动检测方法。
数据采集与处理是溢出边检测的关键，发明人在本发明的过程中结合最小二乘法和点激光位移传感器的优点提出一种基于激光位移传感器的钢卷溢出边检测方法。该方法通过安装在工业机器人末端的点激光位移传感器采集钢卷溢出边原始数据并传输至上位机，然后通过最小二乘法对数据进行处理，以消除钢卷位姿对测量结果产生的影响，最后通过上位机程序判断溢出边是否超限并进行信息提示。整个***的稳定性较好，激光位移传感器测量精度高，最小二乘法鲁棒性好，在实际生产中有很高的实用价值。
发明内容
一种基于激光视觉的钢卷溢出边检测方法，其特征在于通过最小二乘法对溢出边原始数据的中心线进行拟合，以此为基准将溢出边图像修正至水平位置，并设置合适的阈值以对溢出边是否超限做出自动判断，所述方法包括以下步骤：
(1)安装在工业机器人末端的点激光位移传感器沿预设路线扫描，获取钢卷溢出边形貌图像及其原始数据并传输至上位机；
(2)在上位机程序中通过最小二乘法对溢出边原始数据进行中心线的拟合；
(3)以拟合出的中心线为基准，将钢卷溢出边原始图像旋转至水平位置并绘制在软件界面中；
(4)根据检测需要设置溢出边阈值，通过上位机程序自动判断溢出边是否超限。
步骤(1)具体为：点激光位移传感器获取钢卷溢出边原始数据(xo，yo)，并通过以太网传输至上位机程序中。
步骤(2)具体为：在原始数据(xo，yo)(o＝0，1...k)两端分别截取长度为amm 的两段数据，将两端数据包含的点组成一个新的点集(xi，yi)(i＝0，1...m)，在上位机程序中设计算法对该点集进行最小二乘拟合。由直线拟合的最小二乘法可知，对给定区域的离散点集进行直线拟合即为在线性无关的函数集合
Figure RE-GSB0000179646110000021
Figure RE-GSB0000179646110000022
中求解S*(x)∈Ф，使其误差平方和满足
Figure RE-GSB0000179646110000023
其中，
Figure RE-GSB0000179646110000024
最终可以解得
Figure RE-GSB0000179646110000025
Figure RE-GSB0000179646110000026
步骤(3)中具体为：将原始数据(xo，yo)的所有点逐点与拟合直线上横坐标相同的点(xo，S*(xo))的纵坐标相减即可消除因激光位移传感器与钢卷被测端面不平行造成的影响，得到以水平线为基准的溢出边数据(xo，yo-S*(xo))。最后在上位机程序的人机交互界面中绘制图像对截面数据进行直观展示。
步骤(4)具体为：在上位机程序中添加可实时修改的阈值变量，根据实际检测需求设置具体阈值，对步骤(3)所得处理后的数据是否超限进行判断。对超限部分进行标红处理，并在检测结果一栏中进行信息提示。
附图说明
图1是本发明提供的钢卷端面溢出边检测示意图；
图2是本发明提供的示例中机器人搭载传感器的运动轨迹示意图；
图3是本发明提供的基于激光视觉的钢卷溢出边检测方法的流程图。
图4是检测过程中获得的原始数据。
图5是通过步骤(2)所述方法进行最小二乘拟合后的拟合直线展示。
图6是利用步骤(3)所述方法进行处理后的端面检测数据。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了方便快速、准确地实现钢卷端面检测，本发明实施例提供基于激光视觉的钢卷溢出边检测方法，参见图1-3，该方法内容如下：
图1包括：点激光位移传感器和钢卷端面。激光传感器扫描钢卷端面获取溢出边数据。
101：安装在工业机器人末端的点激光位移传感器沿预设路线扫描，获取钢卷溢出边形貌图像及其原始数据并传输至上位机；
102：在原始数据(xo，yo)(o＝0，1...k)两端分别截取长度为amm的两段数据，将两端数据包含的点组成一个新的点集(xi，yi)(i＝0，1...m)，在上位机程序中设计算法对该点集进行最小二乘拟合。由直线拟合的最小二乘法可知，对给定区域的离散点集进行直线拟合即为在线性无关的函数集合
Figure RE-GSB0000179646110000031
Figure RE-GSB0000179646110000032
中求解S*(x)∈Ф，使其误差平方和满足
Figure RE-GSB0000179646110000033
其中，
Figure RE-GSB0000179646110000034
最终可以解得
Figure RE-GSB0000179646110000035
Figure RE-GSB0000179646110000041
103：将原始数据(xo，yo)的所有点逐点与拟合直线上横坐标相同的点 (xo，S*(x0))的纵坐标相减即可消除因激光位移传感器与钢卷被测端面不平行造成的影响，得到以水平线为基准的溢出边数据(xo，yo-S*(xo))。最后在上位机程序的人机交互界面中绘制图像对截面数据进行直观展示。
104：在上位机程序中添加可实时修改的阈值变量，根据实际检测需求设置具体阈值，对步骤(3)所得处理后的数据是否超限进行判断。对超限部分进行标红处理，并在检测结果一栏中进行信息提示。
本发明实施例以钢卷端面检测试验来验证本发明提供的方法的有效性。检测过程中首先通过激光位移传感器获得钢卷端面的原始数据(附图4)，然后在原始数据两端分别截取长度为amm的两段数据，通过步骤(2)所述方法进行最小二乘拟合(附图5)，以拟合出的直线为基准，将原始图像扭转至水平位置达到消除传感器与钢卷待测端面不平行造成的误差，将数据处理结果绘制成曲线(附图6)。
以实物为例，控制检测机器人沿预定轨迹移动，同时其搭载的激光传感器进行轮廓数据采集，将边检数据传输至上位机程序进行处理，并设置适当阈值对超限部分进行标红。处理结果显示对溢出边的检测获得了理想的效果，该方法的有效性得到了很好的验证。
通过上述实验验证，可以看出本发明实施例提供的方法的可行性，可以满足实际应用中对钢卷溢出边自动检测的需要。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于激光视觉的钢卷溢出边检测方法，其特征在于通过最小二乘法对溢出边原始数据的中心线进行拟合，以此为基准将溢出边图像修正至水平位置，并设置合适的阈值以对溢出边是否超限做出自动判断，所述方法包括以下步骤：
(1)安装在工业机器人末端的点激光位移传感器沿预设路线扫描，获取钢卷溢出边形貌图像及其原始数据并传输至上位机；
(2)在上位机程序中通过最小二乘法对溢出边原始数据进行中心线的拟合；
(3)以拟合出的中心线为基准，将钢卷溢出边原始图像修正至水平位置并绘制在软件界面中；
(4)根据检测需要设置溢出边阈值，通过上位机程序自动判断溢出边是否超限。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)具体为：
在原始数据(xo，yo)(o＝0，1...k)两端分别截取长度为a mm的两段数据，将两端数据包含的点组成一个新的点集(xi，yi)(i＝0，1...m)，在上位机程序中设计算法对该点集进行最小二乘拟合。由直线拟合的最小二乘法可知，对给定区域的离散点集进行直线拟合即为在线性无关的函数集合
Figure FSA0000175601990000011
Figure FSA0000175601990000012
中求解S*(x)∈Φ，使其误差平方和满足
Figure FSA0000175601990000013
其中，
Figure FSA0000175601990000014
最终可以解得
Figure FSA0000175601990000015
Figure FSA0000175601990000016
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)具体为：
将原始数据(xo，yo)的所有点逐点与拟合直线上横坐标相同的点(xo，S*(x0))的纵坐标相减即可消除因激光位移传感器与钢卷被测端面不平行造成的影响，得到以水平线为基准的溢出边数据(xo，yo-S*(xo))。最后在上位机程序的人机交互界面中绘制图像对截面数据进行直观展示。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)具体为：
在上位机程序中添加可实时修改的阈值变量，根据实际检测需求设置具体阈值，对步骤(3)所得处理后的数据是否超限进行判断。对超限部分进行标红处理，并在检测结果一栏中进行信息提示。
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