TWI630366B

TWI630366B - 鋼板寬度量測系統及其方法

Info

Publication number: TWI630366B
Application number: TW106114344A
Authority: TW
Inventors: 楊詠宜; 林明樹; 黃振府
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-07-21
Also published as: TW201839351A

Abstract

一種鋼板寬度量測系統用以對行進中的鋼板進行連續量測，包括線狀發光二極體(LED)燈源、影像擷取單元以及電腦設備。線狀LED燈源用以做為鋼板之背光燈源。影像擷取單元包括二一維攝影機與影像擷取卡，一維攝影機架設於鋼板上方，影像擷取卡電性連接一維攝影機以產生影像資料。電腦設備用以接收影像資料並進行資料處理以求得鋼板之寬度。

Description

鋼板寬度量測系統及其方法

本揭露是有關於一種鋼板寬度量測系統及其方法，且特別是有關於對行進中的鋼板進行連續量測的一種鋼板寬度量測系統及其方法。

關於鋼板寬度之量測，除了依賴檢測員於鋼胚冷卻後以捲尺來做寬度量測外，目前已有一些量測系統可對行進中的冷熱胚進行鋼板寬度量測，然而，這些系統都存在一些限制。

MEA公司(MEA INC)的寬度計(Ultrasonic II Strip Width Gauging System)是在鋼板兩側架設超音波探頭，利用感測器所測得的距離經過換算以得出鋼板寬度。然而，超音波探頭的高度位置需與鋼板相同，且鋼板必須具有足夠的厚度。另外，鋼板行進中的厚度之變異量不得太大，否則將影響其量測準確性。VOLLMER公司(Vollmer America Inc.)的寬度計(VBK 2596)是以接觸式探頭進行鋼板寬度量測，然而，鋼板必須具有足夠的厚度，且若夾持力過大將造成鋼板損傷或接觸式探頭的磨損。

中華民國專利公告號I251661所揭示的量測系統是在鋼板兩側分別架設雷射結構光與二維感光耦合元件(CCD)攝影機，並配合影像擷取卡進行立體量測，以求出鋼板外型尺寸。然而，鋼板必須具有足夠的厚度，且由於量測範圍的限制，因此不適用寬度範圍較大的鋼板。

本揭露的目的是在於提供一種鋼板寬度量測系統及方法，具有不損害鋼板、寬度量測範圍較寬的優點，且亦可適用於厚度較薄的鋼板。

根據本揭露之上述目的，提出一種鋼板寬度量測系統，用以對行進中的鋼板進行連續量測，包括線狀發光二極體(LED)燈源、影像擷取單元以及電腦設備。線狀LED燈源用以做為鋼板之背光燈源。影像擷取單元包括二一維攝影機與影像擷取卡，一維攝影機架設於鋼板上方，影像擷取卡電性連接一維攝影機以產生影像資料。電腦設備用以接收影像資料並進行資料處理以求得鋼板之寬度。

在一些實施例中，上述線狀LED燈源之排列方向係垂直於鋼板之行進方向。

在一些實施例中，上述一維攝影機係感光耦合元件(CCD)線形(line-scan)攝影機。

在一些實施例中，上述電腦設備更判斷影像資料是否為鋼板尾端：若非鋼板尾端，則電腦設備進行寬度顯示與資料累積並持續接收影像資料以求得鋼板之寬度；若是鋼板尾端，則電腦設備進行存檔與資料初始化。

根據本揭露之上述目的，另提出一種鋼板寬度量測方法，用以對行進中的鋼板進行連續量測，包括以下步驟：(a)以線狀LED燈源做為鋼板之背光燈源，並以一維攝影機進行取像以產生影像資料；(b)針對影像資料的影像灰度值(gray scale)以特定閥值來篩選出暗區影像物件；(c)利用次像素(sub-pixel)方法來求出暗區影像物件之邊緣；(d)進行座標轉換，並接著計算鋼板之寬度；以及(e)進行鋼板尾端判斷。

在一些實施例中，上述座標轉換係以對應函數(mapping funtion)來將一維攝影機所組成之二維影像座標轉換至實際空間座標，公式如下：

其中，X軸垂直於鋼板的行進方向，Z軸為鉛直方向，a為校正參數，(u,v)代表二維影像座標之座標點，(x,z)代表實際空間座標之座標點，m為冪次且可視所需量測精度進行調整。

在一些實施例中，上述鋼板之寬度可由如下方程式計算：

其中，W為鋼板之寬度，(X_L,Z_L)與(X_R,Z_R)代表鋼板的邊緣於實際空間座標之座標點。

在一些實施例中，上述鋼板尾端判斷之判斷結果為非，則進行寬度顯示、資料累積，並重複步驟(a)至(e)；其中鋼板尾端判斷之判斷結果為是，則進行存檔與資料初始化。

在一些實施例中，上述鋼板尾端判斷包括以下步驟：暗區影像物件於垂直鋼板的行進方向上是否位於亮區影像物件之間；判斷鋼板之寬度是否大於最小量測寬度；以及判斷鋼板之寬度是否小於最大量測寬度。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧鋼板寬度量測系統

110‧‧‧線狀LED燈源

120‧‧‧影像擷取單元

122、124‧‧‧一維攝影機

126‧‧‧影像擷取卡

130‧‧‧電腦設備

200、300、301、302‧‧‧鋼板

320‧‧‧一維攝影機

326‧‧‧攝影機鏡頭

328‧‧‧感知器

L_1L、L_2L、L_1R、L_2R‧‧‧直線

P_L、P_R‧‧‧座標點

S1~S5‧‧‧步驟

u_L、u_R‧‧‧投影像素位址

X、Y、Z、u‧‧‧座標軸

X_L、X_R、Z_L、Z_R‧‧‧座標點

從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。

[圖1]係根據本揭露實施例之鋼板寬度量測系統的系統架構圖。

[圖2]係根據本揭露實施例之鋼板寬度量測方法的流程圖。

[圖3]係根據本揭露示範例之使用單支一維攝影機來進行鋼板寬度量測之示意圖。

[圖4]係根據本揭露實施例之使用二一維攝影機來進行鋼板寬度量測之示意圖。

本揭露提供了許多不同的實施例或例子，用以實作此揭露的不同特徵。為了簡化本揭露，一些元件與佈局的具體例子會在以下說明。當然，這些僅僅是例子而不是用以限制本揭露。例如，若在後續說明中提到了第一特徵形成在第二特徵上面，這可包括第一特徵與第二特徵是直接接觸的實施例；這也可以包括第一特徵與第二特徵之間還形成其他特徵的實施例，這使得第一特徵與第二特徵沒有直接接觸。此外，本揭露可能會在各種例子中重複圖示符號及/或文字。此重複是為了簡明與清晰的目的，但本身並不決定所討論的各種實施例及/或設置之間的關係。

再者，在空間上相對的用語，例如底下、下面、較低、上面、較高等，是用來容易地解釋在圖示中一個元件或特徵與另一個元件或特徵之間的關係。這些空間上相對的用語除了涵蓋在圖示中所繪的方向，也涵蓋了裝置在使用或操作上不同的方向。這些裝置也可被旋轉(例如旋轉90度或旋轉至其他方向)，而在此所使用的空間上相對的描述同樣也可以有相對應的解釋。

圖1係根據本揭露實施例之鋼板寬度量測系統100的系統架構圖。鋼板寬度量測系統100用以對行進中的鋼板200進行連續量測。鋼板寬度量測系統100包含線狀 LED燈源110、影像擷取單元120以及電腦設備130。

線狀LED燈源110用以做為鋼板200之背光燈源，且線狀LED燈源110的排列方向垂直於鋼板200的行進方向。其中，線狀LED燈源110的排列方向平行於X軸，且鋼板200的行進方向平行於Y軸。於本實施例中，使用直流的線狀LED燈源來避免閃爍問題。應注意的是，若鋼板200為熱軋鋼胚，代表鋼板200會發出紅熱光，在此情況下，線狀LED燈源110的亮度需高於該紅熱光，以利後續辨別作業得以順利進行。

影像擷取單元120包括一維攝影機122、124與影像擷取卡126。鋼板寬度量測系統100架設時，先將一維攝影機122、124架設於鋼板200的上方，再以線狀LED燈源110的排列方向往上延伸的鉛直方向所構成之XZ平面來輔助調整一維攝影機122、124的位置，使得一維攝影機122、124的所連成的一直線於鉛直方向對準於線狀LED燈源110的排列方向。為了提升鋼板寬度量測系統100的偵測能力，一維攝影機122、124採用高像素與高掃描頻率的感光耦合元件(CCD)線形(line-scan)攝影機以每秒1000次的掃描頻率進行掃描，但本發明不限於此。

影像擷取卡126電性連接一維攝影機122、124以產生影像資料。於電腦設備130中裝設影像資料處理及換算座標之軟體，以使得電腦設備130用以接收影像資料並進行資料處理以求得鋼板200之寬度。

圖2係根據本揭露實施例之鋼板寬度量測方法 1000的流程圖。請一併參照圖1與圖2。於步驟S1，以線狀LED燈源110做為鋼板200之背光燈源，並以一維攝影機122、124進行取像以產生影像資料。接著，於步驟S2，針對影像資料的影像灰度值(gray scale)以特定閥值來篩選出暗區影像物件。

上述「閥值」或稱「門檻值(threshold)」是用以將影像資料進行二值化(binarization)，使得背景物與待測物得以分離。在本揭露中，因為線狀LED燈源110係作為鋼板200之背光燈源，因此待測物(即鋼板200)在攝影成像上的影像灰度值會比背景的影像灰度值低。據此，如果經由適當地調整閥值，並捨棄影像灰度值高於閥值的影像區域，便可以得出鋼板200的位置，即暗區影像物件。

請再次參照圖2，於步驟S3，利用次像素(sub-pixel)方法來求出暗區影像物件之兩邊邊緣。在步驟S3當中，主要是由整張影像中分析出由亮變暗或由暗變亮的邊緣座標像素(pixel)，並利用次像素方法來精確地計算出兩邊緣所對應之影像座標值，上述方法稱為次像素解析，其作用為提高取像精度。

接著，於步驟S4，進行座標轉換，並接著計算鋼板200之寬度。其中座標轉換係透過對應函數(mapping funtion)的應用來將一維攝影機122、124所組成之二維影像座標轉換至實際空間座標，其公式如下：

其中，X軸垂直於該鋼板的行進方向，Z軸為鉛直方向，a為校正參數，(u,v)代表一維攝影機122、124所組成之二維影像座標之座標點，(x,z)代表實際空間座標之座標點，m為冪次且可視所需量測精度進行調整，越高的m值在影像座標與實際空間座標的趨近會有越佳的效果，但其所需的運算量也會越大。關於校正參數之計算方法，請參照中華民國專利公開號I251661之「4．系統校正」段落的內容，在此不贅述。

以下以圖3作為一示範例用以例示使用單支一維攝影機320來進行鋼板寬度量測。鋼板300透過攝影機鏡頭326的鏡心成像於感知器328上，則鋼板300於感知器328上的投影像素位址為u_R與u_L，其中u代表一維攝影機320之影像座標軸。透過前述之座標轉換的方式來求出鋼板300之兩邊邊緣的實際空間座標值X_L與X_R，則鋼板300的寬度即為X_R減去X_L之絕對值。然而，由圖3可知，若鋼板於行進的過程中有跳動，即鋼板與一維攝影機320的間距改變，則跳動後的鋼板301於感知器328上的投影像素位址也會不同。此外，鋼板與一維攝影機的可能並非平行排列，如鋼板302所示。由上述可知，若僅使用單支一維攝影機來進行鋼板寬度量測將需要增加許多複雜的校正手段。為解決上述問題，本揭露使用兩支一維攝影機來進行鋼板寬度量測。

請參照圖4，於本揭露中，使用兩支一維攝影機122、124來進行鋼板寬度量測。對一維攝影機122而言，鋼板200透過一維攝影機122的攝影機鏡心成像於一維攝影機122的感知器，即鋼板200的兩邊邊緣投影於一維攝影機122的感知器的投影像素位址可知，則藉由投影像素位址與攝影機鏡心之連線可求得直線L_1L與直線L_1R。同理，對一維攝影機124而言，可求得直線L_2L與直線L_2R。由於直線L_1L與直線L_2L之交點P_L即表示鋼板左邊緣，直線L_1L與直線L_2L之交點P_R表示鋼板左邊緣，藉由求出的交點P_L的座標(X_L，Z_L)與交點P_R的座標(X_R，Z_R)，請一併參照圖2，在步驟S4當中，鋼板200之寬度即交點P_L至交點P_R的距離，故鋼板200之寬度可由如下方程式計算：

請再次參照圖1與圖2，於步驟S5，進行鋼板尾端判斷，若非鋼板尾端，則電腦設備130顯示鋼板200的寬度、累積鋼板200的寬度之資料，並重複步驟S1-S4以持續接收影像資料來求得鋼板200之寬度；若是鋼板尾端，則電腦設備130進行累積資料的存檔與資料初始化。

於步驟S5當中，鋼板尾端判斷包括以下步驟：(S51)暗區影像物件於垂直鋼板的行進方向上是否位於亮區影像物件之間；(S52)判斷鋼板之寬度是否大於最小量測寬度；以及(S53)判斷鋼板之寬度是否小於最大量測寬度。若暗區影像物件不位於亮區影像物件之間，則有幾種可能，如(1)已為鋼板尾端，則影像當中只會存在亮區影像物件；(2)鋼板行進過程已嚴重偏移，使得暗區影像物件有其中一側已無亮區影像物件。另外，當產線上有異常，例如有異物進入，可能導致實際上無鋼板，但仍存在暗區影像物件，因此使用者可視實際需求來設定最小量測寬度與最大量測寬度，並在步驟S5中，判斷於步驟S4所求得的鋼板寬度數值是否落於最小量測寬度至最大量測寬度之間。若步驟S51-S53判斷皆為是，代表非鋼板尾端，則電腦設備130進行鋼板寬度顯示與鋼板寬度之資料累積並持續接收影像資料以繼續求得鋼板之寬度；若步驟S51-S53判斷有其中一者為否，代表是鋼板尾端，則電腦設備130進行存檔與資料初始化。

由上述可知，本揭露之鋼板寬度量測系統及方法可透過線狀LED燈源作為鋼板之背光燈源，並配合二一維攝影機、影像擷取卡、電腦設備來對鋼板進行立體量測，以求得行進中鋼板之寬度。

以上概述了數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可以更了解本揭露的態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地把本揭露當作基礎來設計或修改其他的製程與結構，藉此實現和在此所介紹的這些實施例相同的目標及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應可明白，這些等效的建構並未脫離本揭露的精神與範圍，並且他們可以在不脫離本揭露精神與範圍的前提下做各種的改變、替換與變動。

Claims

一種鋼板寬度量測系統，用以對行進中的該鋼板進行連續量測，包括：一線狀發光二極體(LED)燈源，用以做為該鋼板之背光燈源；一影像擷取單元，包括二一維攝影機與一影像擷取卡，該些一維攝影機架設於該鋼板上方，該影像擷取卡電性連接該些一維攝影機以產生一影像資料；以及一電腦設備，用以接收該影像資料並進行資料處理以求得該鋼板之一寬度。
如申請專利範圍第1項所述之鋼板寬度量測系統，其中該線狀LED燈源之排列方向係垂直於該鋼板之行進方向。
如申請專利範圍第1項所述之鋼板寬度量測系統，其中該些一維攝影機係感光耦合元件(CCD)線形(line-scan)攝影機。
如申請專利範圍第1項所述之鋼板寬度量測系統，其中該電腦設備更判斷該影像資料是否為鋼板尾端：若非鋼板尾端，則該電腦設備進行寬度顯示與資料累積並持續接收該些影像資料以求得該鋼板之該些寬度；若是鋼板尾端，則該電腦設備進行存檔與資料初始化。
一種鋼板寬度量測方法，用以對行進中的該鋼板進行連續量測，包括以下步驟：(a)以一線狀LED燈源做為該鋼板之背光燈源，並以二一維攝影機進行取像以產生一影像資料，其中該些一維攝影機係架設於該鋼板上方；(b)針對該影像資料的影像灰度值(gray scale)以一特定閥值來篩選出一暗區影像物件；(c)利用次像素(sub-pixel)方法來求出該暗區影像物件之二邊緣；(d)進行一座標轉換，並接著計算該鋼板之一寬度；以及(e)進行一鋼板尾端判斷。
如申請專利範圍第5項所述之鋼板寬度量測方法，其中該線狀LED燈源之排列方向係垂直於該鋼板之行進方向。
如申請專利範圍第5項所述之鋼板寬度量測方法，其中該座標轉換係以對應函數(mapping funtion)來將該些一維攝影機所組成之二維影像座標轉換至實際空間座標，公式如下：其中，X軸垂直於該鋼板的行進方向，Z軸為鉛直方向，a為校正參數，(u,v)代表二維影像座標之座標點，(x,z)代表實際空間座標之座標點，m為冪次且可視所需量測精度進行調整。
如申請專利範圍第5項所述之鋼板寬度量測方法，其中該鋼板之該寬度可由如下方程式計算：其中，W為該鋼板之該寬度，(X_L,Z_L)與(X_R,Z_R)代表該鋼板的該些邊緣於實際空間座標之座標點。
如申請專利範圍第5項所述之鋼板寬度量測方法，其中該鋼板尾端判斷之判斷結果為非，則進行寬度顯示、資料累積，並重複步驟(a)至(e)；其中該鋼板尾端判斷之判斷結果為是，則進行存檔與資料初始化。
如申請專利範圍第5項所述之鋼板寬度量測方法，其中該鋼板尾端判斷包括以下步驟：該暗區影像物件於垂直該鋼板的行進方向上是否位於二亮區影像物件之間；判斷該鋼板之該寬度是否大於一最小量測寬度；以及判斷該鋼板之該寬度是否小於一最大量測寬度。