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专利号: 2021108058104
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种中厚板矫直过程的表面轮廓实时测量系统,其特征在于,所述的表面轮廓实时测量系统设置在粗轧机的出口处,且位于板带传送辊道的正上方,所述的表面轮廓实时测量系统包括:升降结构、移动架、第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机、第四工业相机、投影仪、图像采集模块以及计算机控制模块;

所述升降结构设置在移动架上;

所述第一工业相机、第二工业相机以及投影仪均设置在所述升降结构上;所述升降结构用于调整所述第一工业相机、第二工业相机以及投影仪与板带之间的距离;

所述第一工业相机和所述第二工业相机所述投影仪为对称轴成对称结构;且所述第一工业相机和所述第二工业相机均与所述投影仪的竖直方向程设定角度设置;所述投影仪位于板带的中线的正上方;

所述第三工业相机和所述第四工业相机以所述板带的中线为对称轴成对称结构;所述第三工业相机和所述第四工业相机的相机镜面与板带的侧面平行;

所述第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机、第四工业相机以及所述投影仪均与所述图像采集模块连接;所述图像采集模块与所述计算机控制模块连接;

当中厚板跟随板带通过时,所述投影仪将光栅光格结构光图案投影到所述中厚板的表面,所述第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机以及第四工业相机分别同步采集四个不同方位的图像;所述图像采集模块将四个不同方位的图像以及光栅光格结构传输至所述计算机控制模块,所述计算机控制模块进行中厚板的实时三维重建;进而实现中厚板矫直过程的表面轮廓的实时测量;具体测量过程如下:S101,调整第一工业相机、第二工业相机以及投影仪与板带之间的距离;

S102,调整投影仪投影的光栅光格结构光图案,使光栅光格结构光图案的边缘与板带边缘重合;

S103,基于张正友标定算法对第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机、第四工业相机以及所述投影仪进行标定;确定相机的内参数:摄像机有效焦距f、摄像机图像中心位置(u0,v0)、镜头畸变系数k、X方向尺度因子sx和外参数R、T并得到一个面到另一个面的投影映射矩阵H,H定义为: 标定后就有 进而得到板带、工业相机和投影仪之间的位置几何关系;

S104,当中厚板跟随板带通过时,控制第一工业相机、第二工业相机、第三工业相机、第四工业相机以及所述投影仪开始工作;

S105,利用第一工业相机和第二工业相机对中厚板的上表面进行同步实时拍摄图像,利用第三工业相机和第四工业相机对中厚板的侧面进行同步实时拍摄图像,并根据板带的移动速度调整拍摄的频次;设定在t时刻上左相机拍摄的图像为I1(t),上右相机拍摄图像为I2(t),侧面左相机拍摄图像为I3(t),侧面右相机拍摄图像为I4(t),进而完成图像的采集;

S106,根据每个工业相机拍摄的图片提取对应的三维点云数据;

S106之前还包括:

对每个工业相机拍摄的图片进行预处理;所述预处理包括:滤波处理、二值化处理、阈值分割、条纹细化处理以及去毛刺处理;

S106具体包括:

根据每个工业相机拍摄的图片确定每个工业相机拍摄的图片对应的世界坐标系数据;

Ωc工业相机坐标系Oc‑XcYcZc,原点Oc位于镜头光心处,Zc轴与相机光轴重合;Xc轴、Yc轴分别平行于成像面的横轴、纵轴;

o‑xy:图像坐标系;u‑v:像素坐标系,像素的横坐标u与纵坐标v分别是在其图像数组中所在的列数与所在行数;

Ωt:投影仪坐标系Ot‑XtYtZt,投影装置镜头光心Ot为其坐标原点,又称投影中心,Ot在参考面上的投影为O;图像坐标系和像平面坐标系;

Ωmn:工业相机成像面图像坐标系;

Ωw:世界坐标系Ow‑XwYwZw,它用来表征物体的空间位置,是空间中的基准参考系,空间中的任意一点的世界坐标系(XwYwZw),Z轴平行于投影仪中心轴,XOY面即测量模型中的参考面;

P:物点,在参考面上的投影为P′,P为相机拍摄所成像点;

通过此模型可得出像素点和世界坐标系数学关系表达式:

fx:摄像机x方向的有效焦距;

fy:摄像机y方向的有效焦距;

l:A′到o的距离;

α:结构光平面与相机光轴的夹角;

对四个工业相机进行同样的数学运算,求得各自的工业相机中图像的世界坐标系数据;

根据每个工业相机拍摄的图片对应的世界坐标系数据,采用canny算法,提取每个工业相机对应的三维点云数据;

S107,对每个工业相机提取的三维点云数据采用首末特征点的新式图像拼接算法进行拼接,得到每个工业相机对应的拼接后的三维点云数据;

对于图像数据的拼接提出利用首末特征点的新式图像拼接算法,第一工业相机对应的数据集合P1(t)位列阐述拼接算法的应用,首先输入数据集合P1(t),由于P1(t)中的数据是以时间顺序进行的排序,其中,在t1时刻数据集合可表示为:P1(t1)中的最后一行数据则作为t2时刻数据集合P1(t2)的第一行数据,则有:依次递推,实现对第一工业相机

的数据集合P1(t)完成拼接,输出拼接好的数据P1(t);其他三个相机采用同样方法完成数据的拼接P2(t)、P3(t)、P4(t);

S108,根据每个工业相机对应的拼接后的三维点云数据进行中厚板的实时三维重建;

S108具体包括:

利用mesh函数对所有工业相机对应的拼接后的三维点云数据进行处理,完成整个中厚板的三维数据提取;即完成所述三维数据融合后,控制界面会显示整块板子的离散三维数据点云;

根据整个中厚板的三维数据,采用最小二乘法的高速曲面拟合算法,进行中厚板的实时三维重建;

S109,根据中厚板的实时三维实现中厚板矫直过程的表面轮廓的实时测量。

2.根据权利要求1所述的一种中厚板矫直过程的表面轮廓实时测量系统,其特征在于,所述升降结构包括:滑轨和升降台;

所述滑轨设置在所述移动架的两个侧壁上;

所述升降台与滑轨连接。

3.根据权利要求1所述的一种中厚板矫直过程的表面轮廓实时测量系统,其特征在于,所述移动架包括:架体和轮子;

所述轮子设置在所述架体的底部。

4.根据权利要求1所述的一种中厚板矫直过程的表面轮廓实时测量系统,其特征在于,根据每个工业相机拍摄的图片提取对应的三维点云数据,之前还包括:对每个工业相机拍摄的图片进行预处理;所述预处理包括:滤波处理、二值化处理、阈值分割、条纹细化处理以及去毛刺处理;

通过对每个相机拍摄的图像进行处理,通过三角测量法和对结构光图案变形的求解提取每个相机拍摄的图像的三维特征点云数据总集合为P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t),在t1时刻,第一工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P1(t1),第二工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P2(t1),第三工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P3(t1),第四工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P4(t1);在t2时刻,第一工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P1(t2),第二工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P2(t2),第三工业相机拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P3(t2),第四工业相机14拍摄的一幅图像的三维特征点云数据集合为P4(t2)……,依次类推,最终得到每个相机总的数据集合P1(t)、P2(t)、P3(t)、P4(t)。