專利名稱：棒材在線計(jì)數(shù)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)傳送裝置裝運(yùn)的棒材進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)軋制的棒材產(chǎn)品一般采用打捆方式包裝，打捆之前必須對(duì)傳送鏈床上的棒材進(jìn)行準(zhǔn)確的定支計(jì)數(shù)。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采用多根棒材同時(shí)裁剪的工藝，傳送鏈床上的棒材堆集、重疊現(xiàn)象不可避免，因而目前常見的光電計(jì)數(shù)技術(shù)和機(jī)械計(jì)數(shù)技術(shù)都無法保證準(zhǔn)確計(jì)數(shù)，況且后者還需進(jìn)行較大規(guī)模的設(shè)備改造。
最近，名稱為“棒材自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)”的發(fā)明(專利申請(qǐng)?zhí)枮?3100566)公開了一種采用線陣CCD攝像機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)的技術(shù)。其方案是在棒材傳送鏈底部的鏈條之間安裝熒光燈管，燈管與傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)方向垂直，在燈管上方有一橫跨在傳動(dòng)鏈上的支撐架，裝有一線陣CCD攝像機(jī)，與燈管在一個(gè)豎直平面上。當(dāng)棒材經(jīng)過傳動(dòng)鏈擋住和離開燈管時(shí)，采集的圖像中出現(xiàn)明暗變化，將圖像傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理后計(jì)數(shù)。其不足之處是，當(dāng)有多根棒材堆疊時(shí)，棒材之間的透光縫隙數(shù)目是個(gè)不確定數(shù)，將影響其準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。另外，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用于處理不合格棒材的電磁吊經(jīng)常需靠近傳動(dòng)鏈床運(yùn)行，也不便于設(shè)置上述支撐架；而裝在傳動(dòng)鏈床下方的燈管很容易被污染和被墜物損壞，因而影響了該裝置的實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種棒材在線計(jì)數(shù)方法及其裝置，提高對(duì)傳送過程中的棒材計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度，同時(shí)克服多根棒材堆疊產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)棒材的快速、準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。
本發(fā)明所采用的方法是連續(xù)采集傳送鏈床上的棒材端部圖像信號(hào)，同時(shí)采集圖像間對(duì)應(yīng)的相對(duì)位移量；對(duì)圖像中的棒材端面信息進(jìn)行增強(qiáng)處理，利用類圓形模板匹配，增強(qiáng)棒材中心部位信息；提取圖像中所有棒材的中心坐標(biāo)；通過相對(duì)位移量連續(xù)比較前后幅圖象中各棒材中心坐標(biāo)，逐一對(duì)位確認(rèn)出各棒材坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系；對(duì)每一棒材坐標(biāo)作足夠次數(shù)對(duì)位確認(rèn)和容錯(cuò)置信度統(tǒng)計(jì)，至棒材支數(shù)到一捆設(shè)定值時(shí)給出分捆位置指示信息。
所述相對(duì)位移量為兩次圖像采樣時(shí)間間隔內(nèi)棒材整體位移量，可以取自傳送鏈床的相對(duì)位移量，或者由前后幅圖象最佳匹配時(shí)的平移值確定。
本發(fā)明的裝置包括設(shè)置在傳送鏈床平面以下，照射棒材端面的照明光源；設(shè)置在傳送鏈床平面以上，對(duì)棒材端部攝像的拍攝裝置；將采集的圖像進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、圖像處理、計(jì)數(shù)運(yùn)算并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果及控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)；分捆信息顯示裝置；傳送鏈床啟停控制電路。
光源采用熒光燈或鹵素?zé)?，以獲得清晰的棒材端部圖像。進(jìn)一步方案是采用彩色光源，以便用色彩強(qiáng)化棒材端面和側(cè)面的區(qū)別。
本發(fā)明裝置還可包括一檢測(cè)鏈床移動(dòng)量的位移傳感器。
本發(fā)明通過采用拍攝裝置實(shí)時(shí)采集傳送過程中的棒材端部圖像，運(yùn)用圖像處理和模式識(shí)別、對(duì)位和容錯(cuò)置信度統(tǒng)計(jì)技術(shù)計(jì)量棒材的支數(shù)，保證了棒材計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度，同時(shí)有效地克服了多根棒材堆疊產(chǎn)生的影響，計(jì)支準(zhǔn)確率達(dá)到999.90‰以上；只要改變模板參數(shù)，就能滿足各種型號(hào)棒材的在線計(jì)數(shù)要求。設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，安裝位置切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，避免了對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線的影響和改造。本發(fā)明具有速度快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、容錯(cuò)性能好等優(yōu)點(diǎn)，為軋鋼廠提供了新型、實(shí)用的棒材計(jì)量設(shè)備。


圖1是本發(fā)明裝置的配置示意圖；圖2是本發(fā)明方法中的計(jì)算機(jī)程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
在圖1所示的裝置中光源1與棒材2端部水平距離為50至300毫米；位于鏈床3平面以下，與該平面的夾角在5-45度范圍內(nèi)調(diào)整，以避免棒材2上側(cè)面受到照射；照明燈功率為20-100W。光源1可采用螢光燈及鹵素?zé)?，最好采用彩色光源，如紅色、綠色、黃色、藍(lán)色或黑光燈。彩色光源比白色光源更容易區(qū)分被照亮的棒材端部和被環(huán)境光照亮的棒材側(cè)面。光源1通常采用燈管，水平放置，以均勻照亮視場(chǎng)范圍內(nèi)的棒材端面，以保證圖像的清晰度。光源1裝有遮光罩4，主要是使向前的光線只照亮棒材端部。
拍攝裝置5采用可連續(xù)拍攝的攝像頭、數(shù)碼照相機(jī)均可，最好采用380線以上的CCD彩色攝像頭，攝像頻率最高為50幅/秒。安裝在離棒材2端部水平距離為1000-2000mm處；位于鏈床3平面以上，與該平面的夾角可在10-45度的范圍選擇，以避開環(huán)境光或移動(dòng)物體對(duì)采集圖像的影響。攝像視場(chǎng)在棒材端頭處的寬度不小于傳送鏈床停車時(shí)的最大滑動(dòng)距離的1.5倍，通常為300-800mm；視場(chǎng)高度不小于棒材最大堆集高度，通常為150-300mm。
當(dāng)相對(duì)位移量取自鏈床移動(dòng)量時(shí)，采用一個(gè)位移傳感器，是在鏈床傳動(dòng)軸6上安裝光電編碼器7，將脈沖信號(hào)送到計(jì)數(shù)卡8，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。采集圖像時(shí)，檢測(cè)脈沖數(shù)變化量，計(jì)算獲得與前后幅圖像對(duì)應(yīng)的棒材2的相對(duì)位移量。相對(duì)位移量也可通過計(jì)算前后兩幅圖像最佳匹配時(shí)的平移值獲取，此時(shí)，該位移傳感器可省去。
計(jì)算機(jī)9采用工控機(jī)，配有視頻采集卡10、現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)檢測(cè)與指示用的I/O卡11及如上所述情況時(shí)裝入的計(jì)數(shù)卡8。
分捆信息顯示裝置可以是以下裝置中的至少一種1)指位儀12。安裝在棒材傳送鏈床3外，高度在傳送鏈床平面±100mm的范圍即可。其縱、橫向運(yùn)動(dòng)范圍不小于拍攝裝置5的視場(chǎng)，縱、橫向運(yùn)動(dòng)均可由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其控制脈沖數(shù)與指示位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)。最好采用激光光束予以指示。每捆計(jì)數(shù)值滿時(shí)由工控機(jī)9控制其運(yùn)動(dòng)并發(fā)出光束指向該捆最后一根棒材，準(zhǔn)確指示手動(dòng)分鋼的分離位置。在自動(dòng)分鋼裝置運(yùn)行時(shí)，指位激光束是控制自動(dòng)分鋼裝置自動(dòng)定位的控制信號(hào)。
2)顯示器13。每捆計(jì)數(shù)值滿時(shí)，顯示當(dāng)前棒材分布圖像，并用某一種色彩在圖像上表明已被計(jì)數(shù)的棒材，用另一種色彩表明未被計(jì)數(shù)的棒材。計(jì)數(shù)過程中則實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前棒材分布圖像。
3)LED顯示屏14。安裝在鏈床平面以下，大小與棒材圖像采集區(qū)相當(dāng)。每捆計(jì)數(shù)值滿時(shí)，顯示當(dāng)前棒材分布圖像，并用不同顏色或閃爍與否的方式表明已計(jì)數(shù)和尚未計(jì)數(shù)的棒材。
為便于操作和保護(hù)本裝置，將拍攝裝置5、工控機(jī)9、激光指位儀12、顯示器13、鏈床啟/?？刂破?5及操作按鈕組裝在控制柜16中?？刂乒?6可離開鏈床3一定距離安置，只要滿足其拍攝裝置5的距離要求即可。
另外，本發(fā)明裝置還可配置發(fā)聲裝置17或/和指示燈18。當(dāng)一捆計(jì)數(shù)值已滿時(shí)，產(chǎn)生聲/光提示信號(hào)。
本發(fā)明的工作流程為光源1照亮棒材2時(shí)，啟動(dòng)鏈床3；拍攝裝置5對(duì)鏈床3上的棒材2進(jìn)行攝像；拍攝到的彩色視頻信號(hào)經(jīng)過圖像采集卡10進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入到工控機(jī)9中進(jìn)行比例縮放、裁剪、色度變換等處理；同時(shí)光電編碼器7也將收集到的傳送鏈床3的位移信息通過計(jì)數(shù)卡8送到工控機(jī)9中，或者由工控機(jī)9計(jì)算出相鄰兩幅圖像最佳匹配時(shí)的平移值；工控機(jī)9根據(jù)這些信息逐幅對(duì)棒材2進(jìn)行跟蹤識(shí)別計(jì)數(shù)；預(yù)定計(jì)數(shù)值滿后，發(fā)送一個(gè)命令給鏈床啟/停控制器15，控制鏈床驅(qū)動(dòng)電機(jī)19停下鏈床3，輸出分捆指示信息給顯示器13或LED顯示屏14顯示已被計(jì)數(shù)與未被計(jì)數(shù)的狀態(tài)，或由激光指位儀12指向該捆最后一根棒材，并由發(fā)聲裝置17、指示燈18發(fā)出聲/光提示信號(hào)，以便于進(jìn)行分堆、打捆操作。待完成分捆作業(yè)后，啟動(dòng)鏈床3，繼續(xù)下一輪計(jì)數(shù)。
本發(fā)明方法的程序?qū)崿F(xiàn)如圖2。
獲取棒材端部圖像為隔行掃描的視頻圖像信號(hào)時(shí)，為減少棒材運(yùn)動(dòng)時(shí)圖像模糊的影響，以一場(chǎng)圖像作為一幅圖像。
端部信息增強(qiáng)是根據(jù)圖像中的亮度與色度差異進(jìn)行二值化來區(qū)分棒材端面與其它部分。
類圓形模板大小按各種棒材的直徑設(shè)定。通過模板匹配增強(qiáng)棒材中心部位亮度，提取最大值點(diǎn)，通過聚類識(shí)別出并記錄圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置。
為保證足夠次數(shù)的對(duì)位確認(rèn)及容錯(cuò)置信度統(tǒng)計(jì)，其實(shí)現(xiàn)步驟如下處理第一幅圖像后，對(duì)各坐標(biāo)賦以置信度權(quán)值為1；以后每處理一幅圖像，識(shí)別出本幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置后，將前一幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)值加上相對(duì)位移量，與本幅圖像中的各根棒材的坐標(biāo)值核對(duì)，坐標(biāo)值差值在不大于棒材直徑的范圍內(nèi)，則判定為同一根棒材的坐標(biāo)；將已有坐標(biāo)逐一對(duì)位后，對(duì)于能夠?qū)ι衔坏淖鴺?biāo)，其值更新為本幅圖像坐標(biāo)值，并對(duì)坐標(biāo)置信度權(quán)值增1；對(duì)于不能對(duì)上位的坐標(biāo)，其坐標(biāo)值為前幅圖像坐標(biāo)值與相對(duì)位移量的和，其置信度權(quán)值減1，置信度權(quán)值減到0時(shí)撤銷對(duì)應(yīng)坐標(biāo)；對(duì)本幅圖像新增坐標(biāo)其坐標(biāo)值的置信度權(quán)值為1；設(shè)確認(rèn)置信度為K，當(dāng)某棒材坐標(biāo)置信度權(quán)值等于K時(shí)，將該坐標(biāo)即該坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的棒材納入已計(jì)數(shù)范圍進(jìn)行累計(jì)。已納入已計(jì)數(shù)范圍坐標(biāo)的置信度不再減小。繼續(xù)下幅圖像的處理，直到累計(jì)值等于一捆設(shè)定值為止。
K值取2-10的整數(shù)，K值越大，容錯(cuò)力越強(qiáng)，可靠性越高，確認(rèn)棒材的時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇一適宜值，即能有效地防止漏計(jì)和虛計(jì)，保證計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種棒材在線計(jì)數(shù)方法，其特征是，通過拍攝裝置連續(xù)采集傳送鏈床上的棒材端部圖像信號(hào)，同時(shí)采集圖像間對(duì)應(yīng)的相對(duì)位移量；對(duì)圖像中的棒材端面信息進(jìn)行增強(qiáng)處理，利用類圓形模板匹配，增強(qiáng)棒材中心部位信息；提取圖像中所有棒材的中心坐標(biāo)；通過相對(duì)位移量連續(xù)比較前后幅圖象中各棒材中心坐標(biāo)，逐一對(duì)位確認(rèn)出各棒材坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系；對(duì)每一棒材坐標(biāo)作足夠次數(shù)對(duì)位確認(rèn)和容錯(cuò)置信度統(tǒng)計(jì)，至棒材支數(shù)到一捆設(shè)定值時(shí)給出分捆位置指示信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)數(shù)方法，其特征是，所述圖像為隔行掃描的視頻圖像信號(hào)時(shí)，所述一幅圖像為一場(chǎng)圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計(jì)數(shù)方法，其特征是，所述相對(duì)位移量為前后兩幅圖像最佳匹配時(shí)的平移值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計(jì)數(shù)方法，其特征是，所述對(duì)位確認(rèn)和容錯(cuò)置信度統(tǒng)計(jì)包括下列步驟提取第一幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置并予以記錄，對(duì)各坐標(biāo)賦以置信度權(quán)值為1；對(duì)后續(xù)圖像，識(shí)別出本幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置，將前一幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)值加上相對(duì)位移量，與本幅圖像中的各根棒材的坐標(biāo)值核對(duì)，坐標(biāo)值差值不大于棒材直徑的，其值更新為本幅圖像坐標(biāo)值，并對(duì)坐標(biāo)置信度權(quán)值增1；坐標(biāo)值差值大于棒材直徑的，其坐標(biāo)值為前幅圖像坐標(biāo)值與相對(duì)位移量的和，其置信度權(quán)值減1，置信度權(quán)值減到0時(shí)撤銷對(duì)應(yīng)坐標(biāo)；對(duì)本幅圖像中的新增坐標(biāo)的坐標(biāo)值賦以置信度權(quán)值為1；將棒材坐標(biāo)置信度權(quán)值等于所設(shè)定的確認(rèn)置信度的棒材納入已計(jì)數(shù)范圍進(jìn)行累計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)數(shù)方法，其特征是，所述確認(rèn)置信度的值為2-10。
6.一種適用于權(quán)利要求1所述方法的棒材在線計(jì)數(shù)裝置，包括光源、拍攝裝置、計(jì)算機(jī)，其特征是，所述光源為熒光燈或鹵素?zé)?，設(shè)置在棒材傳送鏈床平面以下，與該平面呈5-45度角度照射棒材端部；所述拍攝裝置為攝像頭或數(shù)碼照相機(jī)，設(shè)置在棒材傳送鏈床運(yùn)行平面以上，與該平面呈10-45度角度對(duì)棒材端部攝像；所述計(jì)算機(jī)用作將所采集的圖像進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、圖像處理、計(jì)數(shù)運(yùn)算并輸出計(jì)數(shù)結(jié)果及控制信號(hào)的設(shè)備；同時(shí)至少有一個(gè)將計(jì)算機(jī)輸出的分捆位置指示信息予以顯示的顯示裝置；有一個(gè)根據(jù)計(jì)算機(jī)所輸出信號(hào)控制傳送鏈床啟停的控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)數(shù)裝置，其特征是，所述光源為彩色熒光燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)數(shù)裝置，其特征是，所述拍攝裝置為彩色CCD視頻攝像頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)數(shù)裝置，其特征是，所述裝置包括一個(gè)由光電編碼器和計(jì)數(shù)卡構(gòu)成的位移傳感器，光電編碼器安裝在鏈床傳動(dòng)軸上，并與裝配在計(jì)算機(jī)中的計(jì)數(shù)卡相聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)數(shù)裝置，其特征是，所述顯示裝置為CRT顯示器或LED顯示屏或激光指位儀。
全文摘要
一種棒材在線計(jì)數(shù)方法及裝置，適用于對(duì)傳送過程中的棒材進(jìn)行計(jì)數(shù)。是采用拍攝裝置實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)棒材端部圖像；進(jìn)行圖像處理、模式識(shí)別、提取圖像中所有棒材的中心坐標(biāo)；連續(xù)比較前后幅圖象中各棒材中心坐標(biāo)，利用相對(duì)位移量進(jìn)行逐一對(duì)位和容錯(cuò)置信度統(tǒng)計(jì)計(jì)量棒材的支數(shù)，有效地提高了對(duì)傳送過程中的棒材計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確度，同時(shí)克服了多根棒材堆疊產(chǎn)生的影響，能滿足各種型號(hào)棒材的在線計(jì)數(shù)要求。具有速度快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、容錯(cuò)性能好、設(shè)備簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)，為軋鋼廠提供了新型、實(shí)用的棒材計(jì)量設(shè)備。
文檔編號(hào)G06M9/00GK1607547SQ20031011041
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者羅三定, 賈維嘉, 溫德智, 沙莎, 黃勝多, 曾政, 陳屏璋 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司, 香港城市大學(xué)