机器视觉技术在钢坯自动切割测长系统上的应用

　　0 前言

　　宝钢股份公司电炉炼钢厂7#连铸机为6机6流型,主体设备从意大利达涅利公司引进,主要生产178和195的圆坯和160mm160mm的方坯,定尺切割范围为6.5~11.5 m,钢坯成品定尺精度要求控制在30mm以内。定尺切割测长设备原设计采用测长辊编码器,安装在切割区辊道上。

　　测长辊编码器是目前国内外连铸机定尺切割测长的主要手段,利用测长辊同钢坯表面接触后产生的同步角位移运动,可使编码器通过检测角位移实时获取钢坯的长度变化。虽然理论上编码器的高分辨率可达到较高的测长精度,但实际上,测长辊同钢坯运动的伺服同步性难以得到长时间有效的保证。由于受切割区水汽、高温、钢渣等恶劣工作环境的持续影响,利用接触和机械传导的测长方式不可避免地会发生磨损、打滑、卡阻等故障,一旦失步故障发生,钢坯测长精度便会立即失控,进而造成大量的非定尺报废损失。因此,宝钢在7#连铸机上自主集成研制基于机器视觉的切割测长控制系统。

　　1 基于机器视觉的测长系统

　　所谓机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉技术最早应用于国防和半导体工业,它是指通过机器视觉装置,即图像摄取装置,将被摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,图像处理系统对信号进行运算识别和特征提取后,实现对特定目标的跟踪、检测和控制。

　　机器视觉技术应用在连铸钢坯切割测长控制上是一项独特的技术革新,它打破了接触式钢坯测长法的传统方式,使检测装置能远离高温恶劣的工况环境,从根本上提高了测量装置的稳定性和可靠性。

　　1. 1 系统结构及工作原理

　　整套切割测长控制系统由工业CCD摄像头、图像采集卡、工控机、操作显示终端、工业以太网卡、I/O卡、继电器接口板和电源等组成,见图1。

　　工业CCD摄像头是测长系统中最关键的传感设备。为满足性价比,系统采用了单摄像头配置,采用1台日本WATEC工业型低照度高清摄像头,总像素47万,灵敏度0.01Lux。镜头前部配装了滤光片,提高了系统的抗背景光线干扰的能力。

　　单摄像头配置对安装点位置要求较高,既要使摄像头覆盖6个流的定尺检测区间,又要避开辊面上各种遮挡物,还要防止行车等移动设备的干扰。最终的安装点位置见图2,该位置不仅具备足够视场,而且使镜头能够远离高温辐射,并且受移动设备影响最小。

　　测长系统的工作原理是: CCD摄像头将摄取的钢坯图像经图像采集卡送入工控机并显示在终端屏幕上,工控软件对进入检测区间的钢坯图像进行识别和算法处理,提取出钢坯头部边缘特征,并对其进行跟踪锁定。系统根据边缘所处像素点的位置和预先建立的长度标尺,自动获取钢坯实长。当钢坯实长达到目标长度时,系统自动发出切割指令,控制切割机启动夹紧同步,并按程序开始切割。