一种超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统及方法，主要用于对超 大型剪板机板料剪切之后形成的边缘曲线自动检测，从而实现对板料剪切边缘变形量自动 补偿。
【背景技术】
[0002] 在船舶与海工装备、大型汽车与轨道交通、桥梁、集装箱、武器装备、钢铁制造、石 油化工与能源装备、电力和通讯铁塔等领域，有大量的大型横梁和钢结构关键零件，需要完 成厚度达l〇mm以上、宽度达十米以上的宽厚板料毛坯的精密直线边缘剪切下料。与厚度几 毫米宽度几米的普通薄板剪切相比，宽厚板料剪切工艺、运动状态检测与控制、液压剪切力 和剪切刀具性能等方面区别很大，其中自动检测与控制技术尤为关键。
[0003] 剪板机的工艺用途是剪切各种长度的板料。一般剪板机影响剪切质量的主要因素 有:剪切角和剪切间隙不合适，倾斜剪切的刀具变形和板料的应力分布不均匀性等，导致板 料的剪切边缘形状不符合要求。其中，板料剪切边缘曲线误差大是影响剪切质量的最主要 因素。目前与板料剪切边缘曲线检测和调整相关的产品及专利主要有:江苏中威重工机械 有限公司生产板宽12.5m、板厚20mm的Q11Y/K-20X 12500型数控闸式剪板机，其刀刃位置检 测与变形量补偿方法简单，采用手工操作劳动强度大，误差大，严重影响剪切生产效率和生 产质量。专利申请号为CN201120154344. X、名称为"一种数控液压闸式剪板机"的专利申请， 通过在CNC数控系统的操控面板上的按键输入相关工作参数，实现剪板机的自动剪切工作。 其通过数控系统调节挡料装置的位置，校正刀架角度，一定程度上排除了人工调整产生的 较大误差，但是由于其仅调节板料的宽度，缺乏对板料剪切后边缘曲线自动检测，剪切后边 缘曲线误差仍然较大，质量无法保证。
[0004] 综上所述，现阶段超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测技术，以人工检测为主，这 种方法无法实现在线自动化检测。同时，由于无法采集和处理图像信息，不能对误差进行具 体量化，使得检测精度受人为因素影响很大，存在板料剪切边缘手工检测费时、工作量大、 效率低、误差大等不足。而基于机器视觉的非接触式图像测量方法可以将采集的图像数据 进行数值化，并通过计算机直接处理，柔性大，测量精度高，被广泛地用于工业非接触测量 领域中，所以急需研发自动化的板料剪切边缘曲线检测技术和系统。
【发明内容】
[0005] 针对目前超大型剪板机板料剪切边缘曲线自动检测方法缺乏，剪切边缘人工检测 工作量大、耗时效率低和误差大等缺陷，本发明提供了一种超大型剪板机板料剪切边缘曲 线检测系统及方法，用于超大型剪板机板料剪切边缘曲线自动检测及调整。
[0006] 本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007] 超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统，其特征在于，包括光学成像单元、光源 控制单元、图像采集单元、图像采集处理单元和数据处理单元；
[0008] 所述光学成像单元包括数个工业相机和数个条形光源，所述工业相机包括CCD传 感器、安装在CCD传感器上的广角镜头，所述数个工业相机呈线阵排列、位于板料剪切生产 线上方，且使所述数个工业相机的拍摄范围能够覆盖整个板料剪切边缘;所述数个条形光 源呈线阵排列、布置于板料剪切生产线下方，数个条形光源与光源控制单元连接;数个工业 相机均与所述图像采集单元相连，所述图像采集单元还与图像处理单元相连；
[0009] 所述图像采集单元用于控制工业相机进行图像采集、并将所采集到的图像传输给 图像处理单元；
[0010] 所述光源控制单元用于根据工业相机的拍摄时间控制条形光源的照明；
[0011]所述图像处理单元用于对采集到的图像进行图像预处理块、图像拼接、边缘去毛 刺、边缘检测，最终得到板料剪切边缘曲线的图像；
[0012] 所述数据处理单元，用于定义坐标轴，提取板料剪切边缘曲线图像上选取点的坐 标，并根据各坐标对剪切边缘曲线进行拟合，得出板料剪切边缘的曲线方程。
[0013] 进一步地，所述工业相机的数量为4个，安置在刀具上方lm处，广角镜头的视角为 146。。
[0014] 进一步地，所述数个工业相机安装于动刀刀架上，条形光源安装在送进机构平台 内侧。
[0015] 所述的超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统的检测方法，其特征在于，包括 以下步骤：
[0016] (1)图像采集:光源控制单元控制条形光源照明，图像采集单元控制数个工业相机 进行图像米集；
[0017] (2)图像预处理:对每一个工业相机采集到的每一幅图像分别进行几何畸形校正 和去噪处理；
[0018] 几何畸形校正:采用二元多项式法选取一组标准图像与畸变图像的对应点进行图 像几何畸变校正；
[0019] 图像去噪:通过生成低通滤波器与图像几何畸变校正后的快速傅里叶变换图像进 行卷积运算，对得到的结果反傅里叶变换。
[0020] (3)图像拼接:对得到的数幅预处理图像按顺序依次拼接成的全景图像；
[0021] 图像拼接的具体步骤：
[0022] ①图像匹配，使用模板匹配找出相邻待拼接的预处理图像中模板在相邻工业相机 得到的预处理图像中对应的位置；
[0023] ②图像融合重构，采用直接平均法将待拼接图像的重合区域进行融合得到拼接重 构的平滑无缝全景图像；
[0024] (4)边缘去毛刺:对图像进行形态学操作去除边缘毛刺;首先生成一个半径3.5的 圆形模板，对步骤(3)得到的全景图像先进行腐蚀操作，然后使用所述圆形模板对腐蚀操作 得到的结果图像进行膨胀操作，去除边缘毛刺；
[0025] (5)边缘检测：对步骤(4)得到的全景图像，采用Laplace二阶导算子进行边缘检 测，得到更准确的板料剪切边缘图像；
[0026] (6)提取坐标点：选取拼接好的图像的下边界作为坐标系X轴，左边界作为y轴，根 据每一个顶、拉调节螺栓对应的板料剪切边缘曲线上的点的坐标，得到每个离散坐标点坐 标；
[0027] (7)拟合曲线方程:根据步骤(6)得到的离散坐标点坐标，拟合得到板料剪切边缘 曲线方程。
[0028]本发明具有以下优点：
[0029] 1.本发明在原剪板机的基础上，通过安装线阵排布多个工业相机和条形光源采集 图像，经过针对所采集的多幅幅图像分别进行预处理后、拼接、边缘去毛刺、边缘检测、提取 顶、拉调节螺栓11对应的坐标，并根据坐标点拟合后取整个板料边缘图像，较以往人工对比 剪切边缘有更高的稳定性，并且能快速获得边缘的曲线，检测快速准确，效率高。
[0030] 2.本发明选择把工业相机和条形光源安装在剪切板料边缘两侧，较其它安装方法 忽略板料表面油污和脏污对图像采集质量的影响，更容易突出剪切板料边缘，更方便图像 的预处理，同时提高数据处理精度。
[0031] 3.本发明在图像预处理过程中加入滤除因机器震动产生的规律性噪声，以及在图 像拼接之后对图像采用去除剪切板料边缘毛刺，增加系统检测板料边缘曲线的准确性和可 靠性。
[0032] 4.本发明在选取拟合需要的坐标点时，选取板料剪切边缘相应于顶、拉调节螺栓 处，该处是板料剪切过程中最容易形变的位置，根据该位置选取拟合点使检测结果更准确， 使后续的针对边缘变形量调整更高效。
【附图说明】
[0033] 图1为本发明的超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统的结构组成框图。
[0034] 图2为本发明的超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统的结构示意图。
[0035] 图3为本发明的超大型剪板机板料剪切边缘曲线检测系统曲线检测方法流程图。
[0036] 图4为本发明的超大型剪板机板料剪切边缘曲线的局部示意图。
[0037] 图中：
[0038] 卜线孔;2-图像米集卡;3-控制柜;4-自动化平台；5-剪板机;6-动刀刀具;7-下剪 切刀具;8-活动刀座;9-固定刀座；10-送进机构平台；11-顶、拉调节螺栓；12-动刀刀架；13-工业相机;131-镜头；132-CCD传感器;14-条形光源。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并 不限于此。
[0040]如图1所示，本发明的超大型剪板机板料剪切边缘曲线图像检测系统，包括光学成 像单元、光源控制单元、图像采集单元、图像采集处理单元和数据处理单元，其中，光源控制 单元、图像处理单元和数据处理单元集成在自动化平台4内。所述光学成像单元包括四个工 业相机和四个条形光源，所述工业相机包括CCD传感器、安装在CCD传感器上的广角镜头，所 述四个工业相机呈线阵排列、位于板料剪切生产线上方，且使所述四个工业相机的拍摄范 围能够覆盖整个板料剪切边缘;所述四个条形光源呈线阵排列、布置于板料剪切生产线下 方，四个条形光源与光源控制单元连接;四个工业相机均与所述图像采集单元相连，所述图 像采集单元还与图像处理单元相连。所述图像采集单元用于控制工业相机进行图像采集、 并将所采集到的图像传输给图像处理单元。所述光源控制单元用于根据工业相机的拍摄时 间控制条形光源的照明。所述图像处理单元用于对采集到的图像进行图像预处理块、图像 拼接、边缘去毛刺、边缘检测得到剪切边缘曲线图像。所述数据处理单元，用于定义坐标轴， 提取板料剪切边缘曲线上选取点的坐标，并根据坐标对剪切边缘曲线进行拟合，得出板料 剪切边缘的曲线方程。
[0041]将本发明所述的检测系统组装在超大型剪板机5上的结构如图2所示，线阵排布的 工业相机13和条形光源14放置在剪切板料两侧，即工业相机13放置在动刀刀架上，条形光 源14放置在送进机构平台10内测，工业相机13等间距安装在剪板机5动刀刀架12上，条形光 源14同一水平排布在送