本發(fā)明涉及軋機裝備關鍵參數的檢測技術領域，特別是指一種基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法。

背景技術：

軋機是冶金裝備最重要的功能設備之一，軋輥空間位置影響軋機的功能精度，軋輥空間位置往往隨著服役時間的增長而發(fā)生偏差，產生上下輥中心軸線夾角、設備顫振加劇、產品質量下降等問題。目前尚無針對冶金生產領域軋機工作狀態(tài)下軋輥軸線空間位置的在線檢測裝置，工業(yè)生產中主要利用激光追蹤儀進行軋輥空間位置精度檢測，其檢測方式為離線檢測，無法實時獲取軋輥旋轉時的空間位置信息，導致設備和工藝參數調整滯后、產品質量下降，且其檢測結果受空間遮擋點影響大，難以實現復雜工況下軋輥端面監(jiān)測點坐標的準確獲取。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法，以解決現有技術所存在的難以對軋輥空間位置進行在線檢測所導致的設備和產品質量的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法，包括：

建立雙目立體視覺三坐標測量模型，其中，所述雙目立體視覺三坐標測量模型包括：相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系；

在軋輥端面上選取一點作為軋輥端面監(jiān)測點，根據建立的所述雙目立體視覺三坐標測量模型，得到所述軋輥端面監(jiān)測點的三維空間坐標；

軋機運行時，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標；

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡。

進一步地，所述建立雙目立體視覺三坐標測量模型包括：

通過標定相機確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系；

根據確定的所述相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系，建立雙目立體視覺三坐標測量模型。

進一步地，所述通過標定相機確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系包括：

在軋輥操作側放置兩個與軋輥尺寸和軋輥旋轉速度相匹配的相機，并對所述相機進行標定；

對兩個相機進行標定后，通過視差計算進行背景建模，獲取完整的前景運動物體視差圖；

根據獲取的所述完整的前景運動物體視差圖進行圖像特征匹配，確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系。

進一步地，所述軋機運行時，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標包括：

獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標。

進一步地，所述獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標包括：

根據圖像處理算法和點空間運動軌跡追蹤提取技術，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標。

進一步地，所述根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡包括：

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡。

進一步地，所述根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡包括：

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡。

進一步地，所述根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡包括：

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標進行空間圓擬合，建立軋輥端面函數表達式；

根據建立的所述軋輥端面函數表達式，確定軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標；

根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式。

進一步地，所述根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式包括：

根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標及軋輥旋轉中心軸線垂直于軋輥端面且經過所述軋輥端面旋轉中心，基于點-線-面的立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式。

進一步地，所述根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式之后包括：

根據得到的所述軋輥旋轉中心軸線方程式，并結合預設的軋輥尺寸參數，對軋輥空間位置進行在線檢測，其中，所述軋輥尺寸參數包括：軋輥的半徑、輥身長度。

本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，通過建立的所述雙目立體視覺三坐標測量模型，能夠準確獲取軋輥端面監(jiān)測點的三維空間坐標；軋機運行時，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標；根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡，實現軋輥旋轉中心軸線運動軌跡的動態(tài)測量，完成軋輥旋轉中心軸線空間位置的在線精準檢測和動態(tài)反饋，進而可以實現軋輥空間位置的在線檢測，檢測結果受空間遮擋點影響小，能夠解決現有技術不易對軋輥空間位置進行在線檢測所導致的設備和產品質量問題，為軋機的全效、高精度運行提供保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的軋輥空間位置在線檢測方法的技術方案示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的軋輥空間位置在線檢測方法的流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的基于雙目立體視覺三坐標測量模型示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的軋輥端面邊緣部位網狀標記點A的運動軌跡追蹤提取示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的基于點-線-面立體幾何特征的軋輥旋轉中心軸線軌跡重構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明針對現有的難以對軋輥空間位置進行在線檢測所導致的設備和產品質量的問題，提供一種基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法，包括：

S101，建立雙目立體視覺三坐標測量模型，其中，所述雙目立體視覺三坐標測量模型包括：相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系；

S102，在軋輥端面上選取一點作為軋輥端面監(jiān)測點，根據建立的所述雙目立體視覺三坐標測量模型，得到所述軋輥端面監(jiān)測點的三維空間坐標；

S103，軋機運行時，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標；

S104，根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡。

本發(fā)明實施例所述的基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法，通過建立的所述雙目立體視覺三坐標測量模型，能夠準確獲取軋輥端面監(jiān)測點的三維空間坐標；軋機運行時，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標；根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡，實現軋輥旋轉中心軸線運動軌跡的動態(tài)測量，完成軋輥旋轉中心軸線空間位置的在線精準檢測和動態(tài)反饋，進而可以實現軋輥空間位置的在線檢測，檢測結果受空間遮擋點影響小，能夠解決現有技術不易對軋輥空間位置進行在線檢測所導致的設備和產品質量問題，為軋機的全效、高精度運行提供保障。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述建立雙目立體視覺三坐標測量模型包括：

通過標定相機確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系；

根據確定的所述相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系，建立雙目立體視覺三坐標測量模型。

本實施例中，可以通過標定相機確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系，也就是說，可以通過標定相機確定軋輥端面監(jiān)測點的圖像平面坐標與其三維空間坐標之間的映射關系；根據確定的所述相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系，可以建立復雜工況下的雙目立體視覺三坐標測量模型；進而根據建立的雙目立體視覺三坐標測量模型，可以獲得軋輥端面監(jiān)測點的三維空間坐標。

本實施例中，可以在軋輥端面的邊緣部位粘貼網狀標記點A作為所述軋輥端面監(jiān)測點。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述通過標定相機確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系包括：

在軋輥操作側放置兩個與軋輥尺寸和軋輥旋轉速度相匹配的相機，并對所述相機進行標定；

對兩個相機進行標定后，通過視差計算進行背景建模，獲取完整的前景運動物體視差圖；

根據獲取的所述完整的前景運動物體視差圖進行圖像特征匹配，確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系。

本實施例中，可以先選用2個與軋輥尺寸和軋輥旋轉速度相匹配的相機、專用透鏡組和數字圖像信息同步采集控制模塊，專用透鏡組是放置于相機前端的成像鏡頭組，由一系列透鏡組成，其作用是接收待測物的反射光線，在相機成像元件上形成圖像。數字圖像信息同步采集控制模塊的作用主要有三點：首先是兩個相機的同步控制功能，為了讓兩個相機能夠嚴格高精度地在同一時刻采集圖像，需要使用外部采集控制；其次是數字圖像的采集功能，為了能夠采集高分辨率圖像，需要給相機搭配合適的采集傳輸模塊，高效無損的傳輸圖像；最后是數字圖像的存儲功能，為了存儲采集到的圖像，同時滿足大速率、大容量的要求，需要搭配存儲模塊。將選用的2個相機盡量平行放置于軋輥操作側，使兩相機位于同一水平線上，以軋機牌坊為測量基準坐標進行相機標定，通過視差計算進行背景建模，獲得完整的前景運動物體視差圖，根據獲取的所述完整的前景運動物體視差圖進行圖像特征匹配，確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系，從而建立復雜工況下的雙目立體視覺三坐標測量模型，所述雙目立體視覺三坐標測量模型具有通過二維圖像認知三維環(huán)境信息的能力。

本實施例中，建立雙目立體視覺三坐標測量模型的方法簡單，僅需在軋輥操作側放置兩個相機，能夠節(jié)省成本和現場空間。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述軋機運行時，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標包括：

獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標包括：

基于圖像處理算法和點空間運動軌跡追蹤提取技術，獲取所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標。

本實施例中，可以基于相關圖像處理算法(例如，關鍵點提取算法)以及點空間運動軌跡追蹤提取技術，實現軋輥端面監(jiān)測點在空間運動軌跡上的動態(tài)測量，獲取軋輥旋轉過程中軋輥端面監(jiān)測點經過不同位置(≥3個)時的三維空間坐標，從而實現軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時的不同位置坐標測量。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡包括：

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡。

本實施例中，可以根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡，實現軋輥旋轉中心軸線運動軌跡的動態(tài)重構(動態(tài)測量)，從而實現軋輥旋轉中心軸線空間位置的在線精準檢測和動態(tài)反饋。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡包括：

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡。在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線的運動軌跡包括：

根據獲取的所述軋輥端面監(jiān)測點隨軋輥旋轉時處于至少3個不同位置時的三維空間坐標進行空間圓擬合，建立軋輥端面函數表達式；

根據建立的所述軋輥端面函數表達式，確定軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標；

根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式包括：

根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標及軋輥旋轉中心軸線垂直于軋輥端面且經過所述軋輥端面旋轉中心，基于點-線-面的立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式。

在前述基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法的具體實施方式中，進一步地，所述根據確定的所述軋輥端面旋轉中心的三維空間坐標，基于點-線-面的軋輥立體解析幾何特征，得到軋輥旋轉中心軸線方程式之后包括：

根據得到的所述軋輥旋轉中心軸線方程式，并結合預設的軋輥尺寸參數，對軋輥空間位置進行在線檢測，其中，所述軋輥尺寸參數包括：軋輥的半徑、輥身長度。

本實施例中，通過建立的雙目立體視覺三坐標測量模型，得到所述軋輥端面監(jiān)測點的三維空間坐標；根據相關圖像處理算法(例如，關鍵點提取算法)和點空間運動軌跡追蹤提取技術，并基于軋輥立體解析幾何特征、結合預設的軋輥尺寸參數，實現軋輥空間位置的在線精準檢測和動態(tài)反饋，能夠減少軋機系統(tǒng)故障發(fā)生，降低軋機維修成本和廢鋼率，提升軋機空間精度管控水平，解決現有技術存在的不易對軋輥空間位置進行在線檢測所導致的設備和產品質量問題。

如圖2-圖3所示，結合一具體實施例對本實施例所述的基于機器視覺的軋輥軸線空間位置在線檢測方法進行詳細說明：

A11、以軋機牌坊為測量基準坐標，采用與軋輥尺寸和軋輥旋轉速度相匹配的相機(左相機和右相機，簡稱左右相機)、專用透鏡組和數字圖像信息同步采集控制模塊完成左右相機的標定，通過視差計算進行背景建模，獲得完整的前景運動物體視差圖，根據獲取的所述完整的前景運動物體視差圖進行圖像特征匹配，確定相機圖像平面坐標與三維空間坐標之間的映射關系，建立雙目立體視覺的三坐標測量模型，如圖4所示，基于建立的雙目立體視覺的三坐標測量模型，確定三維空間中粘貼于軋輥端面的網狀標記點A在左右相機圖像平面上的坐標位置a_l(u_l，v_l)、a_r(u_r，v_r)與其三維空間坐標A(X，Y，Z)之間的映射關系，實現軋輥端面監(jiān)測點A(X，Y，Z)三維空間坐標的精確測量。

A12、軋機運行時軋輥旋轉，軋輥端面邊緣部位上的網狀標記點A也將隨之運動，根據相關圖像處理算法(例如，關鍵點提取算法)和點空間運動軌跡追蹤提取技術，獲得網狀標記點A旋轉經過不同位置時的三維空間坐標，分別為點A1(X1，Y1，Z1)和點A2(X2，Y2，Z2)，如圖5所示。

A13、根據點A、A1、A2的三維空間坐標進行空間圓擬合，建立軋輥端面(空間圓A-A1-A2)函數表達式；根據建立的所述軋輥端面函數表達式，確定空間圓圓心O(Xo，Yo，Zo)的三維空間坐標，空間圓圓心O即為軋輥端面旋轉中心。

A14、如圖6所示，軋輥旋轉中心軸線垂直于軋輥端面(A-A1-A2)且經過軋輥端面旋轉中心O，基于點-線-面的立體解析幾何特征，獲得軋輥旋轉中心軸線OO’方程式，完成軋輥旋轉中心軸線運動軌跡的動態(tài)重構(動態(tài)測量)，結合預設的軋輥尺寸參數(輥徑的半徑R、輥身長度L)，實現軋輥空間位置的在線檢測。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。