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CN113567459A - 一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法 - Google Patents

一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法 Download PDF

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CN113567459A CN202010348870.3A CN202010348870A CN113567459A CN 113567459 A CN113567459 A CN 113567459A CN 202010348870 A CN202010348870 A CN 202010348870A CN 113567459 A CN113567459 A CN 113567459A
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何永辉
周永
宗德祥
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Abstract

本发明公开了一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法，包括沿所述连铸坯运动方向依次设置的编码器、位置感应机构和安装支架；所述安装支架上沿所述连铸坯运动方向依次设有三维成像机构、二维成像机构；所述位置感应机构用以启动所述编码器，所述编码器用以记录所述连铸坯的位置信息；所述安装支架上还设有提升装置，所述三维成像机构沿所述提升装置上下移动；所述安装支架上还设有隔热板，所述二维成像机构、所述三维成像机构均位于所述隔热板的上方，所述连铸坯位于所述隔热板的下方。本发明通过融合二维三维图像数据信息，有效检测连铸坯表面的真实缺陷，滤除伪缺陷。

Description

一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法
技术领域
本发明涉及产品表面基于机器视觉检测技术，更具体地说，涉及一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法。
背景技术
在连铸坯表面质量在线检测领域，已有相关二维成像检测技术应用于生产现场，如专利“一种连铸板坯表面裂纹在线检测方法”(申请号200910092408.5)，公开了一种采用绿色激光线光源为照明装置，通过线阵CCD摄像机采集高温铸坯表面图像，得到反映高温铸坯表面状况的灰度图像，实现连铸坯表面缺陷的检测。因高温铸坯表面鳞片状氧化铁皮及水膜的干扰，在二维图像中很难有效识别真实缺陷。
在三维成像检测方面，如专利“连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法”(申请号201010167889.4)，公开了一种用面阵CCD扫描激光线束，获取连铸坯表面缺陷深度信息、在应用三维成像检测方面，对于裂纹类缺陷的检测，因裂纹的开口很小，三维成像很难有效检出。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法，通过融合二维三维图像数据信息，有效检测连铸坯表面的真实缺陷，滤除伪缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，包括沿所述连铸坯运动方向依次设置的编码器、位置感应机构和安装支架；
所述安装支架上沿所述连铸坯运动方向依次设有三维成像机构、二维成像机构；
所述位置感应机构用以启动所述编码器，所述编码器用以记录所述连铸坯的位置信息；
所述安装支架上还设有提升装置，所述三维成像机构沿所述提升装置上下移动；
所述安装支架上还设有隔热板，所述二维成像机构、所述三维成像机构均位于所述隔热板的上方，所述连铸坯位于所述隔热板的下方。
所述三维成像机构、所述二维成像机构均包括相机和光源。
所述三维成像机构的所述相机为面阵相机，所述三维成像机构的所述光源为线结构光激光光源。
所述二维成像机构的所述相机为线阵相机。
所述隔热板上开设有对应所述二维成像机构的二维成像通道、及对应所述三维成像机构的三维成像通道，所述三维成像通道与所述三维成像机构之间还配有推拉式隔热装置。
所述推拉式隔热装置通过气缸驱动沿所述三维成像通道方向移动。
所述三维成像机构上还配有隔热防护装置。
所述隔热防护装置通过转轴绕所述三维成像机构的成像窗口旋转。
所述位置感应机构为光电传感器，所述光电传感器包括光电传感器发射端和光电传感器接收端。
另一方面，一种连铸坯表面二维三维组合成像检测方法，所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，根据所述三维成像机构、所述二维成像机构之间的相对位置关系，融合所述三维成像机构、所述二维成像机构所采集的数据信息，实现连铸坯表面缺陷的检测和识别。
所述检测方法包括设置所述二维成像机构的中心点位置与所述光电传感器发射端相距距离为D，所述二维成像机构的中心点与所述三维成像机构的中心点相距距离为L；
所述连铸坯通过所述光电传感器时，所述光电传感器发射端与所述光电传感器接收端之间的光电信号被遮挡，所述系统获取所述编码器的信号，开始记录所述连铸坯运动方向上的位置信息，当所述连铸坯的头部通过所述光电传感器且运动距离累积达到距离D-L时，所述三维成像机构开始工作，当距离累积达到距离D时，所述二维成像机构开始工作，当所述连铸坯的尾部通过所述光电传感器时，此时所述三维成像机构继续检测D-L长度的所述连铸坯表面，所述二维成像机构继续检测D长度的所述连铸坯表面；
当对所述二维成像机构所获取某一位置的图像数据进行判断时，参照对应所述位置的所述三维成像机构所获取的三维深度信息，若所述三维深度信息小于设定的阀值时，则判断所述连铸坯表面没有缺陷。
在上述的技术方案中，本发明所提供的一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统及其方法，针对连铸坯表面质量在线检测，应用二维组合成像的方法进行图像信息的融合，在去除氧化铁皮、水印等无深度信息的伪缺陷，同时保留深度较小的裂纹类缺陷，实现连铸坯表面缺陷的有效检测。
附图说明
图1是本发明检测系统实施例的框架示意图；
图2是本发明检测系统实施例的结构示意图；
图3是本发明检测系统实施例中隔热板的示意图；
图4是本发明检测系统实施例中推拉式隔热装置的示意图；
图5是本发明检测系统实施例中隔热防护装置的示意图；
图6是本发明检测方法实施例的流程示意图；
图7是本发明检测方法实施例的成像示意图；
图8是本发明检测方法实施例的连铸坯表面检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
如图1至图2所示，本发明所提供的一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，包括沿连铸坯1运动方向(运动方向如图1中箭头的方向)依次设置的编码器2、位置感应机构和安装支架3。
在安装支架3上沿连铸坯1运动方向依次固定安装有三维成像机构4、二维成像机构5。
位置感应机构感应连铸坯1以启动编码器2，编码器2用以记录连铸坯1的位置信息。
安装支架3上还安装有提升装置6，三维成像机构4通过提升装置6上下移动。
安装支架3上还安装有隔热板7，二维成像机构5、三维成像机构4均位于隔热板7的上方，所述连铸坯1位于隔热板7的下方。
如图3所示，隔热板7上开设有对应二维成像机构5的二维成像通道701、及对应三维成像机构4的三维成像通道702，三维成像通道702与三维成像机构4之间还配有推拉式隔热装置8。
如图4所示，推拉式隔热装置8通过气缸11驱动沿三维成像通道702方向移动，用以开启或/和封闭三维成像通道702。
三维成像机构4成像窗口前设计有推拉式隔热装置8，并可通过提升装置6进行提升。
因二维成像机构5离连铸坯1的距离较远，且不进行上下位置调整，因此二维成像通道701在没有连铸坯1通过的情况下也不关闭。三维成像机构4在检测完成之后，提升到推拉式隔热装置8上方。推拉式隔热装置8在气缸11驱动下移动到隔热板7上的三维成像通道702上方，关闭三维成像通道702，在三维检测系统不工作时阻止连铸坯7产生的热辐射对三维成像系统6的影响。
如图5所示，三维成像机构4上还配有隔热防护装置12。
隔热防护装置12通过转轴13绕三维成像机构4的成像窗口旋转。
当本发明检测系统检测有连铸坯1的头部在下方通过前，推拉式隔热装置8打开，露出三维成像通道702，三维成像机构4通过提升装置6下降到连铸坯1上方合适位置，同时打开三维成像机构4的隔热防护装置12，开始进行检测。当连铸坯1的尾部通过，三维成像机构4通过提升装置6上升到推拉式隔热装置8上方，关闭推拉式隔热装置8，封闭三维成像通道702。二维成像机构5通过隔热板7上的二维成像通道701进行成像，因二维成像机构5距离连铸坯1位置较远，且隔热板7上的通孔较窄，热辐射对二维成像机构5的影响较小，因此在检测完成后二维成像通道701不进行关闭。
如图6所示，本发明还提供了一种连铸坯表面二维三维组合成像检测方法，采用三维成像机构4、二维成像机构5之间点相对位置关系，融合三维成像机构4、二维成像机构5所采集的数据信息，实现连铸坯1表面缺陷点检测和识别。图像信息的融合过程是指，二维成像机构5和三维成像机构4接收现场编码器2的速度信号和位置感应机构启停信号，在获取二维和三维图像数据的时候，可以同时得到这些图像在连铸坯表面的实际位置信息。当二维成像机构5通过检测算法(如滤波、梯度运算等)操作，获得图像区域中疑似缺陷如对象所在位置区域，同时，三维成像机构4通过三维图像获得连铸坯1表面深度变化的信息，确定超出设定阈值的区域。如二维成像机构5检测到的疑似缺陷区域与三维成像机构4检测系统得到的疑似区域位置基本一致，则可确定该区域为缺陷所在区域。对于氧化铁皮、水印等无深度变化的伪缺陷，在三维成像机构4中将得不到这些缺陷所在的区域，但具有一定深度的裂纹类缺陷所在位置区域将被二维成像机构5和三维成像机构4同时检出。这样，二维成像机构5和三维成像机构4通过位置信息的融合从而达到去除伪缺陷的目的。
如图7所示，三维成像机构4、二维成像机构5均布置在连铸坯1的上方。其中，二维成像机构5包括一组线阵相机501和配套的光源502，三维成像机构4包括一组线结构光激光光源401和面阵相机402。
二维成像机构5的对应成像位置为A，三维成像机构4对应成像位置为B，A与B之间中心成像点相距L。连铸坯1通过本发明检测系统下方时，三维成像机构4、二维成像机构5对连铸坯1表面进行成像，得到连铸坯1表面的图像数据信息。设某个位置的二维图像数据为IMG1，对应的三维图像数据为IMG2。在本实施例中，IMG1为通过工业线阵CCD相机进行成像获得的灰度图像，IMG2为采用结构光成像方案获得的三维深度信息图像，若IMG2三维深度信息变化小于设定的阈值时，在连铸坯表面检测中，设定该阈值为0.1mm，若缺陷深度小于0.1mm则可认为没有缺陷。对于氧化铁皮及水膜的干扰，可以快速滤除。因裂纹类缺陷大部分位于边部和端部，在进行缺陷判断时，可以二维图像数据为主，三维图像数据为辅。位于连铸坯板面中部的缺陷，则以三维图像数据为主，二维图像数据为辅进行判断。
如图8所示，当连铸坯1通过光电传感器位置时，光电传感器发射端9与光电传感器接收端10之间的光电信号被遮挡，本发明检测系统检测到连铸坯1头部到达。本发明检测系统获取与连铸坯1运动驱动相连的编码器2信号，并开始记录连铸坯1的运动方向上的位置信息。当连铸坯1的头部通过电传感器检测位置且运动距离累积达到距离D-L时，三维成像机构4开始工作；当距离累积达到距离D时，二维成像机构5开始工作。当连铸坯1的尾部通过光电传感器时，此时三维成像机构4继续检测D-L长度的连铸坯1表面，二维成像机构5继续检测D长度的连铸坯1表面。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (11)

1.一种连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：包括沿所述连铸坯运动方向依次设置的编码器、位置感应机构和安装支架；
所述安装支架上沿所述连铸坯运动方向依次设有三维成像机构、二维成像机构；
所述位置感应机构用以启动所述编码器，所述编码器用以记录所述连铸坯的位置信息；
所述安装支架上还设有提升装置，所述三维成像机构沿所述提升装置上下移动；
所述安装支架上还设有隔热板，所述二维成像机构、所述三维成像机构均位于所述隔热板的上方，所述连铸坯位于所述隔热板的下方。
2.如权利要求1所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述三维成像机构、所述二维成像机构均包括相机和光源。
3.如权利要求2所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述三维成像机构的所述相机为面阵相机，所述三维成像机构的所述光源为线结构光激光光源。
4.如权利要求2所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述二维成像机构的所述相机为线阵相机。
5.如权利要求1所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述隔热板上开设有对应所述二维成像机构的二维成像通道、及对应所述三维成像机构的三维成像通道，所述三维成像通道与所述三维成像机构之间还配有推拉式隔热装置。
6.如权利要求5所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述推拉式隔热装置通过气缸驱动沿所述三维成像通道方向移动。
7.如权利要求5所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述三维成像机构上还配有隔热防护装置。
8.如权利要求7所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述隔热防护装置通过转轴绕所述三维成像机构的成像窗口旋转。
9.如权利要求1所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，其特征在于：所述位置感应机构为光电传感器，所述光电传感器包括光电传感器发射端和光电传感器接收端。
10.一种连铸坯表面二维三维组合成像检测方法，其特征在于：采用如权利要求1-9任一项所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测系统，根据所述三维成像机构、所述二维成像机构之间的相对位置关系，融合所述三维成像机构、所述二维成像机构所采集的数据信息，实现连铸坯表面缺陷的检测和识别。
11.如权利要求10所述的连铸坯表面二维三维组合成像检测方法，其特征在于：所述检测方法包括设置所述二维成像机构的中心点位置与所述光电传感器发射端相距距离为D，所述二维成像机构的中心点与所述三维成像机构的中心点相距距离为L；
所述连铸坯通过所述光电传感器时，所述光电传感器发射端与所述光电传感器接收端之间的光电信号被遮挡，所述系统获取所述编码器的信号，开始记录所述连铸坯运动方向上的位置信息，当所述连铸坯的头部通过所述光电传感器且运动距离累积达到距离D-L时，所述三维成像机构开始工作，当距离累积达到距离D时，所述二维成像机构开始工作，当所述连铸坯的尾部通过所述光电传感器时，此时所述三维成像机构继续检测D-L长度的所述连铸坯表面，所述二维成像机构继续检测D长度的所述连铸坯表面；
当对所述二维成像机构所获取某一位置的图像数据进行判断时，参照对应所述位置的所述三维成像机构所获取的三维深度信息，若所述三维深度信息小于设定的阀值时，则判断所述连铸坯表面没有缺陷。
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