一种非晶带材传输位置测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非晶带材传输位置测量方法及装置，非晶带材传输位置测量装置包括非晶带材传输机构、激光发射机构、激光接收机构、光斑图像采集和处理系统，所述激光发射机构包括两个激光器，所述激光接收机构包括透光度可调节的接收板，所述光斑图像采集和处理系统包括摄像机、图像处理模块，非晶带材传输位置测量方法可将非晶带材在测量位置的空间位置信息输出给传动辊的控制系统，控制传动辊的传输速度以及传动辊左右的高度变化，调整以适应带材传输，保证带材平顺高效传输。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶带材传输位置测量方法及装置
本专利技术涉及激光测量领域，特别涉及一种非晶带材传输位置测量方法及装置。
技术介绍
非晶合金带材因具有材质均匀、稳定性高、柔韧性好、高导磁率和低损耗等优异特性，而被大量用于配电变压器立体卷铁芯的卷制，使其无缝连接气明显减小，磁阻大幅降低，空载电流损耗显著降低，并拥有良好的节能效果。非晶立体卷变压器铁芯的生产要求非晶带材在传输中无扭曲、无折叠、无撕裂，并且卷制时不能过于紧密地卷绕在辊轴上，否则会使铁心的叠片系数降低，无法保证铁心的尺寸和质量。但带材在曲线开料与立体卷绕机组中进行传输时，由于传输设备的误差和振动、前后传输辊速度协调不一致，以及非晶带材薄、硬、脆的材料特性和传送张力不均匀等因素的影响，非晶带材在传送过程中容易偏离生产加工中心线，并且因其自身具有一定的宽度，易发生横向扭曲，使得宽带非晶带材左右两端与传送带之间产生垂直位移，甚至使带材完全离开传送带装置，并发生表面弯曲，则进入卷辊时易发生折叠或撕裂，严重影响非晶带材的传送速度和收卷质量。所以，应在带材传输设备上增加实时高精度位置测量装置，以便将带材的位置变化快速反馈至卷绕放料辊的控制系统，使放料速度与卷绕速度协调一致，保证非晶合金带材高效平顺的传输以及恒张力立体卷绕，提高生产效率。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种非晶带材传输位置测量方法及装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。为解决上述技术问题所采用的技术方案：首先本专利技术提供一种非晶带材传输位置测量方法，其采用非晶带材传输机构、激光发射机构、激光接收机构、光斑图像采集和处理系统，所述激光发射机构包括两个激光器，所述激光接收机构包括透光度可调节的接收板，所述光斑图像采集和处理系统包括摄像机、图像处理模块，所述非晶带材传输位置测量方法包括以下步骤：S1：两个激光器向非晶带材传输机构上的非晶带材表面以一定角度发射两束互相平行的激光光束；S2：两束激光光束均通过准直透镜投射非晶带材表面上，并在非晶带材表面形成两个光点，并发生反射，产生两路反射光束；S3：两路反射光束均通过成像透镜投射到所述接收板上，并形成两个激光光斑；S4：所述摄像机拍摄S3中的所述激光光斑，得到包含两个激光光斑的光斑图像；S5：所述图像处理模块对S4中的光斑图像进行图像处理，提取光斑图像中两个激光光斑的中心点及中心坐标；S6：通过物点与像点的标定，得到空间目标点即S2中所述光点与目标像点即S3中所述激光光斑中心点的非线性关系；S7：利用激光三角测量法原理，以非晶带材传输机构的水平面为基准平面，根据已知实际距离，得到S3中所述激光光斑的中心坐标、对应的S2中所述光点的实际坐标，计算出非晶带材的实际高度位置；S8：非晶带材通过非晶带材传输机构高速度向前传输，通过连续的光斑中心坐标变化，经数据分析处理，可转化完成非晶带材高速传输中传输位置的高精度实时测量。本专利技术的有益效果是：在使用时，可将非晶带材在测量位置的空间位置信息输出给传动辊的控制系统，控制传动辊的传输速度以及传动辊左右的高度变化，调整以适应带材传输，保证带材平顺高效传输。作为上述技术方案的进一步改进，所述光斑图像采集和处理系统还包括上位机、图像传输单元，摄像机为CMOS摄像机，所述CMOS摄像机采集接收板上的激光光斑图像，并按格式输出数字图像信号，所述数字图像信号传输至图像处理模块进行处理进行图像数据处理，并将处理结果通过图像传输单元传输至上位机，其中所述图像处理模块包括FPGA核心芯片以及SDRAM等周边芯片，所述FPGA完成图像处理任务，SDRAM用于存储采集到的光斑图像和图像处理过程中的中间数据，所述图像传输单元采用USB上传模块。由于图像采集和传输过程的正常实现，是FPGA进行图像处理的前提，图像采集过程包括系统初始化配置、数字图像信号采集和存储三部分；系统的初始化过程包括对所述FPGA和所述CMOS图像传感器相关寄存器的初始值进行配置，使其按设定的功能运行；初始化配置过程完后后即可通过图像采集程序，将输出的CMOS数字图像信号采集至所述FPGA；图像数据经采集后，由所述FPGA存入SDRAM中进行存储，等待后续处理；FPGA接收所述数字图像信号并存入所述SDRAM中，所述FPGA通过所述SDRAM读写控制器控制SDRAM进行读写操作，直到图像处理过程全部完成。作为上述技术方案的进一步改进，在S5中，FPGA对光斑图像进行的图像处理，主要包括畸变校正、中值滤波、阈值分割和中心提取，所述图像处理过程由所述FPGA完成，在所述FPGA的控制下，采集到的激光光斑图像经过畸变校正、中值滤波、阈值分割、中心提取等步骤，由硬件算法计算出光斑中心坐标；所述畸变校正采用基于FPGA的硬件畸变校正方案，由最邻近点原则将距离值转化为空间坐标值，对镜头所成的畸变图像进行校正，提高系统的实时性和精度；畸变校正后通过所述中值滤波去除由于背景噪声和CMOS摄像机的电学噪声，为正确的阈值分割做准备；所述阈值分割主要步骤包括灰度直方图统计、求取阈值和二值化三步，通过选取合适阈值，将激光光斑与背景明显分割开，得到激光光斑的二值化图像；在所述光斑二值化图像上通过所述中心确定其中心坐标时光斑图像处理的关键一步，采用重心法进行激光光斑中心及中心像素坐标提取，将所述激光光斑图像上的中心点定位到亚像素级别，对提取精度的提高有着重要意义。图像处理过程全部完成后，所述FPGA发出上传命令启动S2中所述图像传输单元中的USB上传模块按照所述FPGA给出的时钟信号，将所述激光光斑中心坐标数据传输至上位机显示。而激光光斑中心点像素坐标与对应带材上激光光点的实际坐标相对应是实现位置测量的关键一步；带材上的被测激光光点是位于世界三维坐标系中的三维坐标，所以需要通过像点与物点的标定，将图像处理系统提取到的光斑中心的二维像素坐标，结合光点的亮度信息即二值化得到的灰度图像中的灰度信息，转化为三维坐标系中的三维像素坐标，通过已知的三维空间实际距离，确定测得的激光光斑中心三维像素坐标与实际被测光点的三维世界坐标之间的对应关系。作为上述技术方案的进一步改进，在S6中，物点与像点的标定采用逐段折线逼近法，实现像点位置与实测距离间非线性关系的标定。激光光斑采用亚像素定位技术检测出激光光斑中心后，以光斑中心作为目标像点，由于三角测量公式中物面的起伏与CMOS摄像机检测到的光斑中心位移为非线性关系，需要对目标像点与实际空间物点进行标定；因为像点位置与实测距离之间的关系曲线是非线性的，所以采用逐段折线逼近法标定出空间目标点与目标像点之间的非线性关系。在S8中，在带材传输状态停止，非晶带材在传送带上静止时，根据上述S1-S5的步骤获取一幅基准光斑图像，作为参考图像信息，并根据三角法原理测得此时带材上两个光点的坐标作为参考点坐标，并测得两个光点之间的实际距离，两光点之间的直线即为基线；当激光照射的非晶带材向前传输时，若发生垂直高度位移，则所述激光光斑采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶带材传输位置测量方法，其特征在于：其包括有非晶带材传输机构(100)、激光发射机构、激光接收机构、光斑图像采集和处理系统，所述激光发射机构包括两个激光器(200)，所述激光接收机构包括透光度可调节的接收板(300)，所述光斑图像采集和处理系统包括摄像机(400)、图像处理模块，所述非晶带材传输位置测量方法包括以下步骤：/nS1：两个激光器(200)向非晶带材传输机构(100)上的非晶带材表面以一定角度发射两束互相平行的激光光束；/nS2：两束激光光束均通过准直透镜(210)投射非晶带材表面上，并在非晶带材表面形成两个光点，并发生反射，产生两路反射光束；/nS3：两路反射光束均通过成像透镜(310)投射到所述接收板(300)上，并形成两个激光光斑；/nS4：所述摄像机(400)拍摄S3中的所述激光光斑，得到包含两个激光光斑的光斑图像；/nS5：所述图像处理模块对S4中的光斑图像进行图像处理，提取光斑图像中两个激光光斑的中心点及中心坐标；/nS6：通过物点与像点的标定，得到空间目标点即S2中所述光点与目标像点即S5中所述激光光斑的中心点的非线性关系；/nS7：利用激光三角测量法原理，以非晶带材传输机构(100)的水平面为基准平面，根据已知实际距离，得到S5中所述激光光斑的中心坐标、对应的S2中所述光点的实际坐标，计算出非晶带材的实际高度位置；/nS8：非晶带材通过非晶带材传输机构(100)高速度向前传输，通过连续的光斑中心坐标变化，经数据分析处理，可转化完成非晶带材高速传输中传输位置的高精度实时测量。/n...

【技术特征摘要】
1.一种非晶带材传输位置测量方法，其特征在于：其包括有非晶带材传输机构(100)、激光发射机构、激光接收机构、光斑图像采集和处理系统，所述激光发射机构包括两个激光器(200)，所述激光接收机构包括透光度可调节的接收板(300)，所述光斑图像采集和处理系统包括摄像机(400)、图像处理模块，所述非晶带材传输位置测量方法包括以下步骤：
S1：两个激光器(200)向非晶带材传输机构(100)上的非晶带材表面以一定角度发射两束互相平行的激光光束；
S2：两束激光光束均通过准直透镜(210)投射非晶带材表面上，并在非晶带材表面形成两个光点，并发生反射，产生两路反射光束；
S3：两路反射光束均通过成像透镜(310)投射到所述接收板(300)上，并形成两个激光光斑；
S4：所述摄像机(400)拍摄S3中的所述激光光斑，得到包含两个激光光斑的光斑图像；
S5：所述图像处理模块对S4中的光斑图像进行图像处理，提取光斑图像中两个激光光斑的中心点及中心坐标；
S6：通过物点与像点的标定，得到空间目标点即S2中所述光点与目标像点即S5中所述激光光斑的中心点的非线性关系；
S7：利用激光三角测量法原理，以非晶带材传输机构(100)的水平面为基准平面，根据已知实际距离，得到S5中所述激光光斑的中心坐标、对应的S2中所述光点的实际坐标，计算出非晶带材的实际高度位置；
S8：非晶带材通过非晶带材传输机构(100)高速度向前传输，通过连续的光斑中心坐标变化，经数据分析处理，可转化完成非晶带材高速传输中传输位置的高精度实时测量。


2.根据权利要求1所述的一种非晶带材传输位置测量方法，其特征在于：
所述光斑图像采集和处理系统还包括上位机、图像传输单元，摄像机(400)为CMOS摄像机，所述CMOS摄像机采集接收板(300)上的激光光斑图像，并按格式输出数字图像信号，所述数字图像信号传输至图像处理模块进行处理进行图像数据处理，并将处理结果通过图像传输单元传输至上位机，其中所述图像处理模块包括FPGA以及SDRAM等周边芯片，所述FPGA完成图像处理任务，所述SDRAM用于存储采集到的光斑图像和图像处理过程中的中间数据，所述图像传输单元采用USB上传模块。


3.根据权利要求2所述的一种非晶带材传输位置测量方法，其特征在于：
所述S5中，FPGA对光斑图像进行的图像处理，主要包括畸变校正、中值滤波、阈值分割和中心提取。


4.根据权利要求1所述的一种非晶带材传输位置测量方法，其特征在于：
在S...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔健，吴阳，杨景卫，陈能达，陈建春，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44