專利名稱：棒材在線計數(shù)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對傳送裝置裝運的棒材進(jìn)行計數(shù)的方法及裝置。
背景技術(shù)：
國內(nèi)鋼鐵企業(yè)軋制的棒材產(chǎn)品一般采用打捆方式包裝，打捆之前必須對傳送鏈床上的棒材進(jìn)行準(zhǔn)確的定支計數(shù)。由于生產(chǎn)現(xiàn)場采用多根棒材同時裁剪的工藝，傳送鏈床上的棒材堆集、重疊現(xiàn)象不可避免，因而目前常見的光電計數(shù)技術(shù)和機(jī)械計數(shù)技術(shù)都無法保證準(zhǔn)確計數(shù)，況且后者還需進(jìn)行較大規(guī)模的設(shè)備改造。
最近，名稱為“棒材自動計數(shù)系統(tǒng)”的發(fā)明(專利申請?zhí)枮?3100566)公開了一種采用線陣CCD攝像機(jī)進(jìn)行計數(shù)的技術(shù)。其方案是在棒材傳送鏈底部的鏈條之間安裝熒光燈管，燈管與傳動鏈的傳動方向垂直，在燈管上方有一橫跨在傳動鏈上的支撐架，裝有一線陣CCD攝像機(jī)，與燈管在一個豎直平面上。當(dāng)棒材經(jīng)過傳動鏈擋住和離開燈管時，采集的圖像中出現(xiàn)明暗變化，將圖像傳送給計算機(jī)進(jìn)行處理后計數(shù)。其不足之處是，當(dāng)有多根棒材堆疊時，棒材之間的透光縫隙數(shù)目是個不確定數(shù)，將影響其準(zhǔn)確計數(shù)。另外，生產(chǎn)現(xiàn)場用于處理不合格棒材的電磁吊經(jīng)常需靠近傳動鏈床運行，也不便于設(shè)置上述支撐架；而裝在傳動鏈床下方的燈管很容易被污染和被墜物損壞，因而影響了該裝置的實用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種棒材在線計數(shù)方法及其裝置，提高對傳送過程中的棒材計數(shù)的準(zhǔn)確度，同時克服多根棒材堆疊產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)對棒材的快速、準(zhǔn)確計數(shù)。
本發(fā)明所采用的方法是連續(xù)采集傳送鏈床上的棒材端部圖像信號，同時采集圖像間對應(yīng)的相對位移量；對圖像中的棒材端面信息進(jìn)行增強(qiáng)處理，利用類圓形模板匹配，增強(qiáng)棒材中心部位信息；提取圖像中所有棒材的中心坐標(biāo)；通過相對位移量連續(xù)比較前后幅圖象中各棒材中心坐標(biāo)，逐一對位確認(rèn)出各棒材坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系；對每一棒材坐標(biāo)作足夠次數(shù)對位確認(rèn)和容錯置信度統(tǒng)計，至棒材支數(shù)到一捆設(shè)定值時給出分捆位置指示信息。
所述相對位移量為兩次圖像采樣時間間隔內(nèi)棒材整體位移量，可以取自傳送鏈床的相對位移量，或者由前后幅圖象最佳匹配時的平移值確定。
本發(fā)明的裝置包括設(shè)置在傳送鏈床平面以下，照射棒材端面的照明光源；設(shè)置在傳送鏈床平面以上，對棒材端部攝像的拍攝裝置；將采集的圖像進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、圖像處理、計數(shù)運算并輸出計數(shù)結(jié)果及控制信號的計算機(jī)；分捆信息顯示裝置；傳送鏈床啟?？刂齐娐贰?br> 光源采用熒光燈或鹵素?zé)?，以獲得清晰的棒材端部圖像。進(jìn)一步方案是采用彩色光源，以便用色彩強(qiáng)化棒材端面和側(cè)面的區(qū)別。
本發(fā)明裝置還可包括一檢測鏈床移動量的位移傳感器。
本發(fā)明通過采用拍攝裝置實時采集傳送過程中的棒材端部圖像，運用圖像處理和模式識別、對位和容錯置信度統(tǒng)計技術(shù)計量棒材的支數(shù)，保證了棒材計數(shù)的準(zhǔn)確度，同時有效地克服了多根棒材堆疊產(chǎn)生的影響，計支準(zhǔn)確率達(dá)到999.90‰以上；只要改變模板參數(shù)，就能滿足各種型號棒材的在線計數(shù)要求。設(shè)備簡單可靠，安裝位置切合現(xiàn)場實際，避免了對現(xiàn)有生產(chǎn)線的影響和改造。本發(fā)明具有速度快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、容錯性能好等優(yōu)點，為軋鋼廠提供了新型、實用的棒材計量設(shè)備。


圖1是本發(fā)明裝置的配置示意圖；圖2是本發(fā)明方法中的計算機(jī)程序流程框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
在圖1所示的裝置中光源1與棒材2端部水平距離為50至300毫米；位于鏈床3平面以下，與該平面的夾角在5-45度范圍內(nèi)調(diào)整，以避免棒材2上側(cè)面受到照射；照明燈功率為20-100W。光源1可采用螢光燈及鹵素?zé)?，最好采用彩色光源，如紅色、綠色、黃色、藍(lán)色或黑光燈。彩色光源比白色光源更容易區(qū)分被照亮的棒材端部和被環(huán)境光照亮的棒材側(cè)面。光源1通常采用燈管，水平放置，以均勻照亮視場范圍內(nèi)的棒材端面，以保證圖像的清晰度。光源1裝有遮光罩4，主要是使向前的光線只照亮棒材端部。
拍攝裝置5采用可連續(xù)拍攝的攝像頭、數(shù)碼照相機(jī)均可，最好采用380線以上的CCD彩色攝像頭，攝像頻率最高為50幅/秒。安裝在離棒材2端部水平距離為1000-2000mm處；位于鏈床3平面以上，與該平面的夾角可在10-45度的范圍選擇，以避開環(huán)境光或移動物體對采集圖像的影響。攝像視場在棒材端頭處的寬度不小于傳送鏈床停車時的最大滑動距離的1.5倍，通常為300-800mm；視場高度不小于棒材最大堆集高度，通常為150-300mm。
當(dāng)相對位移量取自鏈床移動量時，采用一個位移傳感器，是在鏈床傳動軸6上安裝光電編碼器7，將脈沖信號送到計數(shù)卡8，對脈沖進(jìn)行計數(shù)。采集圖像時，檢測脈沖數(shù)變化量，計算獲得與前后幅圖像對應(yīng)的棒材2的相對位移量。相對位移量也可通過計算前后兩幅圖像最佳匹配時的平移值獲取，此時，該位移傳感器可省去。
計算機(jī)9采用工控機(jī)，配有視頻采集卡10、現(xiàn)場狀態(tài)檢測與指示用的I/O卡11及如上所述情況時裝入的計數(shù)卡8。
分捆信息顯示裝置可以是以下裝置中的至少一種1)指位儀12。安裝在棒材傳送鏈床3外，高度在傳送鏈床平面±100mm的范圍即可。其縱、橫向運動范圍不小于拍攝裝置5的視場，縱、橫向運動均可由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，其控制脈沖數(shù)與指示位置坐標(biāo)對應(yīng)。最好采用激光光束予以指示。每捆計數(shù)值滿時由工控機(jī)9控制其運動并發(fā)出光束指向該捆最后一根棒材，準(zhǔn)確指示手動分鋼的分離位置。在自動分鋼裝置運行時，指位激光束是控制自動分鋼裝置自動定位的控制信號。
2)顯示器13。每捆計數(shù)值滿時，顯示當(dāng)前棒材分布圖像，并用某一種色彩在圖像上表明已被計數(shù)的棒材，用另一種色彩表明未被計數(shù)的棒材。計數(shù)過程中則實時顯示當(dāng)前棒材分布圖像。
3)LED顯示屏14。安裝在鏈床平面以下，大小與棒材圖像采集區(qū)相當(dāng)。每捆計數(shù)值滿時，顯示當(dāng)前棒材分布圖像，并用不同顏色或閃爍與否的方式表明已計數(shù)和尚未計數(shù)的棒材。
為便于操作和保護(hù)本裝置，將拍攝裝置5、工控機(jī)9、激光指位儀12、顯示器13、鏈床啟/停控制器15及操作按鈕組裝在控制柜16中?？刂乒?6可離開鏈床3一定距離安置，只要滿足其拍攝裝置5的距離要求即可。
另外，本發(fā)明裝置還可配置發(fā)聲裝置17或/和指示燈18。當(dāng)一捆計數(shù)值已滿時，產(chǎn)生聲/光提示信號。
本發(fā)明的工作流程為光源1照亮棒材2時，啟動鏈床3；拍攝裝置5對鏈床3上的棒材2進(jìn)行攝像；拍攝到的彩色視頻信號經(jīng)過圖像采集卡10進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入到工控機(jī)9中進(jìn)行比例縮放、裁剪、色度變換等處理；同時光電編碼器7也將收集到的傳送鏈床3的位移信息通過計數(shù)卡8送到工控機(jī)9中，或者由工控機(jī)9計算出相鄰兩幅圖像最佳匹配時的平移值；工控機(jī)9根據(jù)這些信息逐幅對棒材2進(jìn)行跟蹤識別計數(shù)；預(yù)定計數(shù)值滿后，發(fā)送一個命令給鏈床啟/?？刂破?5，控制鏈床驅(qū)動電機(jī)19停下鏈床3，輸出分捆指示信息給顯示器13或LED顯示屏14顯示已被計數(shù)與未被計數(shù)的狀態(tài)，或由激光指位儀12指向該捆最后一根棒材，并由發(fā)聲裝置17、指示燈18發(fā)出聲/光提示信號，以便于進(jìn)行分堆、打捆操作。待完成分捆作業(yè)后，啟動鏈床3，繼續(xù)下一輪計數(shù)。
本發(fā)明方法的程序?qū)崿F(xiàn)如圖2。
獲取棒材端部圖像為隔行掃描的視頻圖像信號時，為減少棒材運動時圖像模糊的影響，以一場圖像作為一幅圖像。
端部信息增強(qiáng)是根據(jù)圖像中的亮度與色度差異進(jìn)行二值化來區(qū)分棒材端面與其它部分。
類圓形模板大小按各種棒材的直徑設(shè)定。通過模板匹配增強(qiáng)棒材中心部位亮度，提取最大值點，通過聚類識別出并記錄圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置。
為保證足夠次數(shù)的對位確認(rèn)及容錯置信度統(tǒng)計，其實現(xiàn)步驟如下處理第一幅圖像后，對各坐標(biāo)賦以置信度權(quán)值為1；以后每處理一幅圖像，識別出本幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置后，將前一幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)值加上相對位移量，與本幅圖像中的各根棒材的坐標(biāo)值核對，坐標(biāo)值差值在不大于棒材直徑的范圍內(nèi)，則判定為同一根棒材的坐標(biāo)；將已有坐標(biāo)逐一對位后，對于能夠?qū)ι衔坏淖鴺?biāo)，其值更新為本幅圖像坐標(biāo)值，并對坐標(biāo)置信度權(quán)值增1；對于不能對上位的坐標(biāo)，其坐標(biāo)值為前幅圖像坐標(biāo)值與相對位移量的和，其置信度權(quán)值減1，置信度權(quán)值減到0時撤銷對應(yīng)坐標(biāo)；對本幅圖像新增坐標(biāo)其坐標(biāo)值的置信度權(quán)值為1；設(shè)確認(rèn)置信度為K，當(dāng)某棒材坐標(biāo)置信度權(quán)值等于K時，將該坐標(biāo)即該坐標(biāo)對應(yīng)的棒材納入已計數(shù)范圍進(jìn)行累計。已納入已計數(shù)范圍坐標(biāo)的置信度不再減小。繼續(xù)下幅圖像的處理，直到累計值等于一捆設(shè)定值為止。
K值取2-10的整數(shù)，K值越大，容錯力越強(qiáng)，可靠性越高，確認(rèn)棒材的時間相應(yīng)延長。可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇一適宜值，即能有效地防止漏計和虛計，保證計數(shù)準(zhǔn)確度。
權(quán)利要求
1.一種棒材在線計數(shù)方法，其特征是，通過拍攝裝置連續(xù)采集傳送鏈床上的棒材端部圖像信號，同時采集圖像間對應(yīng)的相對位移量；對圖像中的棒材端面信息進(jìn)行增強(qiáng)處理，利用類圓形模板匹配，增強(qiáng)棒材中心部位信息；提取圖像中所有棒材的中心坐標(biāo)；通過相對位移量連續(xù)比較前后幅圖象中各棒材中心坐標(biāo)，逐一對位確認(rèn)出各棒材坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系；對每一棒材坐標(biāo)作足夠次數(shù)對位確認(rèn)和容錯置信度統(tǒng)計，至棒材支數(shù)到一捆設(shè)定值時給出分捆位置指示信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計數(shù)方法，其特征是，所述圖像為隔行掃描的視頻圖像信號時，所述一幅圖像為一場圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計數(shù)方法，其特征是，所述相對位移量為前后兩幅圖像最佳匹配時的平移值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的計數(shù)方法，其特征是，所述對位確認(rèn)和容錯置信度統(tǒng)計包括下列步驟提取第一幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置并予以記錄，對各坐標(biāo)賦以置信度權(quán)值為1；對后續(xù)圖像，識別出本幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)位置，將前一幅圖像中各根棒材的坐標(biāo)值加上相對位移量，與本幅圖像中的各根棒材的坐標(biāo)值核對，坐標(biāo)值差值不大于棒材直徑的，其值更新為本幅圖像坐標(biāo)值，并對坐標(biāo)置信度權(quán)值增1；坐標(biāo)值差值大于棒材直徑的，其坐標(biāo)值為前幅圖像坐標(biāo)值與相對位移量的和，其置信度權(quán)值減1，置信度權(quán)值減到0時撤銷對應(yīng)坐標(biāo)；對本幅圖像中的新增坐標(biāo)的坐標(biāo)值賦以置信度權(quán)值為1；將棒材坐標(biāo)置信度權(quán)值等于所設(shè)定的確認(rèn)置信度的棒材納入已計數(shù)范圍進(jìn)行累計。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的計數(shù)方法，其特征是，所述確認(rèn)置信度的值為2-10。
6.一種適用于權(quán)利要求1所述方法的棒材在線計數(shù)裝置，包括光源、拍攝裝置、計算機(jī)，其特征是，所述光源為熒光燈或鹵素?zé)?，設(shè)置在棒材傳送鏈床平面以下，與該平面呈5-45度角度照射棒材端部；所述拍攝裝置為攝像頭或數(shù)碼照相機(jī)，設(shè)置在棒材傳送鏈床運行平面以上，與該平面呈10-45度角度對棒材端部攝像；所述計算機(jī)用作將所采集的圖像進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、圖像處理、計數(shù)運算并輸出計數(shù)結(jié)果及控制信號的設(shè)備；同時至少有一個將計算機(jī)輸出的分捆位置指示信息予以顯示的顯示裝置；有一個根據(jù)計算機(jī)所輸出信號控制傳送鏈床啟停的控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計數(shù)裝置，其特征是，所述光源為彩色熒光燈。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計數(shù)裝置，其特征是，所述拍攝裝置為彩色CCD視頻攝像頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計數(shù)裝置，其特征是，所述裝置包括一個由光電編碼器和計數(shù)卡構(gòu)成的位移傳感器，光電編碼器安裝在鏈床傳動軸上，并與裝配在計算機(jī)中的計數(shù)卡相聯(lián)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計數(shù)裝置，其特征是，所述顯示裝置為CRT顯示器或LED顯示屏或激光指位儀。
全文摘要
一種棒材在線計數(shù)方法及裝置，適用于對傳送過程中的棒材進(jìn)行計數(shù)。是采用拍攝裝置實時采集現(xiàn)場棒材端部圖像；進(jìn)行圖像處理、模式識別、提取圖像中所有棒材的中心坐標(biāo)；連續(xù)比較前后幅圖象中各棒材中心坐標(biāo)，利用相對位移量進(jìn)行逐一對位和容錯置信度統(tǒng)計計量棒材的支數(shù)，有效地提高了對傳送過程中的棒材計數(shù)的準(zhǔn)確度，同時克服了多根棒材堆疊產(chǎn)生的影響，能滿足各種型號棒材的在線計數(shù)要求。具有速度快、精度高、適應(yīng)性強(qiáng)、容錯性能好、設(shè)備簡單可靠等優(yōu)點，為軋鋼廠提供了新型、實用的棒材計量設(shè)備。
文檔編號G06M9/00GK1607547SQ20031011041
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者羅三定, 賈維嘉, 溫德智, 沙莎, 黃勝多, 曾政, 陳屏璋 申請人:中南大學(xué), 漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司, 香港城市大學(xué)