基于在線鋼絲繩的測長裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于在線鋼絲繩的測長裝置及方法，它包含線激光發(fā)射器、高速工業(yè)相機(jī)、支架、工控機(jī)、圖像分析軟件，在線鋼絲繩水平運(yùn)動時(shí)，其被激光投射的表面某個(gè)點(diǎn)的周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過激光投射亮線轉(zhuǎn)化為激光亮線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，利用高速工業(yè)相機(jī)連續(xù)獲取圖像并傳輸給工控機(jī)進(jìn)行圖像分析，最終獲得激光投射亮線的旋轉(zhuǎn)速度并換算為在線鋼絲繩的瞬間線速度，根據(jù)速度與時(shí)間積分獲得鋼絲繩的總長度。本發(fā)明的有益效果是：測量誤差小、安全性好、測量效率高、測量成本低、鋼絲繩運(yùn)動狀態(tài)好判斷、測量設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)。
【專利說明】基于在線鋼絲繩的測長裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于在線鋼絲繩的測長裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼絲繩是長度類產(chǎn)品，其成品長度誤差不僅受到國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格規(guī)定，還直接與產(chǎn)品質(zhì)量、用戶需求、企業(yè)信譽(yù)、生產(chǎn)利潤息息相關(guān)。因此，在生產(chǎn)過程中準(zhǔn)確測量并截取相應(yīng)鋼絲繩長度，控制其長度誤差，對于企業(yè)和用戶意義重大。
[0003]現(xiàn)有的鋼絲繩在線測長方法主要有接觸式和非接觸式兩種。其中，接觸法應(yīng)用最廣，又可分為直接接觸和間接接觸。直接接觸測長時(shí)，計(jì)長裝置與生產(chǎn)線上的鋼絲繩接觸，將鋼絲繩的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為計(jì)長裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并根據(jù)轉(zhuǎn)動圈數(shù)和裝置周長換算鋼絲繩運(yùn)動長度；間接接觸法則通過計(jì)數(shù)器測定生產(chǎn)線上與鋼絲繩接觸的壓緊輪、牽引輪或卷筒的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，再乘以其周長從而間接計(jì)算鋼絲繩長度。采用這種傳統(tǒng)的機(jī)械接觸方法測長往往精度較低，誤差較大，主要原因有。
[0004]1.只要采用接觸方式測長，無論是計(jì)長裝置，還是壓緊輪、牽引輪，其與鋼繩之間都不可避免地存在打滑，出現(xiàn)計(jì)數(shù)誤差，且鋼絲繩直徑越大，打滑越嚴(yán)重。
[0005]2.由于長期發(fā)生滑動摩擦，計(jì)長裝置、壓緊輪、牽引輪的圓周直徑會因鋼絲繩的磨損而逐漸減小，使周長發(fā)生變化，長度計(jì)算出現(xiàn)誤差。
[0006]3.接觸法計(jì)算的是鋼絲繩與旋轉(zhuǎn)裝置接觸的外圓周位置長度而不是繩的軸心位置長度，測長存在原理性誤差。
[0007]目前已有多項(xiàng)技術(shù)方案對接觸式鋼絲繩測長方法進(jìn)行了有益的改進(jìn)，如2005年由青島港(集團(tuán))有限公司申報(bào)的實(shí)用新型專利《鋼絲繩長度計(jì)量裝置》(200420096957.2)；2007年由寶鋼集團(tuán)上海第一鋼鐵有限公司申報(bào)的實(shí)用新型《鋼絲繩長度計(jì)》(200520046396.X) ；2010年由江蘇法爾勝特鋼制品有限公司申報(bào)的實(shí)用新型《鋼絲繩長度計(jì)數(shù)測量裝置》(200920040353.9) ；2012年由江蘇巨力鋼繩有限公司申請的兩項(xiàng)實(shí)用新型《一種用于計(jì)算鋼絲繩長度的設(shè)備》(201110314173.7)和《用于計(jì)量鋼絲繩長度的設(shè)備》(201120394246.3) ；2012年由江蘇興龍金屬制品股份有限公司申報(bào)的兩項(xiàng)實(shí)用新型《一種鋼絲繩計(jì)量器》(201210174902.8)和《一種鋼絲繩長度計(jì)量器》(201220251816.8)。這些技術(shù)方案大多集中在機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)改進(jìn)上，雖然各有特色，但都無法從本質(zhì)上消除接觸測長方法固有的打滑和磨損這兩大缺陷，以及長度計(jì)算的原理性誤差，測長精度提升受到局限。
[0008]非接觸方法主要采用勵(lì)磁讀磁技術(shù)進(jìn)行鋼絲繩在線實(shí)時(shí)測長，其技術(shù)方案是在被測鋼絲繩兩端分別安裝勵(lì)磁線圈磁頭和霍爾讀磁傳感器，二者間步長可精確測定。測長時(shí)，勵(lì)磁磁頭瞬間通過強(qiáng)電流對行進(jìn)中的鋼絲繩某點(diǎn)勵(lì)磁，當(dāng)磁化點(diǎn)行至讀磁傳感器時(shí)將產(chǎn)生脈沖電信號，系統(tǒng)將根據(jù)接收信號對步長不斷累加，從而獲取鋼繩長度。目前國內(nèi)已有相關(guān)方案和技術(shù)，如1999年中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所申報(bào)的實(shí)用新型《鋼絲繩測長裝置》(97234783.6) ；2001年重慶鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司申報(bào)的《鋼繩測長裝置》(00223049.6)。勵(lì)磁讀磁方案雖然具有非接觸、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在以下瓶頸:
1.為磁化徹底，勵(lì)磁磁頭需要通幾安至幾十安的強(qiáng)電流，且繩徑越大，電流越強(qiáng)，由此帶來的可行性、安全性問題，以及鋼繩的退磁問題都需要進(jìn)一步考慮；
2.磁化具有一定寬度，不能精確到點(diǎn)，因此，讀取剩磁信號時(shí)，讀磁傳感器何時(shí)產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖是決定測長誤差的重要因素；
3.由于磁化沒有方向性，勵(lì)磁讀磁技術(shù)無法判定在線鋼絲繩運(yùn)動狀態(tài)，無法解決因鋼繩回車而產(chǎn)生的磁化點(diǎn)誤讀，需要其它信號輔助；
4.勵(lì)磁線圈尺寸需要隨繩徑的改變而改變。
[0009]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于在線鋼絲繩的測長方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010].要解決的技術(shù)問題
明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于在線鋼絲繩的測長裝置及方法，以解決在線鋼絲繩測長測量誤差大、安全性差、測量效率不高、測量成本高、鋼絲繩運(yùn)動狀態(tài)不好判斷、測量設(shè)備適應(yīng)性差等技術(shù)瓶頸問題。
[0011].解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
基于在線鋼絲繩的測長裝置，其特征在于，線激光發(fā)射器和高速工業(yè)相機(jī)安裝在支架上，所述高速工業(yè)相機(jī)處于在線鋼絲繩的正上方，所述線激光發(fā)射器將激光投射到在線鋼絲繩表面，形成激光投射亮線，所述激光投射亮線與在線鋼絲繩軸向垂直，所述激光投射亮線位于高速工業(yè)相機(jī)的視場中心，高速工業(yè)相機(jī)與工控機(jī)通過通信線纜連接并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)傳輸，所述工控機(jī)上安裝有圖像分析處理軟件。
[0012]所述通信線纜(6)可選用USB線纜。
[0013]一種基于在線鋼絲繩的測長方法，其特征在于，在線鋼絲繩水平運(yùn)動時(shí)，其被激光投射的表面某個(gè)點(diǎn)的周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可通過激光投射亮線轉(zhuǎn)化為所述激光亮線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時(shí)高速工業(yè)相機(jī)連續(xù)獲取圖像并通過通信電纜實(shí)時(shí)傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)利用圖像分析處理軟件對相鄰兩幀圖像進(jìn)行處理，最終獲得激光投射亮線的瞬間旋轉(zhuǎn)速度，將該瞬間旋轉(zhuǎn)速度換算為在線鋼絲繩水平運(yùn)動的瞬間線速度，對該瞬間線速度進(jìn)行時(shí)間積分，即可測得某時(shí)段內(nèi)鋼絲繩的運(yùn)動總長度。
[0014]所述圖像分析處理軟件可對圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、角點(diǎn)檢測、角點(diǎn)匹配、運(yùn)動估計(jì)處理。
[0015]有益效果
明的有益效果是:與傳統(tǒng)的機(jī)械接觸式測長相比，本發(fā)明提供的一種基于在線鋼絲繩的測長裝置及方法，消除了打滑和磨損對測長的影響，其原理本質(zhì)上是基于速度與時(shí)間積分而得到長度，不存在原理性誤差。本發(fā)明基于線激光成像、機(jī)器視覺的鋼絲繩測長，對人體無傷害，安全性高；本發(fā)明實(shí)施簡單，可行性強(qiáng)，技術(shù)方案涉及的設(shè)備均已成熟，實(shí)施成本低，實(shí)施可靠。本發(fā)明采用的線激光具有連續(xù)反映鋼絲繩表面形態(tài)、紋理變化的優(yōu)勢，分辨率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、信息量大，被測特征量精度高。本發(fā)明只需根據(jù)激光亮線的方向、速度就可以即時(shí)判斷在線鋼絲繩的前進(jìn)、停車、倒車等運(yùn)動狀態(tài)。本發(fā)明采用的線激光投射范圍大，可適應(yīng)不同繩徑的鋼絲繩，無需更改方案和設(shè)備，適應(yīng)性強(qiáng)。
[0016]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記說明:1 一工控機(jī)2 —高速工業(yè)相機(jī)3 —線激光發(fā)射器4-激光投射亮線5-在線鋼絲繩6-通信線纜7-支架具體實(shí)施例及實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0017]如圖1，一種基于在線鋼絲繩的測長裝置，其特征在于，線激光發(fā)射器3和高速工業(yè)相機(jī)2安裝在支架7上，所述高速工業(yè)相機(jī)2處于在線鋼絲繩5的正上方，所述線激光發(fā)射器3將激光投射到在線鋼絲繩5表面，形成激光投射亮線4，所述激光投射亮線4與在線鋼絲繩5軸向垂直，所述激光投射亮線4位于高速工業(yè)相機(jī)2的視場中心，高速工業(yè)相機(jī)2與工控機(jī)I通過通信線纜6連接并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)傳輸，所述工控機(jī)I上安裝有圖像分析處理軟件。所述通信線纜(6)選用USB線纜。
如圖1，利用上述在線鋼絲繩的測長裝置的測長方法，其特征在于，在線鋼絲繩5水平運(yùn)動時(shí)，其被激光投射的表面某個(gè)點(diǎn)的周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可通過激光投射亮線4轉(zhuǎn)化為所述激光亮線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時(shí)高速工業(yè)相機(jī)2連續(xù)獲取圖像并通過通信電纜6實(shí)時(shí)傳輸給工控機(jī)1，工控機(jī)I利用圖像分析處理軟件對相鄰兩幀圖像進(jìn)行處理，最終獲得激光投射亮線4的瞬間旋轉(zhuǎn)速度，將該瞬間旋轉(zhuǎn)速度換算為在線鋼絲繩5水平運(yùn)動的瞬間線速度，對該瞬間線速度進(jìn)行時(shí)間積分，即可測得某時(shí)段內(nèi)鋼絲繩的運(yùn)動總長度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于在線鋼絲繩的測長裝置，其特征在于，線激光發(fā)射器(3)和高速工業(yè)相機(jī)(2 )安裝在支架(7 )上，所述高速工業(yè)相機(jī)(2 )處于在線鋼絲繩(5 )的正上方，所述線激光發(fā)射器(3 )將激光投射到在線鋼絲繩(5 )表面，形成激光投射亮線(4 )，所述激光投射亮線(4 )與在線鋼絲繩(5)軸向垂直，所述激光投射亮線(4)位于高速工業(yè)相機(jī)(2)的視場中心，高速工業(yè)相機(jī)(2 )與工控機(jī)(I)通過通信線纜(6 )連接并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)傳輸，所述工控機(jī)(I)上安裝有圖像分析處理軟件。
2.如權(quán)利要求1所述的基于在線鋼絲繩的測長裝置，其特征在于，所述通信線纜(6)可選用USB線纜。
3.一種基于在線鋼絲繩的測長方法，其特征在于，在線鋼絲繩(5)水平運(yùn)動時(shí)，其被激光投射的表面某個(gè)點(diǎn)的周期性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動可通過激光投射亮線(4)轉(zhuǎn)化為所述激光投射亮線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，此時(shí)高速工業(yè)相機(jī)(2)連續(xù)獲取圖像并通過通信電纜(6)實(shí)時(shí)傳輸給工控機(jī)(O,工控機(jī)(I)利用圖像分析處理軟件對相鄰兩幀圖像進(jìn)行處理，最終獲得激光投射亮線(4)的瞬間旋轉(zhuǎn)速度，將該瞬間旋轉(zhuǎn)速度換算為在線鋼絲繩(5)水平運(yùn)動的瞬間線速度，對該瞬間線速度進(jìn)行時(shí)間積分，即可測得某時(shí)段內(nèi)鋼絲繩的運(yùn)動總長度。
4.如權(quán)利要求3所述的基于在線鋼絲繩的測長方法，其特征在于，所述圖像分析處理軟件可對圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、角點(diǎn)檢測、角點(diǎn)匹配、運(yùn)動估計(jì)處理。
【文檔編號】G01B11/04GK104006749SQ201410221180
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月24日
【發(fā)明者】王珩, 蘇明, 徐偉, 王小剛, 李倫友, 王發(fā)平 申請人:貴州師范大學(xué), 貴州鋼繩股份有限公司