连铸坯线结构光视觉定重关键技术研究.docx

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一、引言
随着钢铁工业的不断发展，连铸坯的生产量也在逐年增加。随之而来的问题是，为了保证产品质量，连铸坯的定重至关重要。传统的重量检测方法包括称重和放射性同位素法，但这些方法存在着一些弊端，如测量误差大、检测精度低、安全隐患等。结构光视觉技术以其高速、高精度、非接触等优点，成为了连铸坯定重的一个重要手段。
本文主要针对连铸坯线结构光视觉定重技术进行了深入研究，并探讨了其关键技术及其应用。
二、相关技术介绍
结构光原理
结构光是指用一定的光源和光学元件组成光学投影系统，在被测物体表面产生光柱（线）图样，然后通过相机捕获图像进行分析，以获取被测物体的三维形态和表面特征。结构光摄像的原理是：将白光透过投影器形成一个光栅，投射到被测物体表面，被测物体表面将会在光栅作用下形成一条条的亮暗条纹，形成的横向条纹与竖向条纹一般呈现正交关系。而相机捕获这些条纹图像并进行处理后，即可得到被测物体表面的三维信息。
连铸坯线结构光视觉定重技术
连铸坯线结构光视觉定重是指在连铸生产线上，设置一个结构光投射系统和一台工业相机，利用结构光原理对连铸坯进行三维测量，从而实现定重的方法。该技术的流程包括三部分：结构光投射、图像采集以及数据处理。
结构光投射部分：结构光投影仪主要通过投影系统发出结构光，并将其照射到连铸坯表面。由于连铸坯表面有一定形状的凸起、凹陷、气泡等缺陷，结构光照射后会在坯体表面和缺陷上反射出不同的光条纹。
图像采集部分：通过工业相机采集连铸坯表面反射出的光条纹图像，并将其转化为数字图像。由于连铸坯生产时的高速行进，需要快速采集多张图像以覆盖整个连铸坯，采集后的图像需要经过预处理，如去噪、校正等操作，以减少后续数据处理的误差。
数据处理部分：通过相机拍摄的多张图像，使用计算机视觉技术进行光条纹三维形态的重建。使用三维重建算法对投影得到的三维光条纹进行计算，从而得到连铸坯三维模型。利用三维模型进行容积计算等操作，得到连铸坯的重量。
三、关键技术探究
光栅投影系统
在连铸坯线结构光视觉定重技术中，投影系统的光源和光栅是实现三维重建的两个关键部分。投影系统中通常使用的光源为红色或绿色的线激光器，可以使得光束成为一个条形光线，便于精准投影在连铸坯表面上。而光栅则是使用某种材料制成的特殊光学显微镜，栅纹距为数百纳米级别，可实现精确的光栅投影。
相机参数设置
连铸坯生产过程中，连铸坯的速度是非常快的，加之光源对其进行投射，导致连铸坯表面的图像非常模糊，需要选择合适的相机参数进行拍摄。相机参数包括曝光时间、帧率、快门速度和放大倍数等，需要根据实际情况进行调整，减少噪点和运动模糊，提高图像清晰度。
三维重建算法
三维重建算法是连铸坯线结构光视觉定重的核心之一，重建结果的精度和速度直接影响定重的准确性和即时性。在连铸坯线结构光视觉定重中，常见的三维重建算法有基于视差的三角分布法和基于相位的三维重构法。其中基于相位的三维重建法在噪声和光干扰较强的环境下表现较好，但计算量大，耗时长。而基于视差的三角分布法精准度较高，速度较快，适用于实时处理。
四、应用案例
连铸坯线结构光视觉定重技术在现代钢铁工厂中得到了广泛应用，有效的满足了连铸坯生产线的生产需求。下面介绍两个成功应用的案例。
第一个案例：某钢铁公司使用连铸坯线结构光视觉定重技术进行重量检测。该公司引入了一套高精度连铸生产线结构光视觉定重系统，能够实现连铸坯重量的非接触式精准检测。该系统能全面覆盖连铸坯生产线，并进行连续的连铸坯重量检测，有效提高了生产效率和质量。
第二个案例：某轮胎公司使用连铸坯线结构光视觉定重技术对轮胎母胚进行重量检测。该系统通过工业相机拍摄轮胎母胚图像，并使用三维重建算法将母胚三维模型反映出来，最终通过容积计算得到母胚重量。该系统与传统称重法相比，精度和效率都得到了显著提升。
五、结论
连铸坯线结构光视觉定重技术是一种非接触、高精度、高效率的连铸坯定重方法，能够广泛应用于现代钢铁、机械等行业中。该技术的实现需要依赖光栅投影系统、相机参数设置以及三维重建算法等关键技术，研究和优化这些技术是实现连铸坯线结构光视觉定重的重要步骤。未来，该技术将进一步发展和应用，为生产线的质量管理提供更加可靠的技术支持。