基于3D视觉技术在钢板测宽系统中的应用

基于3D视觉技术在钢板测宽系统中的应用

彭凯

湘潭钢铁集团有限公司   湖南省湘潭市   411101

【摘要】本文介绍了基于3D视觉技术的钢板测宽系统的应用。首先，介绍了钢板测宽的意义和传统的测量方法的局限性。接着，介绍了基于3D视觉技术的钢板测宽系统的工作原理和优点，包括测量精度高、测量速度快等。最后，还介绍了在应用过程中需要采取的控制措施，以确保系统的安全和稳定性。

【关键词】3D视觉技术；钢板测宽系统；技术应用

引言

钢板测宽是钢铁行业中非常重要的一个环节，涉及到钢板的质量和尺寸问题。传统的测量方法主要依赖于人工进行，存在测量精度低、测量速度慢等问题，难以满足现代钢铁行业对高精度、高效率的生产要求。因此，基于3D视觉技术的钢板测宽系统应运而生，具有测量精度高、测量速度快、操作简单等优点，在钢铁生产中得到了广泛的应用。

1. 3D视觉技术概述

基于3D视觉技术的钢板测宽系统是一种应用于钢铁冶金领域的先进测量技术。该系统通过结合3D视觉传感器和计算机图像处理技术，实现了对钢板宽度进行高精度、高速度的测量。该系统在应用中的具体流程如下：首先，通过3D视觉传感器获取钢板表面的三维坐标信息。然后，将获取的三维坐标信息输入到计算机图像处理软件中进行处理，通过计算钢板两端表面的坐标信息，求解出钢板的宽度。最后，将测量结果实时反馈到生产线控制系统，用于控制钢板的裁切和加工。相比传统的测宽技术，基于3D视觉技术的钢板测宽系统具有以下优点：

（1）高精度：通过3D视觉传感器获取钢板表面的三维坐标信息，能够实现高精度的测量，误差可达到1毫米。

（2）高速度：该系统测量速度快，在运输辊道上无需钢板停顿，动态测量钢板宽度，快速得出测量结果，大大提高了生产效率。

（3）自动化程度高：测量结果实时反馈到生产线控制系统，实现了自动化控制，避免了人为干扰和误操作的风险。

（4）能够适应不同钢板：该系统能够适应不同厚度、不同宽度的钢板进行测量，具有很好的通用性。

因此，基于3D视觉技术的钢板测宽系统在钢铁冶金领域具有广泛的应用前景，可以提高生产效率和产品质量，降低生产成本，同时也推动了行业的智能化和数字化转型。

2.钢板测款系统简介

2.1设备简介

3D视觉钢板测宽系统设备具有测量精度高、故障率低、易于维护等特点，系统可对辊道上的钢板进行在线动态测量，可对宽度1400mm~3600mm，厚度8mm~40mm的钢板进行宽度测量，测量精度可达到±1mm以内。

2.2系统结构

测宽系统由硬件设备和配套软件组成。硬件设备主要包括：跨辊道龙门支架、工业级双目相机、辅助线激光、双目相机防护罩、光电开关、光电开关防护罩、横移机构、绝对值编码器电机、伺服驱动器、西门子PLC、配电箱、工控机、交换机等。其中工业级双目相机、辅助线激光、相机防护罩、横移机构、绝对值编码器电机等设备安装在跨辊道龙门支架上，由于设备工作时处在高温、粉尘的环境中，需要配套的防护装置。除此之外，配电箱也安装在现场，配电箱内包含空气开关、电源、西门子PLC、伺服驱动器、接线端子、网络模块等，设备结构示意如图1所示。硬件设备除了安装在现场以外，还有一些需要安装在操作室内，比如工控机、显示器、鼠标键盘等，上述设备全部放置在操作台中，操作台可根据要求定制。工控机内部包含主板、电源、CPU、内存、硬盘、千兆网卡等设备。提供220V电源接入配电箱，为配电箱供电。配电箱内部带有电源模块、接线端子等，为双目相机、线激光、PLC、驱动器等设备供电。双目相机通过六类网线接入配电箱，再由配电箱内的网络或光纤接口将网络信号传输至操作室。

2.3工作流程

1. 钢板进入测宽区域前，辊道PLC或MES系统将钢板规格（长度、宽度等数据发送给测宽系统）；

2. 测宽系统控制横移机构将双目相机2#移动至指定位置；

3. 钢板进入测宽区域，光电开关检测到钢板到位信号，并读取到辊道正在前进状态时，测宽系统开启线激光辅助光源；

4. 双目相机1#和双目相机2#开始采集3D数据，并将数据发送给工控机软件接口；

5. 软件接收到3D数据，通过一些列算法对数据进行过滤、分析，最终获得双目相机零点到钢板边缘的向量 和 ；

6. 通过标定数据以及驱动器实时闭环位置数据，可以获得当前双目相机1#零点位置到双目相机2#零点位置的向量，计算钢板宽度L宽=| + + |.

7. 系统将计算宽度发送给辊道PLC，并将测量结果记录到本地后完成本次测量，等待下一次测量。

3. 3D视觉技术在钢板测宽系统中的应用意义

基于3D视觉技术的钢板测宽系统在钢铁冶金领域的应用意义不容忽视。在钢铁制造过程中，钢板的宽度是一个重要的质量指标，对于钢板的加工、裁剪和出货等环节均有重要的影响。因此，准确地测量钢板的宽度是保证产品质量和生产效率的重要环节。传统的钢板测宽技术通常采用机械式测量方法，但其存在着一些局限性，比如测量精度低、测量速度慢、对设备操作人员的技术要求较高等问题。而基于3D视觉技术的钢板测宽系统正是在这些问题上提供了解决方案。基于3D视觉技术的钢板测宽系统具有精度高、速度快、自动化程度高等优点，可以提高生产效率和产品质量，降低生产成本，具有广泛的应用前景和重要的意义。随着智能制造和数字化转型的推进，该系统将会越来越广泛地应用于钢铁制造领域，为钢铁行业的发展注入新的动力。

4. 3D视觉技术在钢板测宽系统中的应用控制措施

在基于3D视觉技术的钢板测宽系统中，为确保测量精度和测量速度，同时也保证操作人员和设备的安全，需要采取一系列的控制措施。

（1）系统需要进行定期维护和校准。由于钢板测宽系统的使用频率较高，因此需要定期对系统进行维护，保持设备的良好状态。也需要对系统进行校准，保证测量精度和准确性。这样可以避免由于设备的磨损和震动等原因导致测量误差增大，影响测量精度。

（2）需要对设备进行防护。由于钢板测宽系统的工作环境比较恶劣，因此需要对设备进行防护。比如在测量系统的周围设置防护罩和警示标识，避免工人接触到危险部位。此外，还需要对设备进行防尘和防水处理，以避免杂质和水分的影响，影响设备的正常工作。

（3）需要对操作人员进行培训。虽然该测宽系统具有较高的自动化程度，但仍需要专业的操作人员进行控制和监控。因此，在系统投入使用之前，需要对操作人员进行专业的培训，使其能够熟练掌握系统的操作技能和相应的安全措施。

（4）需要建立健全的数据管理和质量控制体系。基于3D视觉技术的钢板测宽系统可以自动记录测量结果，并将数据传输到后台管理系统。因此，需要建立健全的数据管理体系，对数据进行统一管理和分析，以便对生产过程进行追溯和优化。同时，还需要建立完善的质量控制体系，对生产过程进行监控和控制，确保产品的质量稳定。

5.结论

基于3D视觉技术的钢板测宽系统是一种高效、精准的测量方法，具有广泛的应用前景。通过对系统的优化和升级，可以进一步提高测量精度和测量速度，满足现代钢铁行业对高质量、高效率的生产要求。同时，为确保系统的稳定性和安全性，在应用过程中还需要采取一系列的控制措施，包括设备维护、安全防护、人员培训等方面，确保系统的正常运行。

参考文献

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