一种一切坯轮廓精确测量方法技术

本发明专利技术公开一种一切坯轮廓精确测量方法，针对特定尺寸铸坯，在铸坯4条棱向外辐射的方向上安装4台3D激光传感器用于采集轮廓参数，上方安装一台热像仪获取采集过程中板坯温度变化情况，5台设备的采集位置位于同一竖直平面中且垂直于板坯运动方向向量，在搭载板坯运动机构上安装编码器用于同步且等间隔触发多台设备采集。4台激光传感器在固定位置采集轮廓数据，然后将4个片段轮廓在空间进行处理拼接，分左右形成两段连续的轮廓段且位于同一平面中，最后计算指定位置的参数信息显示并存储，能够满足数据长时测量/显示/存储/回放/导出的需求，克服了人工测量误差大、数据量过少、测量环境恶劣的不足，系统使用方便，成本经济，易于推广。易于推广。易于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种一切坯轮廓精确测量方法


[0001]本专利技术属于自动检测
，特别提供了一种用于一切坯轮廓在线精确测量装置及方法。

技术介绍

[0002]一切坯即连铸坯上线后经过火焰切割后形成的铸坯，目前对于一切坯轮廓参数自动检测系统在行业内比较少见，对于热态铸坯的生产，轮廓参数快速精准测量对于整个生产流程质量的把控及其重要。
[0003]目前人工测量存在相当大的压力，一方面，人工检测速度无法匹配生产速度，测量精度也受外界条件影响较大，另一方面，测量数据量级无法与自动测量装置相比拟，后续数据处理也存在一定难度，高温、粉尘、噪音的测量环境也不利于人工长时间测量。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出一种无接触的一切坯轮廓在线测量方法，研究对象是热态一切坯轮廓参数，实现一切坯轮廓参数自动获取，为生产工艺提供数据基础。
[0005]本专利技术一切坯轮廓精确测量方法，具体步骤为：
[0006]步骤1：在铸坯运动路径上布置采集设备，包括铸坯周向上的4条棱向外辐射的方向上的4台3D激光传感器，与铸坯上部的1台热像仪；4台3D激光传感器与1台热像仪各自通过网线接入交换机POE网口，交换机通过网线接入工控机网口。
[0007]步骤2：标定传感器实际安装位置；
[0008](1)使用立方体标定块固定在4台传感器布置位置组成的矩形中心处，使该标定块的周向4条棱平行于铸坯运动方向，使每个激光传感器能够扫描到标定块的一个平面，从而在每台3D激光传感器中形成一条点云轮廓，并获取到点云轮廓的端点坐标。
[0009](2)以标定块中心为坐标系原点，建立标定块坐标系，进一步确定标定块的棱、角坐标。
[0010](3)打开4台3D激光传感器扫描标定块直接生成点云轮廓，将每个3D激光传感器中点云轮廓的端点坐标与标定块被扫描位置的端点在标定块坐标系中的坐标进行刚体仿射转换，得到每个3D激光传感器与标定块的相对位置，至此4台3D激光传感器空间位置获取完成，并将标定过程得到的坐标转换矩阵进行存储。
[0011]步骤3：铸坯轮廓数据采集并进行初步拼接。
[0012]通过4台3D激光传感器扫描铸坯生成点云轮廓，调用步骤3中得到的标定矩阵进行轮廓拼接,得到初步拼接轮廓。
[0013]步骤4：在步骤3中铸坯轮廓初步拼接的基础上，进一步修正标定矩阵，完成对铸坯各截面轮廓的精拼接。
[0014]利用重叠部分的点云轮廓使用ICP进行计算迭代，减小重叠部分点云轮廓间隙；过程中，利用开始采集到的第一个铸坯截面数据进行精拼接后，迭代出精拼接矩阵，用于修正
标定矩阵；后续截面拼接全部采用修正矩阵去拼接。
[0015]步骤5：铸坯截面宽度与厚度计算。
[0016]生成水平和竖直的线段与点云轮廓相交，然后求交点的距离即可得到铸坯截面宽度与厚度。
[0017]步骤6，确定镰刀弯参数C。
[0018]记录整个铸坯测量的横截面上侧两个角点坐标，判断出凹进和凸出的侧面；在凹进的侧面，将铸坯第一个测量的横截面上角点与最后一个测量的横截面上角点连起来形成一条直线，计算最凹的上角点与此直线的距离即为C。
[0019]本专利技术的优点在于：
[0020]1、本专利技术一切坯轮廓精确测量方法，有效提高检测效率，提升测量参数规模，数据管理追溯高效；
[0021]2、本专利技术一切坯轮廓精确测量方法，节省人力资源，适用恶劣环境,操作简单方便。
附图说明
[0022]图1为一切坯结构示意图。
[0023]图2为本专利技术一切坯轮廓精确测量方法流程图。
[0024]图3为本专利技术一切坯轮廓精确测量方法所应用采集设备布置图。
[0025]图4为本专利技术一切坯轮廓精确测量方法标定过程示意图。
[0026]图5为本专利技术一切坯轮廓精确测量方法的硬件系统连接图。
[0027]图6为本专利技术本专利技术一切坯轮廓精确测量方法应用过程流程图
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。
[0029]如图1所示，本专利技术一切坯轮廓精确测量方法，针对Tl、Tr位置厚度于190～250mm之间，Wup、Wdown位置宽度于1530～2000mm之间，长度L于4600～11000mm之间的铸坯，如图1所示。在铸坯生产过程中对于板坯多个端面两侧轮廓进行扫描，然后将采集到的轮廓数据进行拼接处理，根据需求解算轮廓特定位置参数信息进行分析、判定、存储能够满足数据长时测量/显示/存储/回放/导出的需求。上述Tl位置为铸坯左侧面向右Y(50mm左右)距离位置，Tr位置与Tl为镜像；Wup为铸坯上表面向下X(40mm左右)距离位置，Wdown位置与Wup为镜像；图1中C为铸坯侧面弯曲程度最值。
[0030]本专利技术一切坯轮廓精确测量方法所应用到的硬件包括3D激光传感器、热像仪、气泵、气体冷却干燥机，整体测量方法如图2所示，具体如下：
[0031]步骤1：在铸坯运动路径上布置采集设备。
[0032]布置5台轮廓参数采集设备，包括4台3D激光传感器与1台热像仪，用于采集铸坯轮廓参数，空间位置如图3所示。
[0033]所述4台3D激光传感器周向布置，分别位于铸坯周向上的4条棱向外辐射的方向上，同时4台3D激光传感器布置位置共面，该平面与铸坯运动方向垂直；且需保证左侧上方激光传感器采集区域覆盖铸坯部分左侧面与部分顶面，左侧下方的激光传感器采集区域覆
盖铸坯部分左侧面与部分底面，且左侧两激光传感器在铸坯左侧面的采集区域具有重叠部分。同理保证右侧上方激光传感器采集区域覆盖铸坯部分右侧面与部分顶面，右侧下方的激光传感器采集区域覆盖铸坯部分右侧面与部分底面。进一步上述上方两个3D激光传感器在铸坯上表面的采集区域不重叠，下方两个3D激光传感器在铸坯下表面的采集区域不重叠。
[0034]本专利技术中3D激光传感器采用C5
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1600CS系列，每条轮廓包含的点数1600点，扫描速度高达25000Hz，IP67级封闭外壳，X方向分辨率约为0.3mm，Z方向分辨率约为15μm，视野范围350mm
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650mm，工作距离700mm，线激光颜色可选405nm蓝色，660nm红色。各个3D激光传感器外部安装防护罩；防护罩包括后盖与前罩；其中，后盖通过螺丝与激光传感器固定，后盖上设计有冷却气体进气孔连接到冷却干燥机，冷却干燥机连接气泵；气泵产生常温带有水汽的气体，气体经过冷却干燥机后，通过该进气孔通入防护罩中。前罩罩住激光传感器后周向上通过螺丝与后盖连接固定，前罩上嵌入安装有出光孔用于激光器射出线激光到铸坯表面，玻璃视窗用于激光传感器采集线激光的漫反射光线，此外还设有出气孔将防护罩内热气排出。
[0035]所述热像仪的布置位置与4台3D激光传感器共平面且位于铸坯正上方，用于采集铸坯行进过程中表面不同位置的温度变化数据。本专利技术中热像仪测温范围100
‑
1200℃，精度指标10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一切坯轮廓精确测量方法，其特征在于：具体步骤为：步骤1：在铸坯运动路径上布置采集设备，包括铸坯周向上的4条棱向外辐射的方向上的4台3D激光传感器，与铸坯上部的1台热像仪；4台3D激光传感器与1台热像仪各自通过网线接入交换机POE网口，交换机通过网线接入工控机网口；步骤2：标定传感器实际安装位置；(1)使用立方体标定块固定在4台传感器布置位置组成的矩形中心处，使该标定块的周向4条棱平行于铸坯运动方向，使每个激光传感器能够扫描到标定块的一个平面，从而在每台3D激光传感器中形成一条点云轮廓，并获取到点云轮廓的端点坐标；(2)以标定块中心为坐标系原点，建立标定块坐标系，进一步确定标定块的棱、角坐标；(3)打开4台3D激光传感器扫描标定块直接生成点云轮廓，将每个3D激光传感器中点云轮廓的端点坐标与标定块被扫描位置的端点在标定块坐标系中的坐标进行刚体仿射转换，得到每个3D激光传感器与标定块的相对位置，至此4台3D激光传感器空间位置获取完成，并将标定过程得到的坐标转换矩阵进行存储；步骤3：铸坯轮廓数据采集并进行初步拼接；通过4台3D激光传感器扫描铸坯生成点云轮廓，调用步骤3中得到的标定矩阵进行轮廓拼接,得到初步拼接轮廓；步骤4：在步骤3中铸坯轮廓初步拼接的基础上，进一步修正标定矩阵，完成对铸坯各截面轮廓的精拼接；利用重叠部分的点云轮廓使用ICP进行计算迭代，减小重叠部分点云轮廓间隙；过程中，利用开始采集到的第一个铸坯截面数据进行精拼接后，迭代出精拼接矩阵，用于修正标定矩阵；后续截面拼接全部采用修正矩阵去拼接；步骤5：铸坯截面宽度与厚度计算；生成水平和竖直的线段与点云轮廓相交，然后求交点的距离即可得到铸坯截面宽度与厚度；步骤6，确定镰刀弯参数C；记录整个铸坯测量的横截面上侧两个角点坐标，判断出凹进和凸出的侧面；在凹进的侧面，将铸坯第一个测量的横截面上角点与最后一个测量的横截面上角点连起来形成一条直线，计算最凹的上角点与此直线的距离即为C。2.如权利要求1所述一种切坯轮廓精确测量方法，其特征在于：4台3D激光传感器与热像仪布置位置位于与铸坯运动方向垂直的平面内。3.如权利要求1所述一种切坯轮廓精确测量方法，其特征在于：3D激光传感器外部安装防护罩；防护罩包括后盖与前罩；其中，后盖通过螺丝与激光传感器固定，后盖上设计有冷却气体进气孔连接到冷却干燥机，冷却干燥机连接气泵；气泵产生常温带有水汽的气体，气体经过冷却干燥机后，通过该进气孔通入防护罩中；前罩罩住激光传感器后周向上通过螺丝与后盖连接固定，前罩上嵌入安装有出光孔用于激光器射出线激光到铸坯表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少波，王明浩，宋向荣，张云贵，
申请(专利权)人：中国钢研科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：