УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БРИКЕТИРОВАННЫХ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR MONITORING GEOMETRIC PARAMETERS OF BRIQUETTED CHARGE MATERIALS

Изобретение относится к средствам для автоматизации контроля испытаний и предназначена для определения размеров и выявления дефектов поверхности брикетированных шихтовых материалов прямоугольной формы, такие как брикеты из стальной или чугунной стружки. Предлагаемое устройство позволяет осуществить оценку качества брикетированного материала и его целостности - отсутствия рассыпания. Данное устройство может использоваться на металлургических производствах первичного и вторичного передела на участках, где требуется осуществлять контроль геометрии и поверхностных свойств брикетированных материалов.
Известно устройство онлайн-обнаружения дефектов внешнего вида экрана (патент CN211528226U,опубл.18.09.2020 г.), реализующее оптический пассивный метод контроля качества ЖК-дисплеев, с использованием системы из четырех зеркальных преобразователей, камеры и источника освещения. Такая система позволяет получать изображения объекта под разными углами на одном кадре.
Недостатком устройства является неподвижная поверхность, на которой размещаются объекты контроля, тогда как для реализации контроля качества объектов в режиме сплошного контроля требуется устройство непрерывного транспорта. Так же недостатком является низкая эффективность устройства в случае получения изображений объекта контроля в условиях недостаточной освещенности.
Известно устройство для распознавания упаковок (патент US2005226491A1, опубл.13.10.2005 г.), содержащее камеру, устройства освещения, ленточный конвейер систему зеркальных отражателей и электронно-вычислительное устройство для цифровой обработки полученных изображений. Для расширения поля зрения камеры используется система из четырех зеркал, расположенных попарно таким образом, чтобы в поле зрения камеры попадали отраженные изображения поперечных ленте конвейера сторон объекта.
Недостатком устройства сложность конструкции системы зеркал, не указана возможность регулировки положения зеркал относительно объекта. Представленный способ освещения не позволяет избежать засветок на получаемом изображении объекта.
Известно устройство получения изображения с нескольких сторон (патент CN102243185A, опубл.16.11.2011 г.), в котором используется коническое зеркало и камера. В данной системе камера и кольцевой источник освещения расположены над объектом контроля, а коническое зеркало вокруг объекта, подлежащего обнаружению.
Недостатком устройства является неподвижная поверхность, на которой размещаются объекты контроля, тогда как для реализации контроля качества объектов в режиме сплошного контроля требуется устройство непрерывного транспорта.
Известно устройство для высокоскоростной съемки (патент RU № 2634369, опубл.26.10.2017 г.), в которой используется высокоскоростная камера и оптическая система из двух согласованно подвижных зеркал, формирующих ось поля зрения камеры. Отраженное изображение объекта контроля от первичного зенитного зеркала поступает на вторичное, которое является азимутальным относительно оптической оси камеры.
Недостатком устройства является неподвижная поверхность, на которой размещаются объекты контроля, тогда как для реализации контроля качества объектов в режиме сплошного контроля требуется устройство непрерывного транспорта. Также недостатком является низкая эффективность устройства в случае получения изображений объекта контроля в условиях недостаточной освещенности.
Известна система и способ определения дефектов пиломатериалов для автоматических сортировочных линий (патент RU № 2715808, опубл. 03.03.2020 г.) содержит два ряда видеокамер, расположенных по разные стороны транспортера пиломатериала, три ряда импульсных источников света, синхронизирующее устройство, подключенное к видеокамерам и импульсным источникам света и обеспечивающее синхронизацию работы видеокамер и импульсных источников света, и устройство обработки изображений, получающее изображения от видеокамер и выполняющее обработку изображений пиломатериала.
Недостатком данной системы является слабая защита от потенциально возможных в цеховых условиях внешних засветок на получаемом цифровом изображении.
Техническим результатом является создание автоматизированной системы контроля брикетированных шихтовых материалов с возможностью непрерывного контроля брикетированных шихтовых материалов по их цифровым изображениям.
Технический результат достигается тем, что зеркальный преобразователь установлен на держателе под углом 45° к горизонтальной плоскости ленточного конвейера, при этом отражение проходящего объекта контроля полностью находится в поле зрения камеры технического зрения, к которой соосно установлен светорассеивающий экран, в центре которого выполнено отверстие, в которое установлен объектив камеры технического зрения, при этом крепления светорассеивающего экрана и камеры технического зрения выполнены с возможностью регулировки штанги по высоте, таким образом, чтобы боковая сторона объекта контроля полностью находилась в поле зрения камеры технического зрения.
Устройство поясняется следующими чертежами:
фиг.1 - структурная схема устройства контроля УКЗП - вид спереди,
фиг. 2 - структурная схема устройства контроля УКЗП - вид сбоку;
фиг. 3 - оптическая схема получения фактического и отраженного изображений двух сторон брикета, где:
1 - компьютер;
2 - камера технического зрения;
3 - зеркальный преобразователь;
4 - кольцевой осветитель;
5 - светорассеивающий экран;
6 - крепление светорассеивающего экрана;
7 - крепление КТЗ;
8 - крепление зеркального преобразователя;
9 - ленточный конвейер;
10 - объект контроля;
11 - вершина верхней невидимой для камеры части брикета
12 - вершина верхней видимой части брикета
13 - вершина нижней видимой части брикета,
14 - отражение точки вершины верхней невидимой части брикета,
15 - отражение точки вершины верхней видимой части брикета,
16 - угол между плоскостью ленты конвейера и зеркальным преобразователем,
17 - точка фокусировки.
Устройство контроля геометрических параметров брикетированных шихтовых материалов состоит из камеры технического зрения 2 (фиг. 1, 2), установленной с возможностью съема на креплении КТЗ 7, перпендикулярно к ленточному конвейеру 9 и подключена через кабели к источнику питания (на фиг. не показан). Крепление КТЗ 7 выполнено с возможностью регулировки по высоте. Камера технического зрения 2 соединена с компьютером 1 с программным обеспечением для обработки цифровых изображений при помощи кабеля, например Ethernet. Кольцевой осветитель 4 закреплен на объективе камеры технического зрения 2 и подключен через кабель к источнику питания (на фиг. не показан). Светорассеивающий экран 5 установлен на креплении светорассеивающего экрана 6 и закреплен соосно камерой технического зрения 2 таким образом, что поверхность экрана примыкает к кольцевому осветителю 4. Объектив камеры технического зрения 2 установлен в отверстие, которое выполнено в центре светорассеивающего экрана 5. Крепление светорассеивающего экрана 6 и крепление КТЗ 7 выполнены с возможностью регулировки штанги по высоте, таким образом, чтобы боковая сторона объекта контроля 10 полностью находилась в поле зрения камера технического зрения 2.
Зеркальный преобразователь 3 закреплен на креплении зеркального преобразователя 8 и установлен под углом 45°. Указанный угол наклона обеспечивает максимально возможную степень геометрического подобия отраженного вторичного изображения верха брикета с наиболее высоким коэффициентом преобразования к горизонтальной плоскости ленточного конвейера 1. При выборе большего или меньшего угла изображение объекта будет иметь большой коэффициент искажения, затрудняющий корректную оценку формы объекта. Крепление зеркального преобразователя 8 выполнено с возможностью регулировки вертикальной штанги по высоте и с возможностью изменения угла наклона зеркального преобразователя 3 в вертикальной плоскости.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Предварительно происходит подготовка устройства. Камера технического зрения 2 подключается к компьютеру 1 с программным обеспечением для обработки цифровых изображений, включается кольцевой осветитель. Производится регулировка креплений КТЗ 7, светорассеивающего экрана 6 и крепления зеркального преобразователя 8 таким образом, чтобы отраженное изображение объекта контроля 10 полностью находилось в поле зрения камеры технического зрения 2.
Объект контроля 10 движется по ленте конвейера 9. При вхождении объекта целиком в поле зрения камеры технического зрения 2 происходит съемка. Изображение по цифровому каналу передается на компьютер 1 с программным обеспечением, где происходит его обработка. Обработка полученного цифрового изображения при помощи компьютера 1 с необходимым программным обеспечением позволяет установить геометрические параметры брикета и его поверхностные свойства - дефекты поверхности, наличие посторонних материалов.
Программное обеспечение осуществляет условное разделение видимой и отраженной поверхностей. В ходе обработки производится ряд операций. в числе которых присутствует вычитание фона, применение параметров цветокоррекции, выделение контуров изображения для определения размеров объекта. Анализ контуров изображений так же используется для определения целостности брикета - отсутствия осыпания краев. По характерным цветовым индикаторам материала, на основе нейросетевой модели производится определение типовых элементов, из которых состоит брикет.
Получение изображений происходит следующим образом: изображение видимой части брикета с вершинами в точках верхней видимой части брикета 12 (фиг. 3) и нижней видимой части брикета 13 попадает в объектив и сводится в точку фокусного расстояния 17. Аналогичным образом происходит получение изображения отраженной верхней части брикета с зеркального преобразователя 8. Выбранный угол между плоскостью ленты конвейера и зеркальным преобразователем 16 обеспечивает максимально возможную степень геометрического подобия отраженного вторичного изображения с точками отражения в вершинах в верхней невидимой для камеры части брикета 14 и отраженной верхней видимой части брикета 15 непосредственно верхней части брикета с вершинами в точках верхней невидимой для камеры части брикета 11 и верхней видимой части брикета 12 с наиболее высоким коэффициентом преобразования. При этом, смещение изображения в плоскости калибровки приводит к пропорциональному смещению отраженного изображения. Выбор объектива для камеры осуществляется с учетом расстояния от места установки камеры до объекта контроля.
Отличительной особенностью данного устройства является то, что изображение вершины верхней невидимой для камеры части брикета 11 и вершины верхней видимой части брикета 12 получается за счет использования зеркального преобразователя, позволяющего сформировать изображение отражение точки вершины верхней невидимой части брикета 14 и отражение точки вершины верхней видимой части брикета 15, по которому возможно контролировать верхнюю поверхность объекта. Полученные изображения двух плоскостей объекта проходят программную обработку, в ходе которой могут быть получены данные о геометрических размерах, поверхностных включений в брикете.
Использование предлагаемого решения вместо системы из нескольких цифровых камер машинного зрения позволяет уменьшить число камер до одной и тем самым снизить затраты на создание системы контроля, так как стоимость установки зеркального преобразователя несоизмеримо мала в сравнении со стоимостью промышленной камеры технического зрения.