[发明专利]基于单步相移法的带钢平坦度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别是提供了一种带钢平坦度在线测量方法，以及具体的实施方式。 

背景技术

在带钢轧制生产过程中，带钢的平坦度是重要的控制目标，直接影响带钢的最终质量，故在板带轧机出口设置平坦度检测装置十分重要。传统的非接触式平坦度测量以三角法、光切法和莫尔法为代表，但它们却存在着不容忽视的缺点：激光三角法原理简单，响应速度快，在线数据处理容易实现，但带钢振动和飘摆给带钢纤维长度的测量带来了不确定误差。光切法的优点是包含有一定的带钢三维形状信息，在某种程度上避免了带钢垂直运动的影响，简化了板形计算模型，使在线测量成为可能。但是激光扫描需要大功率的激光器作光源，造价昂贵，安装调试不便，并且强激光束对人眼有危害。莫尔法可以实时地测量带钢形状，通过适当的数据处理可以克服带钢跳动和摇摆对板形测量的影响，但在实际测量中需要一个较大的矩形耐热格栅，格栅的加工、耐热、变形以及靠近被测热轧带钢的安装问题都妨碍了系统的可靠性，而且成本极高。 

相位测量法以测量投影到物体上的变形光栅像的相位为基础，通过相位与高度的映射关系得到被测物体的三维轮廓，具有较高的灵敏度。相位测量法的基本思想是将正弦光栅条纹投射到被测物表面，从另一角度可以观察到由于受物体高度的调制而变形的条纹，这种变形可解释为相位和振幅均被调制的空间载波信号。采集变形条纹并对其进行解调，恢复出代表物体高度的相位信息，再经过相位展开和几何计算就可以获得被测物体形面的三维几何信息。因为相位测量法是直接采集被测物体表面上变形光栅的图像，充分利用了物体表面的信息，变形光栅图像中的每个像素都对应着确定的相位值和高度值等数据信息，因此具有测量速度快、精度高等特点。 

求解相位是通过相位测量法获取物体三维轮廓的关键，目前常用的求解相位方法有三步相移、四步相移、五步相移和单步相移等，其中三步相移、四步相移、五步相移法等都需要两幅以上的图像，数据采集量大，采集时间长，对那些具有速度要求的场合不可能采集到足够的数据，不适合于运动物体的测量。

单步相移算法是将投影光栅线移动0°，也就是不作相移(即单步)，但提取相位时利用传统的相移法提取技术。该方法只需采集一幅条纹图，对于该条纹图中的任意一个像素点，把与它相邻的像素的灰度值看成是该点的相位分别移动某一固定值的结果，也就是将一幅图拆分成几幅相移图，然后利用传统的三步相移、四步相移、五步相移等相位提取技术进行相位的求解。 

发明内容

本发明将相位测量法引入带钢平坦度的测量，提供了一种基于单步相移法的非接触式平坦度检测方法，它属于全场式三维测量方法，能有效克服带钢振动和飘摆对测量造成的不良影响，与其它测量平坦度方法相比，能更准确地测量出带钢平坦度。 

首先利用计算机程序编制正弦条纹图像(灰度值按正弦规律变化)，将条纹图像通过DLP投影仪倾斜投影到带钢表面。若带钢有浪形，则带钢纵向纤维相对于参考平面会发生偏移和扭曲，带钢表面的条纹也因而产生变形，所以变形条纹图像中包含了所有的板形特征信息。由垂直安装在带钢中心侧正上方的面阵CCD摄像机拍摄变形条纹图像，并将图像保存于计算机中进行相位提取及去包裹处理。然后由变形条纹的相位与钢板表面高度的对应关系求得钢板上各点的高度值，最后由平坦度计算模型即可计算出板形参数。 

一种利用连续3个像素计算相位的方法，其计算原理如下。 

利用软件生成周期不同的正弦条纹，这样在斜向投影时可通过调节条纹周期和CCD成像透镜使得CCD拍摄到的未变形的条纹周期大约为8个像素的大小。因此，在垂直于条纹方向的直线上相邻两像素可认为有的相移量。条纹的图像光强分布可表示为： 

式(3)中，i，j分别为水平和垂直方向像素数；B(i，j)为背景光强，C(i，j)为被测物表面的光强；为与像素位置和物体高度分布相关的变形条纹的相位。 

假设B(i，j)和C(i，j)在6像素范围内基本不变。则由式(1)可推导出提取相位的公式： 

式(2)提取相位的3个灰度数据取自连续6个像素范围中的3个间隔位置。为了提高空间分辨率，本发明推导出利用连续3个像素计算相位的公式：