CN107367232A - 基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，采用嵌入式带钢宽度检测控制系统，通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息；由DSP对带钢图像运用边缘搜索算法进行分析与处理，得到带钢宽度信息，通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机，为生产提供支持。本发明克服了传统带钢宽度测量方法普遍存在的精度低、检测设备庞杂、抗干扰能力差等缺点，提供了一种基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，实现了带钢宽度在线精确检测，检测精度可达到0.5mm；其检测系统集成度高、数据传输能力强，保证带钢宽度测量数据实时、准确，节省系统资源，且维护简单方便。

Description

基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法

技术领域

本发明涉及带钢生产技术领域，尤其涉及一种基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法。

背景技术

在带钢轧制过程中，随着众多控制模型的引进，带钢宽度作为模型参数，需要实时、准确地传送到模型中去，进而对轧机轧制起到控制作用；同时带钢宽度作为轧钢工艺中的重要参数直接决定了带钢的成材率和生产成本，宽度偏差每减少1mm，成材率就可以提高0.1％左右，因此先进的宽度控制技术可以显著提高企业经济效益和产品竞争力。

在现代冶金行业中，带钢宽度测量成为质量控制中的重要环节，目前，应用在板带金属材料生产过程中的宽度测量方法主要有两种：一种是利用激光测宽，另一种是利用CCD传感器测宽。其中激光测宽原理为通过测距的方式测量板带金属材料宽度，受到带材跳动的影响，只适合于中厚板、带钢跳动较小的生产线。

专利号为CN 103240283A的中国专利公开了“一种带钢宽度自动检测方法”，其原理是带钢两侧分别布置两组X射线厚度检测单元，进行带钢寻边操作，通过位移传感器检测移动距离值，再通过计算带钢宽度值。但其提供的宽度检测方法的检测精度只能达到1mm，且原理复杂、可操作性差。

冶金自动化研究设计院2010年程宏明发表的学位论文中，公开了《CCD光电测宽仪装置的研制》一文，其中记载的宽度检测仪包括CCD时钟与放大电路、CCD时钟驱动电路、摄像头、同步曝光与二值化电路、光电耦合脉冲计数电路、I/O板、继电器输出板、模拟量输出输入板等。但这种带钢宽度测量方法的系统集成度低，增加了系统的冗余程度，使系统变得庞杂。

发明内容

本发明克服了传统带钢宽度测量方法普遍存在的精度低、检测设备庞杂、抗干扰能力差等缺点，提供了一种基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，实现了带钢宽度在线精确检测，检测精度可达到0.5mm；其检测系统集成度高、数据传输能力强，保证带钢宽度测量数据实时、准确，节省系统资源，且维护简单方便。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，包括如下步骤：

1)采用以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统，通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息；

2)嵌入式带钢宽度检测控制系统由DSP、电源模块、千兆以太网通讯模块、时钟模块、数据存储模块及扩展调试模块组成；电源模块用于为系统提供稳定电压，时钟模块用于为高速数字信号处理提供精密时钟；扩展调试模块用于在线设备的安装与调试；

3)由DSP对带钢图像运用边缘搜索算法进行分析与处理，得到带钢宽度信息，通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机，为生产提供支持。

采用边缘搜索算法利用钢板边缘两侧的图像存在灰度上的差别进行检测；具体是利用灰度梯度阈值搜索算法对钢板进行边缘检测，其步骤为：

1)搜索可疑点；通过行扫描的方式检测垂直方向的边缘，设(x,y)为图像中某一像素点坐标，f(x,y)为该点灰度值，如果满足f(x,y)-f(x-1,y)＞σ,且0＜x＜X，0＜y＜Y，那么(x,y)为可疑点；上式中σ为设定的参考值，X代表钢板横向坐标，Y代表钢板的纵向坐标；

2)寻找可疑点最多的区域；设定x区域为：(x1,x2)，0≤x1＜x2＜X；y区域为：(y1,y2)，0≤y1＜y2＜Y；如果可疑点在(x1,x2)和(y1,y2)中分布的最多，那么(x1,x2)或者(y1,y2)就是钢板边缘所在区间；对于相同纵坐标y的两点(x1,y1)，(x2,y1)，将横坐标相减得到Δx，Δx即为钢板的宽度信息。

采用TI公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK作为千兆以太网通讯传输操作系统，NDK通过编程接口与本地嵌入式操作系统和底层硬件系统隔离；基于DSP/BIOS与NDK，完成与千兆以太网通讯并实现带钢宽度信息高速传输；具体过程为：

1)进行NDK初始化，建立PRD对象，建立HOOK对象；

2)在CCS中进行设置，添加NDK头文件和库文件，设置NDK编译时连接顺序；

3)更新工程CMD文件；

4)进行数据传输软件开发，基于UDP的数据发送程序为：建立文件符表；建立UDPSocket,将待发送的信息进行UDP数据包封装，交由协议栈内部进行IP数据包封装，再传递到底层打包成以太网数据包发送到网络中；

5)完成数据通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)实现钢板宽度在线精确检测，检测精度达到0.5mm；避免了传统的接触式带钢宽度测量方法精度有限、检测设备庞杂、抗干扰能力差等缺点；

2)将多功能模块集成到同一块嵌入式处理芯片DSP上，集成度提高，大大缩小的板卡的尺寸；

3)使用千兆以太网接口作为高速数据传输的通道，提高了系统的数据传输能力与速度；通过千兆以太网直接将图像信号传入嵌入式图像处理系统中，区别于已有的通过图像采集卡将图像信息传入图像处理系统的方法，大大降低了系统的复杂性；

4)使用极少的设备与器件，采用总线方式保证带钢宽度测量能够实时、准确地进行，节省了大量的系统资源；并具有结构简单、维护方便的优点。

附图说明

图1是本发明所述嵌入式带钢宽度检测控制系统的结构示意图。

图2是本发明所述采用边缘搜索算法进行图像处理的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，包括如下步骤：

1)采用以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统，通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息；

2)如图1所示，嵌入式带钢宽度检测控制系统由DSP、电源模块、千兆以太网通讯模块、时钟模块、数据存储模块及扩展调试模块组成；电源模块用于为系统提供稳定电压，时钟模块用于为高速数字信号处理提供精密时钟；扩展调试模块用于在线设备的安装与调试；

3)由DSP对带钢图像运用边缘搜索算法进行分析与处理，得到带钢宽度信息，通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机，为生产提供支持。

如图2所示，采用边缘搜索算法利用钢板边缘两侧的图像存在灰度上的差别进行检测；具体是利用灰度梯度阈值搜索算法对钢板进行边缘检测，其步骤为：

1)搜索可疑点；通过行扫描的方式检测垂直方向的边缘，设(x,y)为图像中某一像素点坐标，f(x,y)为该点灰度值，如果满足f(x,y)-f(x-1,y)＞σ,且0＜x＜X，0＜y＜Y，那么(x,y)为可疑点；上式中σ为设定的参考值，X代表钢板横向坐标，Y代表钢板的纵向坐标；

2)寻找可疑点最多的区域；设定x区域为：(x1,x2)，0≤x1＜x2＜X；y区域为：(y1,y2)，0≤y1＜y2＜Y；如果可疑点在(x1,x2)和(y1,y2)中分布的最多，那么(x1,x2)或者(y1,y2)就是钢板边缘所在区间；对于相同纵坐标y的两点(x1,y1)，(x2,y1)，将横坐标相减得到Δx，Δx即为钢板的宽度信息。

采用TI公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK作为千兆以太网通讯传输操作系统，NDK通过编程接口与本地嵌入式操作系统和底层硬件系统隔离；基于DSP/BIOS与NDK，完成与千兆以太网通讯并实现带钢宽度信息高速传输；具体过程为：

1)进行NDK初始化，建立PRD对象，建立HOOK对象；

2)在CCS中进行设置，添加NDK头文件和库文件，设置NDK编译时连接顺序；

3)更新工程CMD文件；

4)进行数据传输软件开发，基于UDP的数据发送程序为：建立文件符表；建立UDPSocket,将待发送的信息进行UDP数据包封装，交由协议栈内部进行IP数据包封装，再传递到底层打包成以太网数据包发送到网络中；

5)完成数据通讯。

本发明的工作原理是：通过高速线阵CCD相机采集带钢图像信息，由数字信号处理器DSP对采集到宽度信息进行处理，得到带钢的宽度信息并通过千兆以太网实时传给上位机，实现对带钢宽度信息的在线检测。

本发明的技术特点是：通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息，经DSP进行带钢图像边缘搜索算法分析与处理后得到带钢宽度信息，最后将带钢宽度信息实时传输给上位机。DSP作为系统控制核心器件，集成各功能模块，极大的降低了系统的冗余程度，便于对各功能模块统一管理。嵌入式处理系统对高速线阵CCD相机传送过来的图像信息进行处理，其中包括在DSP上进行图像边缘搜索图像处理，以便得到带钢宽度信息。

本发明使用千兆以太网作为数据通讯接口，其技术特点是高可靠性与高可用性，可以在线更换(插拔)，高速的数据传输能力更能适用于复杂的工业环境。

本发明采用嵌入式图像处理系统是由数字信号处理器DSP为主要器件构成的。基于嵌入式的图像处理系统与基于PC的图像处理不同，具有针对性强、功耗低、稳定性能好，处理能力强等特点。DSP作为专用的数字信号处理器，对采集到的钢板图像信息进行并行实时运算处理，解决了PC进行图像处理需要进行图像的保存，压缩与解压缩等一系列过程带来的信号延时所不具备实时检测的问题。

数据通讯模式采用千兆以太网的方式，设计DSP与网络控制器控制带钢宽度信息的高速传输，基于嵌入式系统的带钢宽度检测方法需要嵌入式操作系统；本发明采用了TI公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用以数字信号处理器DSP为核心器件的嵌入式带钢宽度检测控制系统，通过DSP控制高速线阵CCD相机采集钢板的图像信息；

2)嵌入式带钢宽度检测控制系统由DSP、电源模块、千兆以太网通讯模块、时钟模块、数据存储模块及扩展调试模块组成；电源模块用于为系统提供稳定电压，时钟模块用于为高速数字信号处理提供精密时钟；扩展调试模块用于在线设备的安装与调试；

3)由DSP对带钢图像运用边缘搜索算法进行分析与处理，得到带钢宽度信息，通过千兆以太网将处理好的带钢宽度信息传输给上位机，为生产提供支持。

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，其特征在于，采用边缘搜索算法利用钢板边缘两侧的图像存在灰度上的差别进行检测；具体是利用灰度梯度阈值搜索算法对钢板进行边缘检测，其步骤为：

1)搜索可疑点；通过行扫描的方式检测垂直方向的边缘，设(x,y)为图像中某一像素点坐标，f(x,y)为该点灰度值，如果满足f(x,y)-f(x-1,y)＞σ,且0＜x＜X，0＜y＜Y，那么(x,y)为可疑点；上式中σ为设定的参考值，X代表钢板横向坐标，Y代表钢板的纵向坐标；

2)寻找可疑点最多的区域；设定x区域为：(x1,x2)，0≤x1＜x2＜X；y区域为：(y1,y2)，0≤y1＜y2＜Y；如果可疑点在(x1,x2)和(y1,y2)中分布的最多，那么(x1,x2)或者(y1,y2)就是钢板边缘所在区间；对于相同纵坐标y的两点(x1,y1)，(x2,y1)，将横坐标相减得到Δx，Δx即为钢板的宽度信息。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理系统及千兆以太网的带钢宽度检测方法，其特征在于，采用TI公司的DSP/BIOS与网络开发套件NDK作为千兆以太网通讯传输操作系统，NDK通过编程接口与本地嵌入式操作系统和底层硬件系统隔离；基于DSP/BIOS与NDK，完成与千兆以太网通讯并实现带钢宽度信息高速传输；具体过程为：

1)进行NDK初始化，建立PRD对象，建立HOOK对象；

2)在CCS中进行设置，添加NDK头文件和库文件，设置NDK编译时连接顺序；

3)更新工程CMD文件；

4)进行数据传输软件开发，基于UDP的数据发送程序为：建立文件符表；建立UDPSocket,将待发送的信息进行UDP数据包封装，交由协议栈内部进行IP数据包封装，再传递到底层打包成以太网数据包发送到网络中；

5)完成数据通讯。