热轧带钢平直度双线激光CCD测量方法与实现技术研究

发布时间：2017-09-29 17:00

  本文关键词：热轧带钢平直度双线激光CCD测量方法与实现技术研究

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【摘要】：高品质热轧带钢的市场需求,以及中国制造2025和工业4.0智能化驱动,促使热轧生产线进行自动化和智能轧制的改造和升级。要实现热轧带钢表面平直度反馈控制,提高热轧带钢表面质量,带钢平直度实时测量是实现高品质热轧带钢轧制智能控制技术的基本条件。国内现有热轧带钢平直度测量技术,因受热轧带钢快速运行、表面高温等条件约束,迄今还没一套能可靠运用于生产现场的热轧带钢平直度测量装置或系统。因此,开展热轧带钢平直度测量机理及实现技术研究具有重要的理论和现实意义。热轧带钢平直度双线激光CCD检测技术是基于激光三角测距原理,具有非接触、响应快、视场大、精度高、抗干扰能力强等优点。其基本实现技术路线是通过面阵CCD采集被热轧带钢调制的变形激光线,通过摄像系统的坐标标定和转换,提取被调制激光的调制变形量信号,经滤波器处理后,获取热轧带钢表面的纤维带带钢平直度信号。双线激光CCD平直度测量系统所涉及的关键技术包括:控制被调制激光条纹图清晰度,提取激光条纹特征点,光学成像系统的标定,系统建模,设计滤波器等。本文主要针对激光条纹图像的清晰度控制、系统建模和滤波器设计展开研究,主要研究内容和研究成果包括:(1)建立基于激光条纹图像边缘方向梯度最大的清晰度评价模型,引入阈值与感兴趣区域(ROI)提高清晰度评价函数的性能。基于清晰度评价模型构建图像清晰度控制系统。(2)提出双线激光线CCD同源信息图像采集方法和实现技术,建立基于同源双线激光线信息的平直度测量数学模型,基于平直度计算所需的系统状态重构系统的数学模型。(3)理论和实验分析了滤波器设计中存在的问题,结合噪声自适应估计、记忆衰减滤波算法和估计值的方差评价,提出了基于双线激光线的Kalman滤波算法,以提高平直度测量精度。
【关键词】：热轧 清晰度控制 系统建模 噪声分析 滤波算法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG335.56;TP391.41
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 平直度测量系统技术分析及国内外研究现状10-14
• 1.2.1 平直度测量系统技术分析10-12
• 1.2.2 热轧带钢平直度测量研究的必要性12-13
• 1.2.3 国内外平直度测量仪研究现状13-14
• 1.3 课题的技术路线14-16
• 1.4 课题研究内容16-17
• 2 激光条纹图像成像方法研究17-32
• 2.1 图像清晰度评价函数17-18
• 2.1.1 评价函数的特点17
• 2.1.2 评价函数的分类17-18
• 2.2 图像清晰度控制方法18-20
• 2.2.1 图像清晰度控制分类18-19
• 2.2.2 登山式搜索方法19-20
• 2.3 几种经典的清晰度评价函数20-22
• 2.3.1 梯度函数法20-21
• 2.3.2 频域函数法21
• 2.3.3 信息学函数法21-22
• 2.4 激光条纹图像清晰度控制算法22-28
• 2.4.1 激光条纹图像成像特征22-23
• 2.4.2 最大方向梯度算法23-25
• 2.4.3 阈值和ROI25-26
• 2.4.4 系统对聚焦状态和曝光时间调节的探讨26
• 2.4.5 实验结果26-28
• 2.5 激光条纹图像清晰度控制系统28-30
• 2.6 小结30-32
• 3 卡尔曼滤波理论基础32-37
• 3.1 引言32
• 3.2 卡尔曼滤波问题的提出32-33
• 3.3 卡尔曼滤波33-36
• 3.3.1 线性最小方差估计33-34
• 3.3.2 卡尔曼滤波推导34-36
• 3.4 小结36-37
• 4 双线激光滤波器设计37-57
• 4.1 引言37
• 4.2 激光三角测距法37-41
• 4.2.1 基本原理37-38
• 4.2.2 系统误差38-39
• 4.2.3 实验验证39-41
• 4.3 噪声分析41-42
• 4.3.1 抖动噪声41-42
• 4.3.2 干扰噪声42
• 4.4 系统模型42-44
• 4.4.1 同步采样42-43
• 4.4.2 数学模型43-44
• 4.5 滤波器设计44-52
• 4.5.1 平直度44-45
• 4.5.2 信号预处理45-46
• 4.5.3 噪声抑制46-47
• 4.5.4 滤波器设计中存在的问题47
• 4.5.5 自适应噪声协方差47-48
• 4.5.6 自适应系统模型48-51
• 4.5.7 双线激光滤波器步骤51-52
• 4.6 仿真实验结果52-56
• 4.6.1 仿真概要52
• 4.6.2 性能指标52-53
• 4.6.3 仿真结果及分析53-56
• 4.7 小结56-57
• 5 双线激光平直度测量系统57-62
• 5.1 硬件系统57-58
• 5.2 软件系统58-60
• 5.3 轧钢现场扫描实验60-62
• 6 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 创新点63
• 6.3 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-69
• 附录69
• A. 作者在攻读学位期间完成的论文69

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本文编号：943144