在傳統(tǒng)的煉鋼流水線上,環(huán)境溫度過高,工作環(huán)境惡劣,人工完成覆蓋劑料袋投放作業(yè)需要穿戴專業(yè)、厚重的高溫防護(hù)服,穿戴極為不便,影響覆蓋劑投放效率。覆蓋劑料袋投放任務(wù)行為相對簡單,但在煉鋼流水線上需要多次重復(fù)性的投放,且需要保持可控時、控量,急需構(gòu)建自動化覆蓋劑料袋抓取投放系統(tǒng)。本文主要圍繞形變料袋抓取投放任務(wù),基于單目圖像,對惡劣煉鋼工況環(huán)境下如何有效識別及定位形變覆蓋劑料袋進(jìn)行研究�？紤]形變料袋識別及定位流程的精確性與實時性,本文設(shè)計了一種基于目標(biāo)單邊緣點局部仿射模板的匹配方法和搜索策略,在快速識別形變料袋的同時,保證了料袋識別和水平定位的精度;設(shè)計了多層感知器網(wǎng)絡(luò)和多尺度全卷積殘差網(wǎng)絡(luò),分別提取單點局部特征和全局圖像特征,通過訓(xùn)練實現(xiàn)了單個形變料袋抓取深度的估計。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.針對煉鋼現(xiàn)場光照變化強(qiáng)烈、料袋包裝不嚴(yán)密導(dǎo)致的覆蓋劑粉末泄露、料袋堆放和堆垛運(yùn)輸導(dǎo)致的料袋散亂和形變問題,設(shè)計了基于邊緣特征模板的形變覆蓋劑料袋識別及水平定位算法。在傳統(tǒng)的模板平移匹配過程中,改進(jìn)了單邊緣點匹配的相似性度量準(zhǔn)則,用單邊緣點的k最近邊緣點集合作為單個邊緣點的剛性表征,在匹配過程中建立單邊緣點集合的仿射變換模板來完成單點相似性度量。同時,設(shè)計了與該方法相對應(yīng)的圖像金字塔搜索策略,在保證旋轉(zhuǎn)和尺度變換情況下形變料袋精確匹配的同時,減少了匹配耗時。2.針對形變料袋深度估計的需求,提出了基于單點局部特征的多層感知器網(wǎng)絡(luò)和基于全局彩色圖像特征的多尺度全卷積殘差網(wǎng)絡(luò)。多層感知器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了單關(guān)鍵點局部特征與自身深度的非線性模型,采用SIFT結(jié)合RANSAC的方法提取了料袋表面多個關(guān)鍵點,通過Law~′s掩膜和krisch方向算子提取關(guān)鍵點局部區(qū)域特征補(bǔ)充構(gòu)建了特征向量,最終依據(jù)多層感知器網(wǎng)絡(luò)的深度估計結(jié)果重構(gòu)了形變料袋表面,從而獲得了形變料袋的抓取信息。同時,只采用卷積層和池化層,結(jié)合殘差模塊設(shè)計了由粗到精的全卷積殘差網(wǎng)絡(luò),通過提取輸入彩色堆垛圖像的全局特征,輸出對應(yīng)深度圖像,基于上采樣模塊,加入快捷連接,設(shè)計了改進(jìn)的上投影模塊,降低了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)量,實現(xiàn)了與輸入圖像同分辨率的深度圖像估計�；诠烙嫷纳疃葓D像,結(jié)合形變料袋識別及水平定位結(jié)果和區(qū)域生長算法完成單個料袋區(qū)域圖像的提取,最終實現(xiàn)了單個料袋的深度估計。3.采集了大量煉鋼流水線現(xiàn)場覆蓋劑堆垛圖片,分別設(shè)計了基于模板匹配的形變覆蓋劑料袋識別及水平定位實驗和基于單目視覺的形變覆蓋劑料袋深度估計實驗。完成了對單個和多個形變料袋目標(biāo)的識別及水平定位。利用Kinect采集堆垛數(shù)據(jù),建立了實際環(huán)境下的形變料袋深度數(shù)據(jù)集,通過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成了單個形變料袋的深度估計,估計值均方根誤差約為3mm。綜上所述,針對形變覆蓋劑料袋的全自動抓取投放作業(yè)任務(wù),本文提出了一種基于單目視覺的形變料袋識別及定位方法。在沒有人為干預(yù)的情況下,能夠有效應(yīng)對實際煉鋼工況環(huán)境下光照變化、料袋遮擋、特征污損、料袋形變等問題,給料袋抓取投放作業(yè)提供可靠數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TF70;TP391.41
【部分圖文】：

熱保溫防止散熱, 保證鋼鐵鑄造過程有穩(wěn)定的溫度；吸收鋼水中上浮的夾雜物質(zhì)，防止殘渣物質(zhì)在鋼鐵鑄造過程進(jìn)入內(nèi)部，形成不可控制的空洞，減弱鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；隔絕空氣，防止空氣進(jìn)入鋼水導(dǎo)致二次氧化，影響最終成品質(zhì)量。如圖1–1所示，在我國大多數(shù)連鑄工藝流程的覆蓋劑投放過程中，仍采用人工的方式進(jìn)行投放，煉鋼過程中需要安排專門人員值守，根據(jù)具體覆蓋劑狀況隨時添加。因為連鑄煉鋼流水線環(huán)境溫度很高，工人需要著裝厚重的保護(hù)服，操作極為不便，效率較低；工人手動投料需靠近高熱鋼水，容易發(fā)生安全事故；并且人工覆蓋劑投料無法保證均勻分布，會影響鋼鐵成品質(zhì)量。因此，急需設(shè)計一套成熟的連鑄工藝過程自動化覆蓋劑投料方案，實現(xiàn)可控時、控量，均勻投料。操作人員只需要在安全屋內(nèi)通過遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)控制投料過程，避免了環(huán)境高溫、粉塵對煉鋼工人的身體損壞

熱保溫防止散熱, 保證鋼鐵鑄造過程有穩(wěn)定的溫度；吸收鋼水中上浮的夾雜物質(zhì)，防止殘渣物質(zhì)在鋼鐵鑄造過程進(jìn)入內(nèi)部，形成不可控制的空洞，減弱鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；隔絕空氣，防止空氣進(jìn)入鋼水導(dǎo)致二次氧化，影響最終成品質(zhì)量。如圖1–1所示，在我國大多數(shù)連鑄工藝流程的覆蓋劑投放過程中，仍采用人工的方式進(jìn)行投放，煉鋼過程中需要安排專門人員值守，根據(jù)具體覆蓋劑狀況隨時添加。因為連鑄煉鋼流水線環(huán)境溫度很高，工人需要著裝厚重的保護(hù)服，操作極為不便，效率較低；工人手動投料需靠近高熱鋼水，容易發(fā)生安全事故；并且人工覆蓋劑投料無法保證均勻分布，會影響鋼鐵成品質(zhì)量。因此，急需設(shè)計一套成熟的連鑄工藝過程自動化覆蓋劑投料方案，實現(xiàn)可控時、控量，均勻投料。操作人員只需要在安全屋內(nèi)通過遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)控制投料過程，避免了環(huán)境高溫、粉塵對煉鋼工人的身體損壞

全面的介紹。2.1 基于單目視覺的形變料袋檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)基于單目視覺的形變料袋檢測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)布局如圖2–1所示，工控機(jī)、機(jī)器人控制器、工業(yè)相機(jī)之間利用交換機(jī)通過以太網(wǎng)連接。工業(yè)相機(jī)采用德國巴斯勒(Basler)公司出品的 Ava2500-20gc 彩色系列相機(jī)，所拍攝圖像像素級別為五百萬，圖像分辨率為2590X2048，靶面尺寸為 1“，能夠在拍攝距離較遠(yuǎn)時仍具有較大的拍攝范圍，最高每秒能拍攝 21 張圖像。鏡頭選用的是日本興和 (Kowa) 公司出品的 6mm 定焦鏡頭，具有極大的視場角、極短焦距的情況下卻只有-0.2% 的變形率。千兆交換機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)的 CAT-6千兆網(wǎng)網(wǎng)線與工控機(jī)、相機(jī)、機(jī)器人控制器相連。工業(yè)機(jī)器人選取的是著名的機(jī)器人公司庫卡 KR QUANTEC ultra 系列機(jī)械臂�？鞊Q裝置使用的是德國雄克 (SCHUNK) 公司的 SWS 系列，重復(fù)定位精度高達(dá) 0.015 毫米，可以承受高溫工作環(huán)境�？鞊Q裝置的對接是對定位精度有要求的
【參考文獻(xiàn)】

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1 韓冰;王永明;;基于一種快速歸一化積相關(guān)算法的圖像匹配研究[J];兵工學(xué)報;2010年02期

2 萬恩同;王俊杰;楊運(yùn)超;田青;李慕云;魏叢艷;;連鑄中間包覆蓋劑現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];武鋼技術(shù);2007年04期

3 戴亞文,王三武,王曉良;基于灰度信息的多特征模板匹配法[J];電測與儀表;2004年04期

本文編號：2861106