(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111650306.8 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 沈阳理工大 学 地址 110159 辽宁省沈阳市 浑南新区南屏 中路6号 (72)发明人 刘昶　解锡霖　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 梁焱 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01) G06T 7/90(2017.01) G06T 5/00(2006.01) G01C 9/02(2006.01) (54)发明名称 一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置和 方法 (57)摘要 本发明涉及一种升 降式钢材秤秤台水平度 检测装置和方法， 包括一台工控机、 一组电源模 块和两组测量装置， 工控机内搭载控制系统， 两 组测量装置分别设置在秤台前、 后两侧， 工控机、 测量装置与电源模块连接； 所述测量装置包括一 台相机、 一台线结构光投射器、 两个特征标志、 一 个L形反光板、 两个定位标尺和一个支架。 本发明 利用图像处理技术提取图像中的特征标志的透 光罩的中心点坐标和光条的直线方程， 利用特征 标志、 光条与它们的像 之间存在的透视投影约束 关系， 计算特征标志的透光罩的中心点到光条的 垂直落差， 进而求得秤台底面与水平面的夹角， 实现秤台水平度检测， 用于对秤台水平度差的称 量动作给出 预警， 及时发现钢材秤的故障。 权利要求书6页 说明书15页 附图5页 CN 115249265 A 2022.10.28 CN 115249265 A 1.一种升降式钢材秤秤 台水平度检测装置， 其特征在于： 包括一台工控机、 一组电源模 块和两组测量装置， 工控机内搭载控制系统， 两组测量装置分别设置在秤台前、 后两侧， 测 量装置与电源 模块连接； 所述测量装置包括一台相机、 一台线结构光投射器、 两个特征标志、 一个L形反光板、 两 个定位标尺和 一个支架； 所述两组测量装置中的特征标志分别安装在秤台前、 后侧的侧 立 面上， 每组中的两个特征标志 位置分别靠近侧立面的左、 右两侧， 四个特征标志到相应的侧 立面的竖直边界的距离相等， 且到秤台底面的距离相等， 四个特征标志的透光罩的中心点 构成一个矩形， 称该矩形所在平面为测量平面， 测量平面与秤台底 面平行； 反光板安装在秤 台底座与特征标志同侧的侧 立面上， 反光板的下平面水平； 每个反光板立面上安装有两个 定位标尺， 且两个定位标尺距离反光板下平面的距离相等； 线 结构光投射器安装在支架上， 线结构光投射器的安装位置和角度需保证所投射的光平面在秤台升起时与反光板立面相 交， 能在反光板上 投射出水平的光条， 并保证两组测量装置投射的光条在同一个水平面上； 相机安装在支架上， 通过网线与工控机连接； 所述相机的视场覆盖秤台升起前、 后的两个特 征标志区域以及秤台升起后的光条区域。 2.根据权利要求1所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置， 其特征在于： 所述工 控机搭载的控制系统包括相机控制模块、 标定模块、 图像处理模块、 特征提取模块和视觉解 算模块： 相机控制模块控制相机拍照， 对相机发出拍照指令， 接收相机采集的有畸变原始图像 并传送到标定模块和图像处 理模块； 标定模块对相机参数进行 标定， 并将标定结果传送到 视觉解算模块； 图像处理模块处 理对从相机采集的现场图像进行图像处 理并传送给 特征提取模块； 特征提取模块提取特征标志的透光罩中心点坐标和光条直线方程并将提取结果传送 到视觉解算模块； 视觉解算模块根据标定和特征提取的结果， 计算拟合出的测量平面的法 向量与水平面 的法向量间的夹角。 3.根据权利要求1所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置， 其特征在于： 所述相 机采用配有定焦镜 头的黑白工业相机， 具有以太网接口。 4.根据权利要求1所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置， 其特征在于： 所述线 结构光投射器的激光颜色不同于秤台侧 立面的颜色， 投射角根据实际情况选择， 保证在秤 台底座侧立面的反光板上投射的水平光条能够覆盖对应侧的两个标尺， 便于光条的水平调 校和后续的直线特 征提取。 5.根据权利要求4所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置， 其特征在于： 所述特 征标志采用能主动发光的标志， 透光罩外形为圆形， 内部采用LED作为光源， 发光颜色与线 结构光投射器投射的激光的颜色相同。 6.根据权利要求1所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置， 其特征在于： 所述反 光板采用直角L形反光板 。 7.根据权利要求1所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置， 其特征在于： 所述电 源模块采用直 流电源， 为特 征标志、 相机和线结构光投射器提供电源。 8.权利要求1 ‑7任一项所述的一种升降式钢材秤秤台水平度检测装置的水平度检测方权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115249265 A 2法， 其特征在于， 具体步骤如下： 步骤1： 相机标定并进行参数测量， 该 过程在秤台水平度检测过程前完成； 步骤1.1： 标定模块对相机内参数、 外参数和畸变参数 标定； 采用基于平面靶标的相机标定方法进行相机参数标定， 标定靶标选择厚度均匀的棋盘 格标定板， 摆放标定板时， 特殊选取一个平行于安装了特征标志的秤台侧 立面的位置摆放 一次标定板， 根据该位置标定板上的特征点位置建立平面世界坐标系 OW‑xWyW， 使xW坐标轴 沿标定板上特征点分布方向指向右， yW坐标轴指向下， 按右手法则建立三维的世界坐标系 OW‑xWyWzW； 利用基于平面靶标的相机标定方法确定相机的内参数、 相对于所定义 的世界坐 标系的外参数、 镜 头畸变参数； 步骤1.2： 计算虚拟图像生成参数， 构造查找 表； 设相机坐标系O ‑xCyCzC与定义的世界坐标系OW‑xWyWzW间存在以下变换关系： 其中R为坐标变换的旋转矩阵， T为平移向量， 利用步骤1.1的相机外参标定结果， 可得 到R和T的值； 将特殊位置摆放标定靶标的标定板平面即OW‑xWyW平面看作是一个虚拟像平面， 认为被 拍摄目标区域在虚拟像平面上也存在一幅投影图像， 称其为虚拟图像， 该图像与被拍摄目 标区域满足以相 机光心为投影中心的透视投影关系； 利用标定的相 机参数， 由相 机拍摄的 有畸变的原 始图像生成该虚拟图像； 记OW‑xWyW平面上世界坐标(x,y)点对应的无畸变像点为(u,v)， 则它们之间存在以下关 系： 其中K为相机内参数矩阵， r1和r2为R的左2列， H＝K ·(r1,r2,T)为像平面与虚拟像平面 间的单应， t为比例因子； 利用步骤1.1得到的相机标定结果， 这些参数均已知； 记 为与无畸变像点(u,v)对应的有畸变像点的坐标， 利用公式(2)， 可得到虚拟像 平面上世界坐标(x,y)点对应的无畸变像点(u,v)的计算公式， 再利用镜头畸变模型， 得到 对应的有畸变 像点 的计算公式， 简化表示 为： 利用双线性插值方法， 可 得到(x,y)点在虚拟图像中的灰度值V(x,y)的计算公式 其中 为包围 的4个原始有畸变图像的像素坐标， 和 均为整数， 为原始图像中 点的灰度值， ωi为进行双线性插值计算 时对应的权值； 只要相 机与虚拟像平面的相对位置不变， 对于每个虚拟像平面上任意的世界坐标点(x,y)， 公式权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115249265 A 3