三维图像识别成形技术在辊压机辊面监测上的应用

黄贺

辊压机是基于料床粉碎原理而开发的一种高效、节能的粉碎设备，目前已广泛应用于各类粉磨系统。相比于其他粉磨系统，辊压机粉磨系统具有明显的优势，一方面可降低系统整体电耗，另一方面可提高系统产量。辊压机辊面作为辊压机中最重要的部件之一，在运行中不可避免会产生磨损，其磨损情况将直接影响粉磨系统的稳定性和运转率，因此，需经常对辊面进行检查和维护。但在实际生产中，辊面的维护和保养往往是在辊压机系统出现异常后才进行，此时，辊面的磨损可能已经较为严重，导致维护成本和周期较长，另一方面，辊面磨损可能造成辊压机系统的非计划停机，最终给企业带来较大损失。

目前对辊面的监测手段主要依赖于人工开箱检查，耗时费力。部分企业通过分析辊轴轴承、辊缝波动或产量波动值等来间接观察辊面状况，但由于组件较多，干扰较大，很难得到准确的结果。我们设计研发了一套辊压机辊面的三维图像扫描系统，实现了对辊压机辊面的在线监测。该系统利用基于线结构光的主动三维图像识别成形技术生成辊面图像以及位置信息，通过对图像和数据做进一步分析研究，得到辊面的运行状况、磨损程度等信息，并能及时检查磨损区域、统计磨损量、检查异常情况并上传，从而实现辊压机粉磨系统有计划的停机维护，避免辊压机辊面更大范围或更严重的磨损产生，延长辊压机使用寿命。

1 三维图像识别成形技术研究

三维图像识别成形技术在近年来得到了快速发展，按照识别对象的照明条件不同，识别技术可分为被动和主动两大类。被动识别技术，如双目立体图像识别技术，是依靠待识别物体周围的光照条件实现照明。主动识别技术，如结构光图像识别技术，是使用专门的光

源装置来提供待识别物体周围的照明。由于辊压机辊面处于密闭的环境中，难以提供被动照明条件，我们选用了基于线结构光的主动识别系统。此系统原理简单，精度较高，使用单色性好的激光，很少受物体表面纹理的影响，相对较稳定。

结构光测量系统主要由结构光光学投射器、相机、计算机组成，如图1a所示。光学投射器将结构光投射到待识别物体表面，在物体表面形成由待识别物体表面形状所调制的光条三维图像，如图1b所示。该图像由位于另一侧的相机拍摄采集，从而得到光条二维畸变图像，光条的畸变程度取决于光学投射器与相机之间的相对位置和物体表面的轮廓。将待测物体旋转一周后，可获得整个物体表面的图像。一旦光学投射器和相机位置确定后，计算机通过对拍摄图像进行解算，则可重现物体表面形状，生成三维图像，具体解算过程不再赘述。

图2a为在此技术上开发的三维图像扫描设备图，对此设备的测量误差实验测试图如图2b所示。通过对齿状面测试样块进行测量，最终得到齿状面的测量坐标信息，与样块的实际坐标值进行对比，结果显示设备的测量误差在1mm内，测量结果对比情况如图3所示。除了能满足一般辊压机辊面测量要求外，其他如具有硬质点的堆焊辊面以及具有柱钉的柱钉辊面（直径尺寸一般在10～20mm范围）的测量也能完全满足要求。

图1 结构光测量系统

图2 三维图像扫描设备及实验测试图

图3 测试样块扫描结果对比

2 三维成像技术研究

基于上述的三维图像扫描设备，我们开发了一套辊压机辊面三维图像扫描系统，此系统包含扫描头、线性移动模组、控制器等，如图4所示。其中，扫描头集成了三维图像扫描设备和防尘罩等。线性移动模组由丝杆导轨驱动，实现扫描头沿辊子轴向移动。由于辊压机辊面处于密封的环境中，空间受限，导致扫描头不能固定着将辊面全部扫描，一般需沿辊子轴向移动2～4次才能完成整个辊面的扫描。控制器实现对扫描头拍摄启停、线性模组移动以及最终的数据上传等控制。辊压机工作时，会有较多粉尘和颗粒冲击，为保障扫描系统正常工作，在辊压机开机后，扫描系统会控制粉磨系统先不带料运行，待扫描工作完成后，再恢复正常工作。整个扫描过程大约5min左右，对粉磨系统的影响极小。

图4 设备原理图

图5 为对辊压机堆焊辊面进行的实验测试，最终得到的辊面三维图形如图6所示。通过整体以及局部放大三维图可见，三维图像生成结果具有较高的还原度，堆焊辊面的菱形花纹、硬质点显示清晰，辊面磨损情况一目了然。通过对成像结果进行进一步的数据分析，可以得到磨损量、磨损区域大小等信息。

图5 辊压机堆焊辊面扫描

图6 辊面三维图

3 结语

我们通过研究三维图像识别成形技术，开发了一套用于辊压机辊面分析的三维图像扫描系统，并分析了其测量误差。经实验验证，利用此系统可获取辊面的三维图像等信息，可较为直观地观察辊面的状况，实现对辊面的监测，提升粉磨系统的智能化水平，具有较广泛的应用前景。