1 引 言

伴随着装备制造业的不断发展，大型锻件的需求规模将不断扩大。在锻件的生产过程中，锻件尺寸的测量十分重要。目前，大锻件测量仍采用人工接触式测量方法，不仅条件恶劣，误差大，而且为减少废品，不得不加大加工余量，造成成本不必要的提升。因此，改进大型锻件的测量系统对提高生产效率，降低生产成本具有非常重要的意义。

近年来，各国学者对锻件尺寸测量进行了大量的研究。Bokhabrine Y [1～3]研制一种地面激光雷达测量系统，通过获取锻件不同点的点云数据，进行点云拼接，达到测量锻件尺寸的目的;岡本陽等人[4]采用双目立体视觉方法测量大型壳体容器锻件的内径和外径，该方法已经应用于石油容器锻造过程的在线测量;意大利布雷西亚大学和MERMEC公司[5]共同研发了基于3D相移激光扫描的CLOUDSCAN系统，该系统用点云生成锻件三维结构;付献斌，张玉存等人[6,7]提出一种光学非接触测量方法，通过激光扫描技术实现了圆筒形锻件内径和外径的测量;李群等人[8]提出一种异形热态锻件几何尺寸测量方法，通过提取锻件表面轮廓调制的激光条纹二维信息实现了异形锻件尺寸测量;胡春海等人[9]建立一种双CCD模型，利用双CCD的视差原理对锻件进行三维重建从而实现锻件的测量;刘卫亮[10]提出一种结构光三维锻件测量方法，利用白光投射到锻件表面，通过CCD相机拍摄光线偏移的结构光图像，还原锻件的三维形貌。基于这些研究的成果，作者从另一角度出发，运用图像识别和伺服系统相结合的方法，设计了一种基于绿激光图像识别的热态大型锻件长度尺寸测量系统。

“这次一共有十一位本派新生，你们有九个，”瑞克继续说，“第一关结束时会有四人被淘汰，其余的六人在终极考验时出局。”

2 热态锻件尺寸测量系统

锻件尺寸测量系统主要由绿激光器、CCD相机、导轨和伺服系统构成，如图1所示。激光器和CCD相机被固定在可沿导轨移动的平台上，平台的移动方向与锻件轴线保持严格平行。导轨上装有光栅尺，它与计算机和伺服电机形成闭环伺服系统。随着激光线和CCD的移动，激光线在锻件不同位置的图像被实时获取。同时，系统也会得到激光线的位置信息。当系统将检测到激光线移动到锻件一侧边缘时，将记录下激光线此时的位置信息。同理，当激光线移动到锻件另一侧边缘时，会得到相应的位置信息。这两个信息就是所需的锻件尺寸信息。

  

图1 锻件尺寸测量系统

3 测量原理

为了测量锻件的长度尺寸，需要对得到的绿激光扫描锻件的动态图像进行分析。CCD拍摄的彩色动态图像是像素坐标x、y和时间t的函数 f(x,y,t)：

(2)火山岩类残坡积物：仅在北西部大徽尖一带分布，海拔高度在700～956 m，主要出露粗安斑岩、安山岩、安山质凝灰岩等。母质风化后一般成麻石酸性棕壤。

f(x,y,t)=[r(x,y,t),g(x,y,t),b(x,y,t)]

(1)

式中：r(x,y,t)、g(x,y,t)、b(x,y,t)分别是图像像素坐标(x,y)处在时间t的红色、绿色、蓝色灰度值。

当图像中(x,y)点像素灰度值随时间发生变化时，可以用该点像素灰度值对时间的导数来描述这种变化的剧烈程度。即：

五色糯米饭又称为五色饭、花米饭、乌米饭等，是壮族人的传统风味小吃，因黑、黄、红、紫、白五种颜色而得名。每年三月三和清明节，各家各户都会制作糯米饭。即以糯米为原料，利用多种染料植物中的天然食用色素分别对糯米进行染色，再将各种颜色的糯米放入饭甑中蒸煮，即可得色彩鲜艳的五色糯米饭。五色糯米饭带有天然植物特有的清香，是一种色、香、味俱美的副食品，具有浓郁的民族特色，常用的染料植物如表1所示。

 

(2)

设在某一时刻Tm位于像素坐标第Y列的像素点构成列向量Fm:

将绿激光线和锻件区分开，用绿色分量与红色分量灰度值的差代替单一绿色分量的灰度值，式(9)变为：

Fm=[f(1,Y,Tm), f(2,Y,Tm),…, f(n,Y,Tm)]T

(3)

式中：m=1,2,3,…; x=1,2,3,…,n。

Fm对时间t的导数为：

(4)

f(i,Y,Tm-1)]

 

(5)

对式(5)做离散化，得到式(5)的二阶差分形式为：

(Fm+1-Fm)-(Fm-Fm-1)=Fm+1-2Fm+Fm-1=

[f(1,Y,Tm+1)-2f(1,Y,Tm)+f(1,Y,Tm-1),

何绍基：崔伟[8]主要论述了碑帖融合问题，认为何绍基从篆隶北碑中获益良多，然其成功之关键并非在此。面对当时帖学的不足，何绍基有着清醒的认识，然他并未因之对帖全面否定，而是采取扬弃的办法，使帖中所含蕴的优点得以发扬。作为一个传统文人，他崇尚中和之美，对于北碑中那些过于霸悍的作品，他则有意识地避开。所有这些使何绍基把碑与帖有机地融会在一起，使其书法既保留了帖的风神，又有碑的气息，从而成为有清以来能成功融会碑与帖而显示独特书法面貌的开创性书家。

f(2,Y,Tm+1)-2f(2,Y,Tm)+f(2,Y,Tm-1),…,

设计意图：从学生举例出发，对条件、结论及其否定进行自由组合，并从8种简化到4种，对学生来说，这是一个发现、认识的过程，给学生一个自主思维的空间，让他们在思维整合及表现过程中培养观察、发现、归纳、总结的能力，事实证明学生学习积极主动热情高.

[g(i,Y,Tm)-r(i,Y,Tm)]+

(6)

将式(6)写成矩阵的形式为：

Fm+1-2Fm+Fm-1=

水土保持是人类共同保护资源、保护环境的公益性事业，必须坚持责权利统一、治管用结合，以政策为导向，按照“谁建设、谁保护、谁投资、谁受益”的原则，广泛吸纳民资、企资、外资，整合资源资本，在争取国家政策和项目的同时，地方要给予水土保持投入的优惠政策。

(7)

式(7)中列向量Fm+1-2Fm+Fm-1可反映出此列各像素的变化趋势，取此向量各元素的均值，即：

 

此向量达到极值的时刻对应着动态图像在第Y列出现竖直边缘的时刻。而一阶导数的极值点对应二阶导数的过零点。对式(4)再次求导，得：

(8)

式(8)反映了整列像素值的变化趋势。其中，i为像素坐标第i行。当F值与前一时刻相比，符号发生改变时，说明该时刻∂Fm/∂t达到了极值，即图像第Y列在该时刻出现竖直边缘。

本系统中，当激光线未投射到锻件表面时，其在CCD所成图像中为一条直线。而当激光线投射到锻件表面时，由于CCD相机主光轴与激光线不在同一平面上，故在CCD的成图中，锻件上的激光线与背景中的激光线会不在同一直线上，如图2所示。

激光线投射到锻件前后的这种变化为检测锻件边缘提供了依据。由于激光器和CCD相机相对静止，所以CCD所成的图像中，背景区域的激光线在图像中的位置是固定不变的。故可以通过激光线所在列像素灰度的变化来确定激光线移动到锻件边缘的时刻。

由于本系统中激光线是绿色的，因此只对绿色分量Gm进行计算。式(7)可简化为：

  

图2 锻件上的激光线与背景中激光线

 

Gm+1-2Gm+Gm-1=

(9)

由于激光线在图像中有一定宽度，为使测量结果更加准确，可用3列像素灰度的平均值来代替1列像素灰度，即令

 

g(x,y+1,t)]

(10)

令i∈[a,b]，式(8)可改为

 

2g1(i,Y,Tm)+g1(i,Y,Tm-1)]

当检测锻件右侧边缘时，将每帧图像的a, b和Y代入式(14)，求出H值。而当检测锻件左侧边缘时，将每帧图像的a, b和Y代入式(12)，求出G值。通过H值和G值的变化来确定激光线是否移动到锻件边缘。

(11)

在锻件右侧边缘测量过程中，由于锻件表面温度较高，亮度较大，易使CCD感光元件达到饱和，这会干扰系统对绿激光的识别。

要实现利润协调与合理分配，还必须满足以下条件，即各决策主体按上述分配方案所得利润应该不小于其分散决策时的利润，如下：

历史与实践反复证明，宣传教育工作做得好，群众才能紧紧团结围绕在党的周围，结成广泛深厚的群众基础；宣传教育工作缺失或错位，则人心涣散，缺乏凝聚力与向心力。伴随着世情国情党情发生深刻变化，宣传教育的环境、范围、内容、对象等方面都发生了很大变化，这对新时期宣传教育工作提出了新要求。认真落实习近平的系列讲话精神，做好宣传教育工作，讲述好中国故事，传播中国好声音，不断夯实全国各族人民团结奋斗的思想基础，为实现民族复兴的伟大中国梦凝聚起强大的精神动力和智力支持。

Gm+1-2Gm+Gm-1=

 

(12)

用g(x,y,t)-r(x,y,t)替换g(x,y,t)代入式(10)中得：

众所周知，只有对某一项学习产生兴趣，才能提高学习效率，小学生的年龄小，在课堂学习中容易受到其他因素制约，注意力无法集中，对此，需要做的工作便是提高学生的学习兴趣，只有如此，才能让学生积极地参与到学习之中。信息化教学资源在一定程度上改变了传统教学所存在的缺陷与不足，可以让学生产生好奇心，并且在图文并茂的环境下提高学习兴趣，进而提升学习质量与学习效率。

h(xi,Y,Tm)=

 

f(n,Y,Tm+1)-2f(n,Y,Tm)+f(n,Y,Tm-1)]T

由图7可知：4列AW0车起动电流峰值出现在B点到C点，最大值约为4 000 A，最小值约为3 000 A，持续时间约为7 s；列车起动电流从A点到B点持续稳定上升，上升率约为363 A/s(0.36 A/ms)。另一方面，对侧牵引变电所直流馈线开关的电流峰值约为3 182 A。与表1中该线路直流馈线保护参数数值对比可知：

式中：a, b分别为锻件区域像素行坐标的上下限；Tm-1和Tm+1分别为前一时刻和下一时刻。

(13)

用h(i,Y,Tm)代替g1(i,Y,Tm)，式(11)变为：

 

2h(i,Y,Tm)+h(i,Y,Tm-1)]

(14)

本次班会大胆地尝试了将歌曲《窗外》贯穿班会始终的新颖形式，为了吸引孩子们的注意力，激发其参与兴趣，最后决定由我亲自将这首歌唱给学生们听。现在想来，之所以学生们在班会上积极发言，乐于参与其中或许有这个缘故吧！

4 实 验

4.1 实验系统

为验证所设计系统的可行性，构建了一个实验平台，平台由以下3部分组成：(1)工业CCD相机，型号为MV-VE078SM/SC，最大分辨率1 024×768，CCD成像靶面尺寸为4.65 μm×4.65 μm。镜头焦距为12 mm， 30帧/s。(2)线激光器，型号为MGL-III，输出功率200 mW，波长532 nm，张角30°。(3)高精度导轨，型号为BGXS45BE，行进误差小于40 μm。

4.2 锻件右、左侧边缘定位

用箱式电阻炉将长度为400 mm、直径为100 mm的标准锻件加热到1100 ℃后取出安放在锻件架上，使锻件轴线与激光线移动方向保持平行。然后在激光线从接近到远离锻件右侧边缘的动态图像中，按时间顺序提取10帧图像，如图3所示。

同右侧边缘一样，在锻件从接近到远离左侧边缘的动态图像中按时间顺序提取10帧图像，如图4所示。

  

图3 锻件右侧边缘采样图像

  

图4 锻件左侧边缘图像

图3中，锻件区域位于像素坐标第120行和205行之间，即a=120，b=205。背景区域的激光线位于像素坐标第451列，即Y=451。将这10帧图像的a、b和Y分别代入式(14)中，得到对应的H值见表1。

图3(d)与图3(c)相比，当激光线投射到锻件上时，在所成的图像中，锻件上的激光线与背景区域的激光线不在一条直线上。因此需要改变Y值。通过绿激光识别程序测得锻件上绿激光线中心位于图像像素坐标第438列，即a=120，b=205，Y=438。将这10帧图像的a, b，和Y分别代入式(15)：

 

2g1(i,Y,Tm)+g1(i,Y,Tm-1)]

调料：发酵粉 10 g，精盐 110 g，花生油 2.5 kg（约耗 1 kg），葱花 50 g，味精少许。

(15)

得到对应的G值见表1。

 

表1 锻件右、左侧边缘H值和G值

  

图像序号H值G值(a)(b)-4 8077-1 0464(c)-38 9973-0 6743(d)-14 1047-15 9767(e)58 6472-33 6047(f)-3 884638 4884(g)4 0952-27 8185(h)-1 776485 7604(i)1 72103 8837(j)

由表1可知，图3中第5幅图像的H值与前一时刻相比，符号发生改变且变化程度较大。故第5幅图像激光线所在的位置为锻件右侧边缘的位置。图4中第6幅图像的G值与前一时刻相比，符号发生改变且变化程度较大，故第6幅图像中激光线的位置作为锻件左侧边缘的位置。

4.3 锻件尺寸测量

锻件左侧和右侧两个边缘的位置信息便是需要的锻件的长度尺寸信息。应用此系统对同一锻件进行10次测量，由于实验工件尺寸相对较小，所以用小型卡钳测量的尺寸作为真实值，真实值为410.57 mm，得到的结果见表2。

[10][日]富井政章：《民法原论（第一卷）》，陈海瀛、陈海超译，北京：中国政法大学出版社，2003年，第212页。

 

表2 锻件测量结果 mm

  

序号测量值误差(a)411 100 53(b)409 66-0 91(c)409 38-1 19(d)409 41-1 16(e)411 100 53(f)411 230 66(g)412 161 59(h)409 94-0 63(i)410 09-0 48(j)409 73-0 84

从表2中可以看到，此系统的测量误差小于 ±2 mm， 满足测量精度要求。本实验中，由于锻件架并不是固定的，无法保证激光线移动方向与锻件轴线严格平行，因此会对测量结果造成影响。但在实际生产过程中，导轨将固定在墙壁上，锻件在测量时也是固定在锻压机上，因此这种影响会非常微小，可以忽略不计。

5 结 论

本文设计了一种将图像识别和伺服控制相结合的大型热态锻件长度尺寸测量系统，该系统通过绿激光定位锻件边缘的位置来实现对锻件的长度尺寸的自动测量。实验结果表明:该系统最大测量误差小于±2 mm，可以满足锻件尺寸测量的需求。该系统应用到实际生产中，很好地解决了大锻件加工过程中几何尺寸难以实时测量的问题，并可以提高锻件的长度测量精度。该系统的应用可以降低生产成本，提高生产效率。

[参考文献]

[1] Bokhabrine Y, Lew F C, Lew Y V, et al . 3D laser system for shell dimension measurement during forging[C]//International Forgemasters Meeting (IFM), Santander, Spain, 2008: 345-348.

[2] Bokhabrine Y, Lew F C, Lew Y V, et al. 3D reconstruction of hot metallic surfaces for industrial part characterization[J]. Image Processing: Machine Vision Applications, 2009, 725101-725107.

[3] Bokhabrine Y, Lew F C, Lew Y V, et al. 3D characterization of hot metallic shells during industrial forging[J]. Machine Vision and Applications, 2012, 23: 417-425.

[4] 岡本陽, 和佐泰宏, 香川恭徳. 熱間大型鍛鋼品の形状計測装置の開発[J]. 神戸製鋼技報, 2007,57(3): 29-34.

[5] Gianfranco G, Pasquale A, Giorgio V, et al. 锻造中尺寸的控制: 2D和3D激光测量系统[J]. 锻造与冲压, 2010, 2010(S): 68-73.

[6] Fu X B, Liu B, Zhang Y C. Measurement technology of the hot-state size for heavy shell ring forging[J]. Int J of Adv Manuf Technol, 2013, 65(1-4):543-548.

[7] 张玉存, 付献斌, 齐艳德, 等. 大型筒节热态锻件外径在线测量技术研究[J]. 计量学报, 2011, 32(5): 427-431.

[8] 李群, 韩俊霞, 张玉存. 异形热态锻件几何尺寸测量方法的研究[J]. 计量学报, 2014, 35(2): 97-101.

[9] 胡春海, 刘斌, 郑龙江. 基于双CCD的锻件尺寸测量的研究[J]. 红外与激光工程, 2008, 37(S1):11-14.

[10] 刘卫亮. 基于结构光三维测量的大锻件图像处理算法的研究[D]. 上海：东华大学,2014.