[發明專利]一種基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201510098323.3
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104677301B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 高進強;周長斌;李思功;馬冉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G01B11/24
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 楊琪,崔苗苗

1.一種基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量裝置，包括工業相機1，工業相機2，網格標定靶標，線激光發生器，懸臂，導軌，升降機構，測量平臺，其特征在于：工業相機1、工業相機2、網格標定靶標、線激光發生器、懸臂、導軌固定在測量平臺上；線激光發生器產生的激光平面垂直于水平面，與導軌的方向垂直；工業相機1與升降機構相連接，通過升降機構固定在導軌的滑塊上，其中心光軸與導軌的方向平行，垂直于線激光發生器產生的激光平面；工業相機2通過懸臂固定在測量平臺上，工業相機2的中心光軸在線激光發生器產生的激光平面內，并與水平面相垂直；網格標定靶標放置在所述的線激光發生器產生的激光平面內，與工業相機1的中心光軸垂直，網格標定靶標豎直方向的中心線與導軌的中心線在同一個平面內。

2.根據權利要求1所述的基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量裝置，其特征在于：所述的工業相機1的鏡頭和激光發生器的激光平面的垂直距離為400～1400mm。

3.根據權利要求1所述的基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量裝置，其特征在于：所述的線激光發生器和導軌的中心線的垂直距離為300-600mm，導軌的長度為600-1000mm。

4.根據權利要求1所述的基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量裝置，其特征在于：所述網格標定靶標采用15格×15格、每格的尺寸精確為10mm×10mm的制式。

5.根據權利要求1所述的基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量裝置，其特征在于：所述螺旋焊管管徑為219-630mm。

6.一種基于視覺檢測的螺旋焊管管線外徑測量方法，其特征在于，包括步驟如下：

(1)將測量裝置放置在螺旋焊管生產線一側，測量平臺保持水平，調整升降機構，使工業相機1的中心光軸與鋼管的中心線在同一水平高度，調整測量裝置的位置，使激光發生器產生的激光平面與鋼管邊緣的夾角為60°～80°，同時激光平面與螺旋焊管相交的激光線在工業相機1的視野內，調整懸臂的角度和高度，使工業相機2能夠同時清楚拍攝激光線和鋼管邊緣；

(2)將網格標定靶標固定在測量平臺上，調整升降機構，使工業相機1的中心光軸與網格標定靶標的水平中心線在同一高度，調整導軌上的滑塊位置，微調工業相機1的鏡頭，使工業相機1能清楚完整的拍攝整個標定靶標，固定導軌上的滑塊位置，拍攝下此時的標定靶標圖像，通過拍攝的圖像可以對工業相機1進行標定；

(3)將標定靶標從測量平臺上拆卸掉，調整升降機構的高度，使工業相機1能夠清楚拍攝到鋼管上的激光弧線，且激光弧線在拍攝圖像的中間位置，固定升降機構的高度；

(4)當螺旋焊管的生產開始時，通過計算機上的圖像拍攝軟件同步控制工業相機1、2拍攝鋼管圖像，每一時刻兩個相機拍攝的圖像作為同一時刻的不同類別的圖像，工業相機1拍攝的圖片包含了螺旋焊管的邊緣信息和激光線的信息，工業相機2拍攝的圖片包含了螺旋焊管上激光線的隨鋼管不同位置的變化信息；隨著螺旋焊管的不斷旋轉，兩個相機按照一定頻率不斷拍攝鋼管不同位置時的圖像，當鋼管旋轉一周時，將兩個相機拍攝的所有圖像作為同一組圖像；

(5)根據工業相機2拍攝的圖像，進行圖像處理，得到激光平面與螺旋焊管邊緣之間的夾角；

(6)由工業相機1拍攝的激光弧線圖像，我們需要進行圖像處理，提取出激光弧線的中線。

7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)的具體操作為：

①尋找激光線的中線方程：首先將灰度圖像經過圖像濾波，圖像增強之后，對圖像進行灰度分析，對圖像中激光線的部分沿行尋找最亮點作為激光線的中心點，再對尋找到的激光點采用最小二乘直線擬合，擬合出的直線方程作為激光線的中線方程，直線斜率記為k₁；

②尋找螺旋焊管邊緣直線方程：對灰度圖像采用sobel邊緣檢測算子進行邊緣檢測，得到鋼管邊緣和激光線的二值圖像，去除激光點，對剩余的點采用最小二乘法進行鋼管邊緣的直線擬合，得到螺旋焊管的邊緣直線方程，直線斜率記為k₂；

③計算激光平面與螺旋焊管邊緣之間的夾角：兩者的夾角記為γ，夾角的計算公式為γ＝|arctan(k₁)–arctan(k₂)|。

8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(6)的具體操作為：

①提取激光弧線中心點的圖像坐標：將圖像進行灰度變換，圖像濾波之后，對激光弧線部分逐行尋找最亮點，將最亮點作為激光弧線的中心點，然后采用對每一點附近的五個點取平均值的方法進行平滑處理，處理后的點記為(X,Y)；

②計算激光弧線中心點的實際坐標：根據相機的標定結果，將提取出來的激光點像素坐標轉換到實際坐標，具體方法是，檢測激光弧線在圖像中的位置以及對應在靶標圖像中的網格位置，根據激光點的不同位置自動調用合適的擬合系數，轉換成實際坐標，記為(X_w,Y_w)；

③激光點投影到與螺旋焊管中心軸垂直的平面上：由于激光平面與水平面垂直，與螺旋焊管成一定角度相交，相貫線為一個橢圓，因此需要按照兩者之間的角度將相貫線投影到與螺旋焊管中心軸線相垂直的平面上，才能進行管徑的提取，這個角度就是工業相機2獲得的角度γ，投影時，由于工業相機1水平拍攝，即拍攝的圖像橫向坐標軸與水平面平行，所以投影前后圖像的縱向坐標未發生改變，只需要按照投影角度調整激光點的橫坐標，投影后的坐標記為(X_r,Y_r)，轉換公式為：

X_r＝X_w×cosγ；

Y_r＝Y_w；

④擬合得到螺旋焊管外徑和橢圓度信息：得到圓弧坐標點(X_r,Y_r)后，采用最小二乘法圓擬合，得到螺旋焊管旋轉到此刻位置時的激光線部分對應的鋼管管徑，當螺旋焊管旋轉一周結束時，得到若干個螺旋焊管不同位置的管徑數據，通過取平均值去除誤差的方式確定螺旋焊管的平均管徑，同時可以對不同位置管徑數據的差異進行分析，得到螺旋焊管的橢圓度等信息。