[發明專利]基于機器視覺的非接觸式管材壁厚測量方法與系統

在審

• 申請號: 201910830652.0
• 申請日: 2019-09-04
• 公開（公告）號: CN110567345A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 劉國忠;黨彥輝
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01B5/06
• 分類號: G01B5/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于機器視覺的非接觸式管材壁厚測量方法與系統，包括圖像采集設備、顯示器、主機、激光投影器、被測管材和支架。測量原理：投影器向被測管材表面投射特征標記物；利用圖像采集設備獲取管材表面圖像信息；提取柱面上特征標記物和截面輪廓特征，進行特征匹配，并恢復管材柱面和截面的空間位置信息；對柱面進行擬合，確定柱面的軸向向量；計算截面輪廓在柱面軸向平面上的投影；過投影輪廓中心的直線與投影輪廓的一側交于兩點，則這兩點之間距離即為被測管材截面實際壁厚值。有益效果是該系統設備簡單，成本低，非接觸式測量，數據處理速度快，測量結果精度高。

技術領域

本發明涉及厚度測量工具領域，具體涉及一種基于機器視覺的非接觸式管材壁厚測量方法與系統。

背景技術

隨著工業的發展，管材廣泛應用于石油、造船、水電、化工、建筑、機械制造等領域。管材的壁厚是管材的尺寸指標之一，對管材的機械性能有著重要影響。例如，根據《JGJ130-2011建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》規定，鋼管腳手架截面的直徑和壁厚尺寸應當采用Φ48mm×3.5mm或者Φ51mm×3.0mm的規定。但現在許多生產廠家由于生產工藝粗糙造成管材壁厚不均或為了節省成本降低壁厚，造成市場管材質量參差不齊。如果使用的鋼管壁厚不符合國家規定，則會降低鋼管的承載能力，縮短使用壽命甚至釀成事故。

目前，管材壁厚測量有常規測量方法和專門測量的儀器，常規的管材壁厚的測量方法是利用卡尺等量具反復測量并記錄，這種測量方法花費的人力資源大而且測量精度不高，不適用于當前管材行業自動化的大趨勢；而專門的測量儀器，利用超聲波、電磁原理制成，比如管道壁厚測量儀。管道壁厚測量儀對厚度的測量，是由探頭產生超聲波脈沖透過耦合劑到達被測體，一部分超聲信號被物體底面反射，探頭接收由被測體底面反射的回波，精確地計算超聲波的往返時間，并根據時間來計算厚度值，再將計算結果顯示出來。這種測量設備測量精度足夠，但通常固定以后調節高度和角度的操作不方便，耗費時間；其次當壁厚測量儀的探測頭接觸到管材時，由于探測頭精度高，如果接觸時不注意保護，很容易造成探測頭損壞；最后當這種壁厚測量儀用于工廠自動化檢測管材壁厚時，往往存在設備體型笨重，成本高昂，響應速度相對較慢等問題。

機器視覺技術是用攝像機或照相機等圖像采集設備及數字圖像處理技術協同作業來代替人眼對圖像進行識別、尺寸測量、形狀匹配等檢查的技術與方法。因其設備簡單、成本低、運行速度快、處理結果精度高、不存在主觀因素影響等優點，越來越多地被應用于不同的測量領域中。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于機器視覺的非接觸式壁厚測量系統，用圖像采集設備代替人眼，用機器視覺算法代替傳統壁厚測量方法來實現管材壁厚的自動測量，從而提高測量精度。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種基于機器視覺的非接觸式管材壁厚測量方法與系統，包括圖像采集設備、顯示器、主機、激光投影器、被測管材和支架。

其中，所述圖像采集設備4為相機、攝像頭、攝像機、掃描儀或者其它帶有拍照功能的設備。

其中，所述激光投影器5與主機3連接，所述主機3與顯示器2連接。激光投影器與主機連接，主機與顯示器連接，可以保證主機控制激光投影器向所述被測管材1的柱面和截面投射特定的圖形。

其中，圖像采集設備4與主機3連接，所述主機3與顯示器2連接。圖像采集設備與主機連接，主機與顯示器連接，可以直接將圖像采集設備拍攝的圖像傳輸到主機上，在顯示器上對圖像進行查看、分析和計算，無需頻繁地取出圖像采集設備導入圖像，操作便利快速。

其中，所述支架6和被測管材1連接。支架與被測管材連接，可以保證被測管材在測量過程中的穩定性，進而保證最終測量結果的精度。

參考圖4，上述所提及的基于機器視覺的非接觸式管材壁厚測量系統的測量原理包括以下步驟：