一種管道圓度值自動檢測系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種管道圓度值自動檢測系統(tǒng)及檢測方法。采用圖像采集裝置對準(zhǔn)管道兩個端面圓心位置進(jìn)行兩個端面的圖像采集，并將采集的圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)；所述圖像處理系統(tǒng)對采集的端面圖像進(jìn)行圖像處理提取端面邊緣，得到各端面的圓度值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，對拍攝的圖片通過灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道水平直徑和垂直直徑，比現(xiàn)有的人工測量有質(zhì)的區(qū)別；確定管道圓心位置，在管道圓心位置拍攝管道端面圖像，可以減少干擾并提高準(zhǔn)確度。
【專利說明】
一種管道圓度值自動檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種管道圓度值自動檢測系統(tǒng)及檢測方法，特別是涉及一種適用于鍋爐配管管道圓度值檢測的自動檢測系統(tǒng)及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在管道加工前，需對管道的圓度值進(jìn)行檢測，以確定管道是否符合加工要求，目前的做法是:操作工人用目測法進(jìn)行判定，或用皮尺、鋼尺或卡尺等進(jìn)行測量并計(jì)算管道的圓度值。采用目測法顯然有很大的隨意性和較大誤差，采用人工測量方法時(shí)，其測量精度會因操作人員的素質(zhì)和責(zé)任心的差異帶來較大的偶然誤差，對管道的圓度值要求較高的場合是不合適的。同時(shí)不適合于工業(yè)化自動生產(chǎn)流程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠避免人工隨意性或偶然誤差因素，實(shí)現(xiàn)快速自動對管道的圓度值進(jìn)行精準(zhǔn)檢測測量的管道圓度值自動檢測系統(tǒng)及檢測方法。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括，
圖像采集裝置定位系統(tǒng)，確定圖像采集裝置對管道端面進(jìn)行圖像采集時(shí)圖像采集裝置的位置，使圖像采集裝置的焦點(diǎn)對準(zhǔn)管道端面的圓心；
圖像采集裝置，對管道端面圖像進(jìn)行采集；
圖像處理系統(tǒng)，對采集的管道端面圖像進(jìn)行圖像處理，提取端面邊緣；
圓度值計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)提取的端面邊緣像素，計(jì)算管道端面水平直徑和垂直直徑，根據(jù)所述水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0005]在本發(fā)明中，對管道端面進(jìn)行圖像采集，對采集的圖像進(jìn)行圖像處理后，提取端面邊緣，然后根據(jù)像素計(jì)算出每個端面的水平直徑和垂直直徑，該水平直徑和垂直直徑可以均為端面外沿的水平直徑和垂直直徑，也可以均為端面內(nèi)沿的水平直徑和垂直直徑，根據(jù)端面的水平直徑和垂直直徑，計(jì)算得出該端面的圓度值。在進(jìn)行圖像采集之前，調(diào)整圖像采集裝置的位置，使圖像采集的焦點(diǎn)對準(zhǔn)管道端面的圓心，采用圖像采集裝置(如攝像頭或相機(jī))對準(zhǔn)圓心位置進(jìn)行圖像采集。
[0006]還包括，
圓度值合格閾值設(shè)定模塊，設(shè)定合格圓度值的閾值范圍；
圓度值合格判斷模塊，將計(jì)算出的圓度值與設(shè)定的圓度值合格閾值相比較，判斷圓度值是否合格。
[0007]如果計(jì)算出的某端面圓度值在設(shè)定的圓度值合格閾值范圍內(nèi)，則判斷為圓度值合格，否則為圓度值不合格。
[0008]所述圖像采集裝置定位系統(tǒng)包括光電開關(guān)反射光束定位模塊，用于測量計(jì)算管道端面的圓心。通過光電開關(guān)對反射光束的感應(yīng)，測量計(jì)算管道端面的圓心。
[0009]所述圖像采集裝置定位系統(tǒng)還包括激光測距模塊，檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離。通過檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離，來確定圖像采集裝置圖像采集焦點(diǎn)的具體位置。
[0010]還包括管道雙端面偏差計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算出的兩個端面的水平直徑和垂直直徑，得出兩個端面的水平直徑的差值和垂直直徑的差值，以確定管道兩個端面的偏差是否符合要求。
[0011]還包括，
雙端面偏差合格閾值設(shè)定模塊，設(shè)定合格雙端面偏差的閾值范圍；
雙端面偏差合格判斷模塊，將計(jì)算出的雙端面偏差與設(shè)定的雙端面偏差合格閾值相比較，判斷雙端面偏差是否合格。
[0012]如果計(jì)算出的偏差值均在在設(shè)定的合格雙端面偏差的閾值范圍內(nèi)，則判斷為雙端面偏差合格，否則為雙端面偏差不合格。
[0013]還包括音頻提示模塊，以音頻信號的方式提示圓度值和/或管道雙端面偏差是否合格。
[0014]該音頻信號可以是語音音頻信號，也可以是非語音音頻信號。
[0015]—種管道圓度值自動檢測方法，具體方法為:
采用圖像采集裝置(如攝像頭或相機(jī))對準(zhǔn)管道兩個端面圓心位置進(jìn)行兩個端面的圖像采集，并將采集的圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng);所述圖像處理系統(tǒng)對采集的端面圖像進(jìn)行圖像處理提取端面邊緣，得到各端面的圓度值。
[0016]將圖像采集裝置的圖像采集焦點(diǎn)對準(zhǔn)要進(jìn)行圖像采集的管道的端面的圓心位置，然后再對管道的端面進(jìn)行圖像采集;將采集到的圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對采集的圖像進(jìn)行圖像處理提取所采集的端面的邊緣(包括內(nèi)邊緣和外邊緣)根據(jù)提取的端面的邊緣(內(nèi)邊緣或外邊緣)，計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0017]所述圓度值計(jì)算方法為:對采集的端面圖像進(jìn)行圖像灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道端面水平直徑和垂直直徑，根據(jù)所述水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0018]采用端面外直徑的水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算，或采用端面內(nèi)直徑的水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0019]所述方法還包括，將管道兩個端面的水平直徑進(jìn)行比較，確定兩個水平直徑的差值;將管道兩個端面的垂直直徑進(jìn)行比較，確定兩個垂直直徑的差值;通過兩個差值以確定兩個端面的偏差是否符合要求。
[0020]根據(jù)兩個差值是否符合要求來判斷管道兩個端面是否符合要求，從而判斷管道的質(zhì)量。
[0021]管道端面圓心位置的定位方法為:圖像采集裝置定位系統(tǒng)沿管道端面垂直直徑方向移動，通過光電開關(guān)對反射光束做出的反應(yīng)，記錄端面直徑內(nèi)圓或外圓的上端沿和下端沿，則上端沿和下端沿的中心點(diǎn)即為該端面的圓心位置。
[0022]正對管道端面發(fā)射光束(例如激光光束)，當(dāng)接收到反射光束時(shí)，說明所發(fā)射的光束是打到管道端面的內(nèi)沿和外沿之間的，當(dāng)無法接收到反射光束時(shí)，說明所發(fā)射的光束沒有打到管道端面的內(nèi)沿和外沿之間。同時(shí)，從光束的反射接收順序，能夠判斷出為內(nèi)沿或外沿。
[0023]所述方法還包括，調(diào)整圖像采集裝置與管道端面的水平距離，使采集的管道端面直徑方向的外沿距離所采集的圖像邊框的最小距離，小于等于平行于該距離方向的圖像邊框邊長的5%。
[0024]所述方法還包括，采用激光測距模塊檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
確定管道圓心位置，在管道圓心位置拍攝管道端面圖像，可以減少干擾并提高準(zhǔn)確度。
[0026]采用圖像邊緣比較方法確定最佳拍攝位置，用激光測距可以準(zhǔn)確確定拍攝頭與管道之間的最佳拍攝距離，并保存該數(shù)據(jù)作為同類型管道加工時(shí)的拍攝距離設(shè)定值L3，在后續(xù)加工中，只需要輸入管道類型，然后由激光測距與控制裝置一起完成拍攝位置定位。
[0027]采用激光測距裝置的光束，結(jié)合光電開關(guān)來確定管道垂直方向的外緣，既可以提高測量精度，又使激光測距裝置這樣一個裝置起到了兩個作用。提高勞動生產(chǎn)效率。
[0028]對拍攝的圖片通過灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道水平直徑和垂直直徑，比現(xiàn)有的人工測量有質(zhì)的區(qū)別。
[0029]將兩個端面的水平直徑、垂直直徑分別進(jìn)行比較，確定兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值?？梢杂行У拇_定管道是否有收縮現(xiàn)象。
[0030]通過管道水平直徑和垂直直徑的比值判斷該端面的圓度值，通過兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值以確定管道兩個端面是否符合要求，這種評判方法可以直觀、準(zhǔn)確的評判管道圓度值質(zhì)量。
[0031]依據(jù)管道水平直徑和垂直直徑的比值判斷該端面的圓度值，可以準(zhǔn)確評判。經(jīng)測試，圓度值判斷準(zhǔn)確率達(dá)到99%。所有操作都集成在PC控制軟件中，操作簡單。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明其中一實(shí)施例的圖像采集裝置圖像采集過程示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明其中一實(shí)施例的管道端面放置示意圖。
[0034]圖3為本發(fā)明其中一實(shí)施例的工作原理框圖。
[0035]圖4為本發(fā)明其中一實(shí)施例的定位圖像采集流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037]本說明書(包括摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或者具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0038]具體實(shí)施例1
如圖1、圖2和圖3所示，管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，包括，
圖像采集裝置定位系統(tǒng)，確定圖像采集裝置對管道端面進(jìn)行圖像采集時(shí)圖像采集裝置的位置，使圖像采集裝置的焦點(diǎn)對準(zhǔn)管道端面的圓心；
圖像采集裝置，對管道端面圖像進(jìn)行采集； 圖像處理系統(tǒng)，對采集的管道端面圖像進(jìn)行圖像處理，提取端面邊緣；
圓度值計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)提取的端面邊緣像素，計(jì)算管道端面水平直徑和垂直直徑，根據(jù)所述水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0039]在本具體實(shí)施例中，采用攝像頭或相機(jī)作為圖像采集裝置，對管道的端面進(jìn)行圖像采集，圖像采集完成后，將采集的端面圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對采集的端面圖像進(jìn)行圖像處理(在本具體實(shí)施例中對采集的端面圖像進(jìn)行灰度處理)后，提取端面邊緣，然后根據(jù)像素計(jì)算出每個端面的水平直徑和垂直直徑，該水平直徑和垂直直徑可以均為端面外沿的水平直徑和垂直直徑，也可以均為端面內(nèi)沿的水平直徑和垂直直徑，根據(jù)端面的水平直徑和垂直直徑，計(jì)算得出該端面的圓度值。在本具體實(shí)施例中，根據(jù)端面外沿的水平直徑和垂直直徑，計(jì)算得出端面的圓度值。
[0040]采用圖像采集裝置(如攝像頭或相機(jī))對準(zhǔn)圓心位置進(jìn)行圖像采集。在進(jìn)行圖像采集之前，調(diào)整圖像采集裝置的位置，使圖像采集的焦點(diǎn)對準(zhǔn)管道端面的圓心，圖像采集的焦點(diǎn)與管道端面的圓心的連線垂直于管道端面所在的平面。
[0041]如圖1所示，圖像采集裝置在X軸、y軸和z軸三個方向上移動，X軸方向上調(diào)整圖像采集裝置與管道端面的距離，y軸方向上左右移動，Z軸方向上上下移動，調(diào)整圖像采集裝置圖像采集焦點(diǎn)對準(zhǔn)到所對的端面的圓心位置。
[0042]如圖2所示，在本具體實(shí)施例中，由于管道是放置在一個U型支架上，而U型支架是固定在一個操作臺面上的，從U型支架的內(nèi)凹面最低點(diǎn)到地面的距離是固定的，設(shè)定為LI，沿LI垂直方向即為管道垂直直徑方向。沿該條垂直直徑方向，找到內(nèi)徑或外徑的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，則最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的中間點(diǎn)即為該管道端面的圓心位置。
[0043]具體實(shí)施例2
在具體實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述管道圓度值自動檢測系統(tǒng)還包括，
圓度值合格閾值設(shè)定模塊，設(shè)定合格圓度值的閾值范圍；
圓度值合格判斷模塊，將計(jì)算出的圓度值與設(shè)定的圓度值合格閾值相比較，判斷圓度值是否合格。
[0044]圓度值計(jì)算系統(tǒng)系統(tǒng)計(jì)算得出管道一側(cè)端面的圓度值后，將該圓度值與設(shè)定的合格圓度值的閾值范圍相比較，如果計(jì)算出的面圓度值在設(shè)定的合格圓度值的閾值范圍內(nèi)，則判斷為該端面圓度值合格，否則為該端面圓度值不合格。
[0045]具體實(shí)施例3
在具體實(shí)施例1或2的基礎(chǔ)上，所述圖像采集裝置定位系統(tǒng)包括光電開關(guān)反射光束定位模塊，用于測量計(jì)算管道端面的圓心。通過光電開關(guān)對反射光束的感應(yīng)，測量計(jì)算管道端面的圓心。
[0046]圖像采集裝置定位系統(tǒng)的發(fā)射光束被反射回來以后能夠?qū)⒐怆婇_關(guān)接通。當(dāng)發(fā)射光束從端面外沿外部延端面直徑方向向端面內(nèi)移動時(shí)，首先通過端面該直徑方向一側(cè)的外沿，還沒有移動到外沿時(shí)，由于不能接收到反射光束，光電開關(guān)處于斷開狀態(tài)，到該外沿時(shí)，關(guān)電開關(guān)接收到反射光束，被接通，定位系統(tǒng)能夠記錄該位置，當(dāng)從外沿到內(nèi)沿，離開內(nèi)沿時(shí)，關(guān)電開關(guān)被斷開，定位系統(tǒng)能夠記錄該內(nèi)沿位置，發(fā)射光束繼續(xù)延該直徑方向移動，達(dá)到另一側(cè)端面內(nèi)沿時(shí)，光電開關(guān)再次被接通，定位系統(tǒng)能夠記錄該位置，繼續(xù)移動離開外沿時(shí)，光電開關(guān)再次被斷開，定位系統(tǒng)記錄該外沿位置。通過記錄沿該直徑方向的兩個外沿的位置或兩個內(nèi)沿的位置，能夠得出兩個內(nèi)沿或兩個外沿的中間點(diǎn)即為該端面的圓心位置。則圖像采集裝置即可對準(zhǔn)該圓心位置對該端面進(jìn)行圖像采集。所述光束為激光、紅外光或紫外光等能夠在自然環(huán)境下被管道反射并作用于光電開關(guān)的光束。
[0047]具體實(shí)施例4
在具體實(shí)施例1到3之一的基礎(chǔ)上，所述圖像采集裝置定位系統(tǒng)還包括激光測距模塊，檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離。通過檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離，來確定圖像采集裝置圖像采集焦點(diǎn)的具體位置。所述激光測距模塊和光電開關(guān)反射光束定位模塊可以是同一個光束發(fā)射模塊，也可以不是同一個光束發(fā)射模塊，所發(fā)射使用的光束可以為同一種光束也可以為兩種不同的光束。
[0048]具體實(shí)施例5
在具體實(shí)施例1到4之一的基礎(chǔ)上，還包括管道雙端面偏差計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算出的兩個端面的水平直徑和垂直直徑，得出兩個端面的水平直徑的比值和垂直直徑的比值，以確定管道兩個端面是否符合要求。所述兩個端面的水平直徑和垂直直徑比較時(shí)，要么都是采用外徑進(jìn)行比較，要么都是采用內(nèi)徑進(jìn)行比較。
[0049]具體實(shí)施例6
在具體實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，還包括，
雙端面偏差合格閾值設(shè)定模塊，設(shè)定合格雙端面偏差的閾值范圍；
雙端面偏差合格判斷模塊，將計(jì)算出的雙端面偏差與設(shè)定的雙端面偏差合格閾值相比較，判斷雙端面偏差是否合格。
[0050]設(shè)置管道左右兩個端面水平內(nèi)徑或外徑允許偏差、垂直內(nèi)徑或外徑允許偏差;計(jì)算兩個端面水平內(nèi)徑或外徑的偏差及垂直外徑或內(nèi)徑的偏差，如果計(jì)算出的偏差值均在在設(shè)定的合格雙端面偏差的閾值范圍內(nèi)，則判斷為雙端面偏差合格，否則為雙端面偏差不合格。
[0051 ] 具體實(shí)施例7
在具體實(shí)施例2或6的基礎(chǔ)上，還包括音頻提示模塊，以音頻信號的方式提示圓度值和/或管道雙端面偏差是否合格。
[0052]該音頻信號可以是語音音頻信號，也可以是非語音音頻信號。
[0053]具體實(shí)施例8
如圖4所示，管道圓度值自動檢測方法，具體方法為:
采用圖像采集裝置(如攝像頭或相機(jī))對準(zhǔn)管道兩個端面圓心位置進(jìn)行兩個端面的圖像采集，并將采集的圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng);所述圖像處理系統(tǒng)對采集的端面圖像進(jìn)行圖像處理提取端面邊緣，得到各端面的圓度值。
[0054]將圖像采集裝置的圖像采集焦點(diǎn)對準(zhǔn)要進(jìn)行圖像采集的管道的端面的圓心位置，然后再對管道的端面進(jìn)行圖像采集;將采集到的圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對采集的圖像進(jìn)行圖像處理提取所采集的端面的邊緣(包括內(nèi)邊緣和外邊緣)根據(jù)提取的端面的邊緣(內(nèi)邊緣或外邊緣)，計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0055]具體實(shí)施例9
所述圓度值計(jì)算方法為:對采集的端面圖像進(jìn)行圖像灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道端面水平直徑和垂直直徑，根據(jù)所述水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0056]采用端面外直徑的水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算，或采用端面內(nèi)直徑的水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。
[0057]所述端面水平直徑和垂直直徑均為管道端面外徑的或均為管道端面內(nèi)徑的。在本具體實(shí)施例中，所述端面水平直徑均為管道端面外徑的。
[0058]具體實(shí)施例10
在具體實(shí)施例8或9的基礎(chǔ)上，所述方法還包括，將管道兩個端面的水平直徑進(jìn)行比較，確定兩個水平直徑的差值;將管道兩個端面的垂直直徑進(jìn)行比較，確定兩個垂直直徑的差值;通過兩個差值以確定兩個端面的偏差是否符合要求。
[0059]將兩個端面的水平直徑、垂直直徑分別進(jìn)行比較，確定兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值。通過管道水平直徑和垂直直徑的比值判斷該端面的圓度值，通過兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值以確定管道兩個端面是否符合要求。可以僅根據(jù)兩個端面的水平直徑的差值來確定兩個端面是否符合要求，也可以僅根據(jù)兩個端面的垂直直徑的差值來確定兩個端面是否符合要求，也可以既看水平直徑的差值，又看垂直直徑的差值，在本具體實(shí)施例中既看水平直徑的差值又看垂直直徑的差值，其中有一個差值不符合要求，則確定該管道的兩個端面不符合要求，水平直徑的差值和垂直直徑的差值均符合要求，則確定該管道的兩個端面符合要求。
[0060]根據(jù)兩個差值是否符合要求來判斷管道兩個端面是否符合要求，從而判斷管道的質(zhì)量。
[0061 ] 具體實(shí)施例11
在具體實(shí)施例8到10之一的基礎(chǔ)上，管道端面圓心位置的定位方法為:圖像采集裝置定位系統(tǒng)沿管道端面垂直直徑方向移動，通過光電開關(guān)對反射光束做出的反應(yīng)，記錄端面直徑內(nèi)圓或外圓的上端沿和下端沿，則上端沿和下端沿的中心點(diǎn)即為該端面的圓心位置。
[0062]正對管道端面發(fā)射光束(例如激光光束)，當(dāng)接收到反射光束時(shí)，說明所發(fā)射的光束是打到管道端面的內(nèi)沿和外沿之間的，當(dāng)無法接收到反射光束時(shí)，說明所發(fā)射的光束沒有打到管道端面的內(nèi)沿和外沿之間。同時(shí)，從光束的反射接收順序，能夠判斷出為內(nèi)沿或外沿。
[0063]具體實(shí)施例12
在具體實(shí)施例8到11之一的基礎(chǔ)上，所述方法還包括，調(diào)整圖像采集裝置與管道端面的水平距離，使采集的管道端面直徑方向的外沿距離所采集的圖像邊框的最小距離，小于等于平行于該距離方向的圖像邊框邊長的5%。如果管道直徑方向的外緣距離(任意直徑方向)圖片底框的最小距離，大于平行于該距離方向的邊長的5%，則說明拍攝距離過遠(yuǎn)。
[0064]所述方法還包括，采用激光測距模塊檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離。
[0065]具體實(shí)施例13
具體實(shí)施例8到12之一的基礎(chǔ)上，
如圖3所示，由拍攝裝置(即圖像采集裝置)、拍攝裝置控制主機(jī)和上位機(jī)(PC計(jì)算機(jī))組成。如圖1所示，圖像采集裝置能夠沿X軸、y軸和z軸三個方向的導(dǎo)軌進(jìn)行移動，在X軸方向通過激光測距確定拍攝頭與管道端面的距離，在本具體實(shí)施例中為1mm(可以根據(jù)所采集的圖像，使采集的管道端面直徑方向的外沿距離所采集的圖像邊框的最小距離，小于等于平行于該距離方向的圖像邊框邊長的5%的要求進(jìn)行計(jì)算設(shè)定該距離);在z軸方向通過激光確定管道外徑位置，；在y軸方向通過激光確定管道垂直上外緣邊緣位置，當(dāng)激光確定管道外徑位置時(shí)，停止y軸方向移動。
[0066]圖像采集裝置控制主機(jī)包括:以ARM為開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)了激光測距、激光確定管道外徑位置、激光確定管道垂直上外緣邊緣和x、y、z三個方向的移動控制程序和硬件電路。
[0067]上位機(jī)(PC計(jì)算機(jī)):完成對拍攝的圖片進(jìn)行灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道水平直徑和垂直直徑，依據(jù)管道水平直徑和垂直直徑的比值判斷該端面的圓度值，另外，將兩個端面的水平直徑、垂直直徑分別進(jìn)行比較，確定兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值。通過管道水平直徑和垂直直徑的比值判斷該端面的圓度值，通過兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值以確定管道兩個端面是否符合要求，評判標(biāo)準(zhǔn)事先由質(zhì)檢人員輸入計(jì)算機(jī)，并以語音方式提醒操作人員。
[0068]經(jīng)測試，管道圓度值判斷準(zhǔn)確率達(dá)到99%。所有操作都集成在PC控制軟件中，操作簡單。如圖4所示，該方法對管道圓度值自動檢測的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
1、在電腦上輸入管道端面圓度值允許誤差、左右兩個端面水平內(nèi)徑允許偏差、垂直內(nèi)徑允許偏差。
[0069]2、啟動自動檢測系統(tǒng)。
[0070]3、如圖1和如圖2所示，由于管道是放置在一個U型支架上，而U型支架是固定在一個操作臺面上的，從U型支架的內(nèi)凹面最低點(diǎn)到地面的距離是固定的，設(shè)定為LI，沿LI垂直方向即為管道垂直直徑方向。
[0071]在操作臺固定以后，從拍攝裝置的原點(diǎn)到U型支架的凹型最低點(diǎn)的距離也是確定的，設(shè)定為L2，
當(dāng)啟動圓度值檢測按鈕，拍攝裝置在控制器的控制下，沿y軸方向前進(jìn)L2的距離，在L2處設(shè)置一個限位開關(guān)，當(dāng)拍攝裝置到達(dá)L2位置時(shí)停止前進(jìn)。
[0072]4、拍攝裝置安裝在一個可以升降的支架上，初始位置距地面400mm(可根據(jù)需要調(diào)整)，在L2位置停止后，由初始位置上升L1-400=M1的高度，此時(shí)拍攝裝置上的激光測距裝置正好對準(zhǔn)U型支架的內(nèi)凹面最低點(diǎn)，S卩:管道下緣外徑點(diǎn)，操作臺臺面Al (如圖1所示)位置，記錄當(dāng)前距離地面位置數(shù)據(jù)Dl。
[0073]5、當(dāng)拍攝的水平位置確定后，拍攝裝置向上移動，此時(shí)，激光測距模塊開始工作，由光電開關(guān)接收激光測距模塊發(fā)射的反射光，當(dāng)拍攝裝置向上移動進(jìn)入管道空心處時(shí)，光電開關(guān)斷開一次，當(dāng)拍攝裝置繼續(xù)向上移動進(jìn)入管道內(nèi)外壁之間時(shí)，光電開關(guān)再次接通，然后拍攝裝置繼續(xù)向上移動超出管道外壁時(shí)，光電開關(guān)再次斷開，當(dāng)光電開關(guān)再次斷開時(shí)，停止移動，即A2位置(如圖1所示)。
[0074]6、確定管道圓心位置:當(dāng)拍攝裝置停止移動時(shí)，記錄此點(diǎn)與地面的距離D2，由(D2-D1)/2=D3，然后拍攝裝置向下移動D3值，到A3位置(如圖1所示)，此處即為管道圓心。
[0075]因?yàn)楣艿婪胖迷赨型支架上時(shí)，U型支架的內(nèi)凹面最低點(diǎn)到地面的垂直連線的沿長線即為管道垂直直徑方向。因此，不需再左右定位找圓心。
[0076]7、在確定圓心位置后，由于管道放置在操作臺臺面時(shí)，位置是不固定的，所以需要調(diào)整拍攝裝置與管道端面之間的距離。
[0077]8、打開圖像拍攝設(shè)備，按I幅/秒拍攝一幅圖片，傳入上位機(jī)進(jìn)行圖像分析，在分析結(jié)果中，如果管道直徑方向的外緣距離(任意直徑方向)圖片底框的最小距離，大于平行于該距離方向的邊長的5%(此值可以設(shè)定為X值，具體數(shù)值由用戶根據(jù)測量精度和實(shí)際情況確定)，則說明拍攝距離過遠(yuǎn)，由圖像拍攝裝置控制主機(jī)控制拍攝裝置左右移動，直到管道直徑方向的外緣距離圖片底框的最小距離，小于平行于該距離方向的邊長的5%(或X)，停止移動。
[0078]9、此時(shí)，激光測距模塊繼續(xù)工作，測量拍攝裝置與管道端面的距離，將此距離存入數(shù)據(jù)庫，作為該規(guī)格管道的拍攝距離設(shè)定值L3，當(dāng)下次加工相同管徑的管道時(shí)，直接由激光測距模塊測量拍攝裝置與管道端面之間的距離，并與上次存儲的設(shè)定值比較，確定拍攝位置，不再重復(fù)第8步的動作。
[0079]10、在確定拍攝位置后，圖像拍攝裝置拍攝圖像，圖像輸入上位機(jī)。
[0080]11、在一個端面拍攝完成后，由裝置控制主機(jī)控制拍攝裝置沿y軸方向退回原點(diǎn)后，再向右移動到另一個端面。
[0081 ] 12、在向右移動開始時(shí)，激光測距裝置向左轉(zhuǎn)動90°，在激光測距裝置上安裝的光電開關(guān)(與前述光電開關(guān)是同一個)在拍攝裝置剛向右轉(zhuǎn)動時(shí)是斷開的，當(dāng)向右移動與管道實(shí)體平行時(shí)，光電開關(guān)接收激光測距裝置發(fā)出的反射光，光電開關(guān)接通，當(dāng)拍攝裝置向右移動脫離管道實(shí)體時(shí)，光電開關(guān)不能接收激光測距裝置發(fā)出的反射光，光電開關(guān)斷開，此時(shí)再向前移動L3的距離，然后停止。
[0082]13、拍攝裝置停止沿X軸(向右)移動后，再沿y軸方向移動，沿y軸方向前進(jìn)L2的距離，在右端面的L2處設(shè)置一個限位開關(guān)，當(dāng)拍攝裝置到達(dá)右端面的L2位置時(shí)停止前進(jìn)。
[0083]14、此時(shí)，不再重新找圓心位置，直接拍攝圖片，并將圖片輸入上位機(jī)。
[0084]15、在完成另一個端面的拍攝后，自動返回原點(diǎn)，恢復(fù)初始狀態(tài)，等待下次工作。
[0085]16、質(zhì)量評判:I)第一個端面和第二個端面的拍攝圖像，在計(jì)算機(jī)上通過灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道水平直徑和垂直直徑，依據(jù)管道水平直徑和垂直直徑的比值判斷該端面的圓度值，評判標(biāo)準(zhǔn)在第一步已執(zhí)行;2)將兩個端面的水平直徑、垂直直徑分別進(jìn)行比較，確定兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值，通過兩個端面的水平直徑、垂直直徑的差值以確定管道兩個端面是否符合要求，評判標(biāo)準(zhǔn)事先由質(zhì)檢人員輸入計(jì)算機(jī)。并以語音方式提醒操作人員。
[0086]關(guān)于采集圖形的圖像處理方法:
首先是灰度處理，在VB6中一副圖像的每個像素點(diǎn)由32位值表示，其中RGB占了低三個字節(jié)，最高字節(jié)沒用。將其轉(zhuǎn)換為灰度圖像通過以下公式實(shí)現(xiàn):
Gray=Red^0.3+Green^0.6+Blue*0.1
其中，Gray為灰度值，Red為紅基色，Green為綠基色，Blue為藍(lán)基色。
[0087]其次是邊緣提取，邊緣提取采用Robet s算子實(shí)現(xiàn)，提取出鋼管圓弧邊界，并在VB6中實(shí)現(xiàn)。
舉例:為了演示效果，使用在建材市場上購買的長度1.5米、直徑250毫米的PVC管代替鍋爐配管。上位機(jī)軟件控制USB攝像頭從配管內(nèi)壁取景，經(jīng)過灰度處理、邊緣提取等算法等一系列算法提取特征圓。計(jì)算出來的圓度值為1.045455(精確到小數(shù)點(diǎn)后6位)。
[0088]關(guān)于管道端面圓度值計(jì)算、質(zhì)量評判:
依據(jù)管道端面拍攝的圖像經(jīng)過邊緣處理后，計(jì)算出水平內(nèi)徑dl和垂直內(nèi)徑d2，dl/d2*%=m，m值代表了該端面的圓度值，與事先設(shè)定的允許圓度值比較，即可判斷管道在該端面是否合格，另一個端面的處理方法相同。
[0089]關(guān)于管道兩個端面水平內(nèi)徑、垂直內(nèi)徑比較、質(zhì)量評判:
定義左端面的水平內(nèi)徑為dl，右端面的水平內(nèi)徑為d3，左端面的垂直內(nèi)徑為d2，右端面的垂直內(nèi)徑為d4。
[0090]當(dāng)dl_d3<允許誤差時(shí)，合格，否則不合格；
當(dāng)D2-d4 <允許誤差時(shí)，合格，否則不合格。
[0091]總體評判:上述指標(biāo)中有一項(xiàng)不合格即判定管道圓度值不合格，反之合格。
[0092]關(guān)于光電開關(guān)的功能:
在左端面的L2位置處設(shè)置限位開關(guān)SBl，在右端面的L2位置處設(shè)置限位開關(guān)SB2;當(dāng)SBl接通，同時(shí)拍攝裝置上升到Al位置時(shí)，光電開關(guān)電路接通。此時(shí)光電開關(guān)的狀態(tài)信號輸入控制裝置，并參與拍攝裝置的控制，工作關(guān)系如下:
光電開關(guān)狀態(tài):1(激光在工作平臺與管道內(nèi)圓之間)—0(激光在管道內(nèi)圓中)—1(激光在管道內(nèi)外緣之間)—0(激光離開管道外緣)—1(拍攝裝置向下移動時(shí)，激光在管道內(nèi)外緣之間)—0 (激光在管道內(nèi)圓中)—I (返回時(shí)，激光在管道內(nèi)外緣之間)—0 (激光脫離對象)—狀態(tài)清零(拍攝裝置返回原點(diǎn))。0(向右移動開始時(shí)，激光無反射)—1(向右移動時(shí)，激光與管道實(shí)體平行)—0(激光脫離管道實(shí)體)。
[0093]從上述關(guān)系中我們知道，在光電開關(guān)的狀態(tài)信號輸入控制裝置后，接收到第二個O信號的時(shí)候，停止垂直方向的向上移動;在清零后接收到第二個O信號的時(shí)候，表示右移到管道的右端面，此時(shí)，給出一個控制信號，由控制裝置加上L3的偏移量，再向右移動L3，停止右移。
[0094]部件組成:
包括圖像采集裝置、圖像采集裝置控制主機(jī)、上位機(jī)(PC計(jì)算機(jī))，圖像采集裝置的攝像頭單元、圖像傳輸單元、拍攝控制單元、處理器、上位機(jī)，所述攝像機(jī)或照相機(jī)單元、圖像傳輸單元、拍攝控制單元、處理器依次連接，處理器與PC機(jī)雙向通訊連接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括， 圖像采集裝置定位系統(tǒng)，確定圖像采集裝置對管道端面進(jìn)行圖像采集時(shí)圖像采集裝置的位置，使圖像采集裝置的焦點(diǎn)對準(zhǔn)管道端面的圓心； 圖像采集裝置，對管道端面圖像進(jìn)行采集； 圖像處理系統(tǒng)，對采集的管道端面圖像進(jìn)行圖像處理，提取端面邊緣； 圓度值計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)提取的端面邊緣像素，計(jì)算管道端面水平直徑和垂直直徑，根據(jù)所述水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:還包括， 圓度值合格閾值設(shè)定模塊，設(shè)定合格圓度值的閾值范圍； 圓度值合格判斷模塊，將計(jì)算出的圓度值與設(shè)定的圓度值合格閾值相比較，判斷圓度值是否合格。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像采集裝置定位系統(tǒng)包括光電開關(guān)反射光束定位模塊，用于測量計(jì)算管道端面的圓心。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述圖像采集裝置定位系統(tǒng)還包括激光測距模塊，檢測圖像采集裝置與管道端面的水平距離。5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:還包括管道雙端面偏差計(jì)算系統(tǒng)，根據(jù)計(jì)算出的兩個端面的水平直徑和垂直直徑，得出兩個端面的水平直徑的差值和垂直直徑的差值，以確定管道兩個端面的偏差是否符合要求。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管道圓度值自動檢測系統(tǒng)，其特征在于:還包括， 雙端面偏差合格閾值設(shè)定模塊，設(shè)定合格雙端面偏差的閾值范圍； 雙端面偏差合格判斷模塊，將計(jì)算出的雙端面偏差與設(shè)定的雙端面偏差合格閾值相比較，判斷雙端面偏差是否合格。7.一種管道圓度值自動檢測方法，具體方法為: 采用圖像采集裝置對準(zhǔn)管道兩個端面圓心位置進(jìn)行兩個端面的圖像采集，并將采集的圖像發(fā)送給圖像處理系統(tǒng);所述圖像處理系統(tǒng)對采集的端面圖像進(jìn)行圖像處理提取端面邊緣，得到各端面的圓度值;所述圓度值的計(jì)算方法為:對采集的端面圖像進(jìn)行圖像灰度處理提取端面邊緣，根據(jù)像素計(jì)算管道端面水平直徑和垂直直徑，根據(jù)所述水平直徑和垂直直徑的比值計(jì)算得到該端面的圓度值。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管道圓度值自動檢測方法，所述方法還包括，將管道兩個端面的水平直徑進(jìn)行比較，確定兩個水平直徑的差值;將管道兩個端面的垂直直徑進(jìn)行比較，確定兩個垂直直徑的差值;通過兩個差值以確定兩個端面的偏差是否符合要求。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管道圓度值自動檢測方法，管道端面圓心位置的定位方法為:圖像采集裝置定位系統(tǒng)沿管道端面垂直直徑方向移動，通過光電開關(guān)對反射光束做出的反應(yīng)，記錄端面直徑內(nèi)圓或外圓的上端沿和下端沿，則上端沿和下端沿的中心點(diǎn)即為該端面的圓心位置。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的管道圓度值自動檢測方法，所述方法還包括，調(diào)整圖像采集裝置與管道端面的水平距離，使采集的管道端面直徑方向的外沿距離所采集的圖像邊框的最小距離，小于等于平行于該距離方向的圖像邊框邊長的5%。
【文檔編號】G01B11/24GK105865372SQ201610422947
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】江華, 周波, 付學(xué)剛, 王帥, 梁銀波, 鄧如彬
【申請人】四川理工學(xué)院