专利名称：非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法
技术领域：
本发明涉及一种测量技术，特别是一种非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法。
背景技术：
机器视觉技术是用摄像机或照相机等图象采集设备及图象处理软件协同作业来 代替人眼对图象进行识别、尺寸测量、形状匹配等检查。机器视觉的最大优势在于测量设备 不存在主观因素，不会疲劳，各次测量都保持一致性。目前钢管行业中各轧管厂在对钢管管端进行尺寸测量时长期靠人工用量具进行 手动测量，测量数据偏少，对壁厚不均和椭圆度不能给出直观的判断，测量的准确性受生产 节奏、环境、量具的精度及测量人员的主观因素影响较大。手工测量钢管管端尺寸是用壁厚千分尺测量钢管壁厚。壁厚千分尺的平头与钢管 外壁接触，尖头与内壁接触，平头与尖头之间的距离为钢管壁厚。长期手测对量具的损耗较 大，这样就造成量具的维护及采购成本居高不下，而测量人员的测量方法、素质、责任心、体 力等也会对测量结果有非常大的影响。为了降低测量成本，消除人为因素对测量结果的影 响，急需开发一种机器视觉技术配合合适的算法以取代替人工测量。
发明内容
为解决上述技术中存在的问题，本发明提供一种非接触测量钢管管端尺寸图象处 理方法，用CCD摄像头代替人眼，用机器视觉算法代替壁厚千分尺实现钢管壁厚的自动测 量从而取代手工测量。以利于提高测量精度。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种非接触测量钢管管端尺寸图 象处理方法，该方法使用机器测量钢管管端尺寸时，选用德国MVTec公司的HALCON计算机 图象处理和计算机视觉处理软件进行，该方法包括以下步骤首先，用CCD摄像机对被测钢管管端进行图象采集，将所采集的图象信息传输到 工控机中；其次，利用所述HALCON计算机图象处理和计算机视觉处理软件对所述被测钢管 管端图象进行处理，经处理后得到一个被测钢管管端的轮廓圆环，对被测钢管管端图像的 内外轮廓进行拟合，得到内外两个圆，并标出两圆的圆心，把外圆的圆心作为圆环的中心， 做通过中心的N条直线，直线与被测钢管管端内外圆有4N个交点，经所述处理软件测量直 线与圆环一侧两交点的距离，即为被测钢管管端的壁厚在整个图像中所占的像素值，所述 像素值乘以一个固定比例值P后得到管端壁厚实际值；固定比例值P的取得在CCD摄像机和被测钢管管端距离固定的情况下壁厚所占 像素值与实际壁厚值之间存在一个固定的比例关系，用机器测量已知管端壁厚实际值的标 准件的壁厚，得出标准件壁厚在图像中所占的像素值，按下述公式可得比例值P:固定比例值P =标准件壁厚实际值/标准件壁厚像素值；在得出固定比例值P后，只要将被测钢管管端壁厚在图像中所占的像素值乘以固定比例值P即得出被测钢管管端的实际壁厚值。本发明的效果是该方法能消除由于钢管在进行切割作业时产生毛刺或壁厚不均 勻对最终的测量结果造成的影响，与人工用壁厚千分尺测量管端尺寸的原理一致。在未使 用该算法前，内外圆圆心相差两个像素，造成最终的测量精度降低。使用新的算法后，测量 精度不受圆心的影响，测量精度只与摄像机的像素和距离有关，避免了因测量人员的主观 因素的不利影响，提高测量精度。
图1本发明的确定线段AB的长度即为A点的壁厚示意图。
具体实施例方式结合附图对本发明的非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法加以说明。经过试用比较美国NI公司的VISION软件和德国MVTec公司的HALCON软件后，综 合各方面的因素，选用德国MVTec公司的HALCON图象处理软件。HALCON是一款全能的机器 视觉软件包，它以计算机图象处理和计算机视觉技术为基础，提供当今功能最强大的视觉 算法开发包，是世界最全面的机器视觉处理软件。支持世界上最流行的图象采集设备，支持 C#，C++，VC，VB等编程语言。该软件包含1100多个图象处理及分析算子，可以进行一维、二 维、三维的尺寸测量，集成电路板的检测，条形码的扫描检测，工件分选，外形匹配检测等功 能。本发明使用该软件主要是开发钢管管端测量系统的测量程序，并导出为C#语言程序嵌 入系统程序中进行图形分析。一般的处理算法是利用美国NI公司的VISION或德国MVTec公司的HALCON等图 象处理软件对钢管管端图象进行多种处理后得到一个管端的轮廓。对被测钢管管端图像的 内外轮廓进行拟合，得到内外两个圆，并标出两圆的圆心，把外圆的圆心作为圆环的中心， 做通过中心的N条直线，直线与被测钢管管端内外圆有4N个交点，经所述处理软件测量直 线与圆环一侧两交点的距离，即为被测钢管管端的壁厚在整个图像中所占的像素值，所述 像素值乘以一个固定比例值P后得到管端壁厚实际值。但在实际的现场应用过程中发现由于生产的钢管在进行切割时，有些钢管的管端 会有毛刺出现或者是钢管本身存在壁厚不均勻的情况时，在进行管端图象处理时会影响内 外圆的拟合，内外圆圆心不重合，且距离较大，在这种情况下把外圆的圆心作为圆环的中心 就不合适了。本发明的非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法，该方法使用机器测量钢管管端 尺寸时，选用德国MVTec公司的HALCON计算机图象处理和计算机视觉处理软件进行，该方 法包括以下步骤首先，用CCD摄像机对被测钢管管端进行图象采集，将所采集的图象信息传输到 工控机中；其次，利用所述HALCON计算机图象处理和计算机视觉处理软件对所述被测钢管 管端图象进行处理，经处理后得到一个被测钢管管端的轮廓圆环，对管端图像的内外轮廓 进行拟合，得到内外两个圆，并标出两圆的圆心，把外圆的圆心作为圆环的中心，做通过中 心的N条直线，直线与被测钢管管端内外圆有4N个交点，经所述处理软件测量直线与圆环一侧两交点的距离，即为被测钢管管端的壁厚在整个图像中所占的像素值，所述像素值乘 以一个固定比例值P后得到管端壁厚实际值；固定比例值P的取得在CXD摄像机和被测钢管管端距离固定的情况下壁厚所占 像素值与实际壁厚值之间存在一个固定的比例关系，用机器测量已知管端壁厚实际值的标 准件的壁厚，得出标准件壁厚在图像中所占的像素值，按下述公式可得比例值P:固定比例值P =标准件壁厚实际值/标准件壁厚像素值；在得出固定比例值P后，只要将被测钢管管端壁厚在图像中所占的像素值乘以固 定比例值P即得出被测钢管管端的实际壁厚值。本发明的非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法是这样实现的在进行壁厚测量时会出现大的偏差，影响最终的测量精度。经过讨论和研究，本发 明的测量算法不确定内外圆的圆心，而是在外圆轮廓的某一点上作出通过该点的切线，然 后作通过该点且垂直于切线的一条直线，该直线与管端内外轮廓有两个交点，如图1所示， 图中模拟钢管壁厚不均勻的情况，直线1为通过外圆右侧某点A的切线，直线2为通过点A 直线1的垂线，与内圆相交于点B。线段AB的长度即为A点的壁厚。测量两交点之间的距离即得到该点的壁厚所占的像素值，通过一个固定的比例换 算后即可得到实际的该点壁厚值。根据实际需要确定测量的点数。这种方法消除了内外圆 圆心不重合给测量结果带来的影响，并且是与手工拿壁厚千尺测量原理一致。经过实际现 场实际测量效果明显，测量精度明显提高。测量同一管端8个点的壁厚值与壁厚千分尺所测得值的比较结果未使用本方法前标准管58.9 X 4. 98 (mm)
权利要求
1. 一种非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法，该方法使用机器测量钢管管端尺寸 时，选用德国MVTec公司的HALCON计算机图象处理和计算机视觉处理软件进行，该方法包 括以下步骤首先，用CCD摄像机对被测钢管管端进行图象采集，将所采集的图象信息传输到工控 机中；其次，利用所述HALCON计算机图象处理和计算机视觉处理软件对所述被测钢管管端 图象进行处理，经处理后得到一个被测钢管管端的轮廓圆环，对被测钢管管端图像的内外 轮廓进行拟合，得到内外两个圆，并标出两圆的圆心，把外圆的圆心作为圆环的中心，做通 过中心的N条直线，直线与被测钢管管端内外圆有4N个交点，经所述处理软件测量直线与 圆环一侧两交点的距离，即为被测钢管管端的壁厚在整个图像中所占的像素值，所述像素 值乘以一个固定比例值P后得到管端壁厚实际值；固定比例值P的取得在CCD摄像机和被测钢管管端距离固定的情况下壁厚所占像素 值与实际壁厚值之间存在一个固定的比例关系，用机器测量已知管端壁厚实际值的标准件 的壁厚，得出标准件壁厚在图像中所占的像素值，按下述公式可得比例值P:固定比例值P =标准件壁厚实际值/标准件壁厚像素值；在得出固定比例值P后，只要将被测钢管管端壁厚在图像中所占的像素值乘以固定比 例值P即得出被测钢管管端的实际壁厚值。
全文摘要
本发明提供一种非接触测量钢管管端尺寸图象处理方法，该方法包括以下步骤用CCD摄像机对被测钢管管端进行图象采集，将所采集的图象信息传输到工控机中；利用计算机图象处理和计算机视觉处理软件对被测钢管管端图象进行处理，得到被测钢管管端的轮廓圆环，对被测钢管管端图像的内外轮廓进行拟合，并标出圆环的中心，做通过中心的N条直线，经所述处理软件测量直线与圆环一侧两交点的距离，即为被测钢管管端的壁厚在整个图像中所占的像素值，将被测钢管管端壁厚在图像中所占的像素值乘以固定比例值得出被测钢管管端的实际壁厚值。有益效果是该方法能消除由于钢管在进行切割作业时产生毛刺或壁厚不均匀对最终的测量结果造成的影响，避免了因测量人员的主观因素的不利影响，提高测量精度。
文档编号G01B11/06GK102141380SQ201010609598
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者张俊峰, 郭瑞卿, 高景华 申请人:天津钢管集团股份有限公司