一种基于视觉检测的螺旋焊管管线外径测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于螺旋焊管管径测量技术领域，涉及一种基于视觉检测的螺旋焊管管线外径测量装置和方法。
【背景技术】
[0002]在钢铁行业的钢管生产中，伴随着国内外管道建设“大口径、厚壁、高钢级”的趋势，大口径螺旋焊管的生产比重已经占得越来越大。在螺旋焊管生产行业中，均要求在成型阶段对钢管直径进行测量，以保证产品质量。目前，工厂常用的管径测量方法是由人工采用卷尺进行测量。这种测量方式的存在以下缺点:自动化程度差，劳动强度比较大；测量结果受人为影响因素大；只能得到钢管管径的平均值；检测的频率低。
[0003]非接触式测量方法具有精度高、效率高、易于实现自动化等优点，逐渐受到重视。但现有的测量方法中，测量的精度受到传感器的位置标定和定位精度的影响较大。专利号为CN 201488707的实用新型，描述了一种螺旋焊管线钢管管径测量装置，采用激光传感器测量得到钢管内径，但是无法实现测量钢管外径的目的，而且精度也容易受到位置标定和定位精度的影响。
【发明内容】
[0004]根据【背景技术】所述，本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、测量准确的基于视觉检测的螺旋焊管管线外径测量装置。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
[0006]一种基于视觉检测的螺旋焊管管线外径测量装置，包括工业相机1，工业相机2，网格标定靶标，线激光发生器，悬臂，导轨，升降机构，测量平台，其特征在于:工业相机1、工业相机2、网格标定靶标、线激光发生器、悬臂、导轨固定在测量平台上；线激光发生器产生的激光平面垂直于水平面，与导轨的方向垂直；工业相机I与升降机构相连接，通过升降机构固定在导轨的滑块上，其中心光轴与导轨的方向平行，垂直于线激光发生器产生的激光平面；工业相机2通过悬臂固定在测量平台上，工业相机2的中心光轴在线激光发生器产生的激光平面内，并与水平面相垂直；网格标定靶标放置在所述的线激光发生器产生的激光平面内，与工业相机I的中心光轴垂直，网格标定靶标竖直方向的中心线与导轨的中心线在同一个平面内。
[0007]优选的是，所述的工业相机I的镜头和线激光发生器的激光平面的垂直距离为400 ?1400mmo
[0008]优选的是，所述的线激光发生器和导轨的中心线的垂直距离为300-600mm，导轨的长度为 600-1000mm。
[0009]优选的是，所述的网格标定靶标通过支座装配在测量平台上，并且可以拆卸。网格标定革E标采用15格X 15格、每格的尺寸精确为1mmX 1mm的制式。
[0010]优选的是，所述的测量装置通过导轨长度的选择以及升降机构的配合可以对管径范围为219-630mm的螺旋焊管进行管线外径测量。
[0011]本发明还提供了一种基于视觉检测的螺旋焊管管线外径测量方法，包括步骤如下:
[0012](I)将测量装置放置在螺旋焊管生产线一侧，测量平台保持水平，调整升降机构，使工业相机I的中心光轴与钢管的中心线在同一水平高度，调整测量装置的位置，使激光发生器产生的激光平面与钢管边缘的夹角为60°?80°，同时激光平面与螺旋焊管相交的激光线在工业相机I的视野内，调整悬臂的角度和高度，使工业相机2能够同时清楚拍摄激光线和钢管边缘；
[0013](2)将网格标定靶标固定在测量平台上，调整升降机构，使工业相机I的中心光轴与网格标定靶标的水平中心线在同一高度，调整导轨上的滑块位置，微调工业相机I的镜头，使工业相机I能清楚完整的拍摄整个标定靶标，固定导轨上的滑块位置，拍摄下此时的标定革G标图像，通过拍摄的图像可以对工业相机I进行标定；
[0014](3)将标定靶标从测量平台上拆卸掉，调整升降机构的高度，使工业相机I能够清楚拍摄到钢管上的激光弧线，且激光弧线在拍摄图像的中间位置，固定升降机构的高度；
[0015](4)当螺旋焊管的生产开始时，通过计算机上的图像拍摄软件同步控制工业相机
1、2拍摄钢管图像，每一时刻两个相机拍摄的图像作为同一时刻的不同类别的图像，工业相机I拍摄的图片包含了螺旋焊管的边缘信息和激光线的信息，工业相机2拍摄的图片包含了螺旋焊管上激光线的随钢管不同位置的变化信息。随着螺旋焊管的不断旋转，两个相机按照一定频率不断拍摄钢管不同位置时的图像，当钢管旋转一周时，将两个相机拍摄的所有图像作为同一组图像；
[0016](5)根据工业相机2拍摄的图像，进行图像处理，得到激光平面与螺旋焊管边缘之间的夹角。
[0017](6)由工业相机I拍摄的激光弧线图像，我们需要进行图像处理，提取出激光弧线的中线。
[0018]优选的是，所述步骤(5)的具体操作为:
[0019]①寻找激光线的中线方程:首先将灰度图像经过图像滤波，图像增强之后，对图像进行灰度分析，对图像中激光线的部分沿行寻找最亮点作为激光线的中心点，再对寻找到的激光点采用最小二乘直线拟合，拟合出的直线方程作为激光线的中线方程，直线斜率记为k!。
[0020]②寻找螺旋焊管边缘直线方程:对灰度图像采用Sobel边缘检测算子进行边缘检测，得到钢管边缘和激光线的二值图像，去除激光点，对剩余的点采用最小二乘法进行钢管边缘的直线拟合，得到螺旋焊管的边缘直线方程，直线斜率记为k2;
[0021]③计算激光平面与螺旋焊管边缘之间的夹角:两者的夹角记为γ，夹角的计算公式为 Y = I arctan (Ii1) - arctan (k2) | ；
[0022]优选的是，所述步骤￠)的具体操作为:
[0023]①提取激光弧线中心点的图像坐标:将图像进行灰度变换，图像滤波之后，对激光弧线部分逐行寻找最亮点，将最亮点作为激光弧线的中心点，然后采用对每一点附近的五个点取平均值的方法进行平滑处理，处理后的点记为(X，Y)；
[0024]②计算激光弧线中心点的实际坐标:根据相机的标定结果，将提取出来的激光点像素坐标转换到实际坐标，具体方法是，检测激光弧线在图像中的位置以及对应在靶标图像中的网格位置，根据激光点的不同位置自动调用合适的拟合系数，转换成实际坐标，记为(Xw, Yw)；
[0025]③激光点投影到与螺旋焊管中心轴垂直的平面上:由于激光平面与水平面垂直，与螺旋焊管成一定角度相交，相贯线为一个椭圆，因此需要按照两者之间的角度将相贯线投影到与螺旋焊管中心轴线相垂直的平面上，才能进行管径的提取，这个角度就是工业相机2获得的角度γ，投影时，由于工业相机I水平拍摄，即拍摄的图像横向坐标轴与水平面平行，所以投影前后图像的纵向坐标未发生改变，只需要按照投影角度调整激光点的横坐标，投影后的坐标记为(X" Yr)，转换公式为:
[0026]Xr= XwXcos γ ；
[0027]Yr= Yw；
[0028]④拟合得到螺旋焊管外径和椭圆度信息:得到圆弧坐标点(X" Yr)后，采用最小二乘法圆拟合，得到螺旋焊管旋转到此刻位置时的激光线部分对应的钢管管径，当螺旋焊管旋转一周结束时，得到若干个螺旋焊管不同位置的管径数据，通过取平均值去除误差的方式确定螺旋焊管的平均管径，同时可以对不同位置管径数据的差异进行分析，得到螺旋焊管的椭圆度等信息。
[0029]本发明相对于现有技术的有益效果在于:
[0030]1.改变了原先的人工测量方式，可以自动获得螺旋焊管的外径及椭圆度数据，其精度可以保证在0.1mm以下，相比手工测量更精确、效率更高，同时所得数据可以自动存储，以供数据追溯。
[0031]2.改善了传统的激光视觉传感器