一种钢管运行速度的监测方法
【专利摘要】本发明提供了一种钢管运行速度的监测方法,包括：通过CCD照相机每间隔预定时间对钢管拍摄一张照片，以获取时间间隔相同的图像序列；对所述图像序列中的图像进行中值滤波；对中值滤波后的图像进行Gamma变换处理以剔除背景；对图像进行标定；利用边缘搜索算法确定边缘；根据图像标定和边缘检测计算出钢管移动的实际距离，对距离数据运用最小二乘法曲线拟合，计算出直线的斜率即为钢管的移动速度。上述优于传统的接触式和非接触式测速方法，而且能够很好的适用于工业现场的恶劣环境，提高测量精度，节约大量人力物力。
【专利说明】一种钢管运行速度的监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业【技术领域】，特别是指一种钢管运行速度的监测方法。
【背景技术】
[0002]3PE防腐可使埋地管道的寿命达到50年，目前在国际上被认为是最先进的管道外防腐技术，它已成为今后管道外防腐层的发展方向。在工业生产过程中，常常需要对运动目标的速度进行精确测量。在对钢管进行3PE防腐处理的过程中，钢管的移动速度直接影响到生产线的产量和效率；且精确测量钢管的运动速度也实现了传动系统真正意义上的闭环控制，从而保证3PE钢管防腐生产系统的高速、稳定运行。
[0003]随着科技的发展和市场需求的增加，传统的3PE防腐生产系统亟待改进，以提高产能，速度的准确测量成为一大难题，而且现场噪声比较大，粉尘严重，灯光效果差等，更是加大了测速的难度。现有的3PE涂敷作业线中，钢管是被胶轮以一定角度挤压着旋转前进的，现场工人根据多年经验采用手动的测速方法。该方法主要分为两步:一是根据经验设定胶轮转速，二是用在空间的同一个位置用标记笔对运动的钢管做标记，待钢管转过一圈观察标记的两条平行线的距离是否等于钢管的螺纹宽度。这样测速不仅效率低，而且测得的数据误差比较大，限制了钢管的速度。
[0004]目前工业界广泛应用的测速系统主要分为两类:接触式和非接触式测速:
[0005]接触辊式速度检测法是应用最广泛的一种接触式测速方法，把测量辊接触在行进的物体上，被测物体以一定速度行进并带动测量辊转动，由测量辊的转速和周长求得物体的速度。在3PE防腐生产的过程中，钢管是旋转前进的，采用接触辊法测量速度会产生扭矩，对测量辊和钢管造成损伤。
[0006]非接触式测速方法中使用比较多的是激光测速，该方法能通过激光对物体运行速度的测量，它的基本原理是对被测物体进行两次有特定时间间隔的激光测距，取得在该一时段内被测物体的移动距离，从而得到该被测物体的移动速度，同时它也是一种新型的测速测量技术。在3PE防腐生产的过程中，工业现场会产生电场、粉尘、高频噪声等影响激光测速的精度，而且在钢管体上有螺纹，严重影响激光测速。现有的测速方法已不适合防腐环境的测速，因此发明了一种基于工业CCD的3PE防腐过程钢管非接触式测速系统，该测速系统抗干扰性强，测量精度高，能够有效适用于环境恶劣的工业现场。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种钢管运行速度的监测方法，在3PE防腐处理时钢管同时发生转动和位移的情况下能够精确对钢管运行速度进行监测。
[0008]为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种钢管运行速度的监测方法，包括:
[0009]步骤1、通过CXD照相机每间隔预定时间对钢管拍摄一张照片，以获取时间间隔相同的图像序列；
[0010]步骤2、对所述图像序列中的图像进行中值滤波；[0011]步骤3、对中值滤波后的图像进行Ga_a变换处理以剔除背景；
[0012]步骤4、对图像进行标定；
[0013]步骤5、利用边缘搜索算法确定边缘；
[0014]步骤6、根据图像标定和边缘检测计算出钢管移动的实际距离，对距离数据运用最小二乘法曲线拟合，计算出直线的斜率即为钢管的移动速度。
[0015]作为上述技术方案的优选，所述步骤I具体为:
[0016]步骤11、将CXD照相机固定在支架上，并使所述C⑶照相机的拍摄方向垂直于所述钢管的轴向并对准所述钢管；
[0017]步骤12、每间隔预定时间对钢管拍摄一张照片，以获取时间间隔相同的图像序列。
[0018]作为上述技术方案的优选，所述步骤2具体为:
[0019]步骤21、将模板在图像中漫游，并将模板中心与图像中心的一个像素的位置重合；
[0020]步骤22、读取模板内的各对应像素的灰度值并进行排序，取排序的灰度值中的中间值作为所述模板中心的该一个像素的值；
[0021]步骤23、采用以下公式对图像进行中值滤波
[0022]g (x, y) = median {f (x~k, y-1)}, (k, i e w)`[0023]其中f (X，y)和g(x，y)分别为原始图像和处理后的图像，w为二维模板，k、i为二位模板中像素值的坐标。
[0024]作为上述技术方案的优选，所述步骤3具体为:
[0025]步骤31、增大图像的Ga_a值以使图像整体变暗并使背景部分的灰度值降低；
[0026]步骤32、增大图像的对比度以使图像进一步变暗并使背景部分的灰度值为O ;
[0027]步骤33、减小图像的Gamma值以使物体部分明显变亮并使背景部分灰度值依旧是O0
[0028]作为上述技术方案的优选，所述步骤4具体为:
[0029]步骤41、确定CXD相机的视场；
[0030]步骤42、在视场内设定一个圆点半径及圆点边距的像素值；
[0031]步骤43、根据CCD相机的像素值确定视场内的圆点的个数，根据视场的实际距离除以圆点个数计算出每一圆点的实际大小；
[0032]步骤44、生成标定板。
[0033]作为上述技术方案的优选，所述步骤5具体为:
[0034]步骤51、对经高斯函数平滑处理后的图像f (X)在X = ο处做Taylor级数展开:
【权利要求】
1.一种钢管运行速度的监测方法，其特征在于，包括: 步骤1、通过CCD照相机每间隔预定时间对钢管拍摄一张照片，以获取时间间隔相同的图像序列； 步骤2、对所述图像序列中的图像进行中值滤波； 步骤3、对中值滤波后的图像进行Ga_a变换处理以剔除背景； 步骤4、对图像进行标定； 步骤5、利用边缘搜索算法确定边缘； 步骤6、根据图像标定和边缘检测计算出钢管移动的实际距离，对距离数据运用最小二乘法曲线拟合，计算出直线的斜率即为钢管的移动速度。
2.根据权利要求1所述的钢管运行速度的监测方法，其特征在于，所述步骤I具体为: 步骤11、将CCD照相机固定在支架上，并使所述CCD照相机的拍摄方向垂直于所述钢管的轴向并对准所述钢管； 步骤12、每间隔预定时间对钢管拍摄一张照片，以获取时间间隔相同的图像序列。
3.根据权利要求1所述的钢管运行速度的监测方法，其特征在于，所述步骤2具体为: 步骤21、将模板在图像中 漫游，并将模板中心与图像中心的一个像素的位置重合； 步骤22、读取模板内的各对应像素的灰度值并进行排序，取排序的灰度值中的中间值作为所述模板中心的该一个像素的值； 步骤23、采用以下公式对图像进行中值滤波 g (X，y) = median {f (χ-k, y-1)}, (k, i e w) 其中f (x，y)和g(x，y)分别为原始图像和处理后的图像，w为二维模板，k、i为二位模板中像素值的坐标。
4.根据权利要求1所述的钢管运行速度的监测方法，其特征在于，所述步骤3具体为: 步骤31、增大图像的Ga_a值以使图像整体变暗并使背景部分的灰度值降低； 步骤32、增大图像的对比度以使图像进一步变暗并使背景部分的灰度值为O ; 步骤33、减小图像的Gamma值以使物体部分明显变亮并使背景部分灰度值依旧是O。
5.根据权利要求1所述的钢管运行速度的监测方法，其特征在于，所述步骤4具体为: 步骤41、确定CCD相机的视场； 步骤42、在视场内设定一个圆点半径及圆点边距的像素值； 步骤43、根据CCD相机的像素值确定视场内的圆点的个数，根据视场的实际距离除以圆点个数计算出每一圆点的实际大小； 步骤44、生成标定板。
6.根据权利要求1所述的钢管运行速度的监测方法，其特征在于，所述步骤5具体为: 步骤51、对经高斯函数平滑处理后的图像f(x)在X =。处做Taylor级数展开:
/(.?) = f(a) + f(a)(x -a) + ^/'{α)(χ- - af + ,.....2⑴ 其中，f (a)与f’ (a)分别是信号f (X)在x=a处的一阶导数和二阶导数； 当f(a) = O时,信号f (X)在x=a处存在极值点，当f’ (a)在x=a处改变符号时,则x=a为信号f (X)的拐点。对于一维信号，a代表边缘点的横坐标:当f' (a) =O, f’ ’ (a) > 0,边缘点为局部极小值点； 当f (a) =0, f (a) < O,边缘点为局部极大值点； 当f，’(aOf’ ’ (a.) < 0，边缘点为拐点； 步骤52、采用Sobel算子进行边缘检测，其中Sobel算子的表达式:
7.根据权利要求6所述的钢管运行速度的监测方法，其特征在于，所述步骤5还包括:当检测不到图像的边缘时，忽略该图像对应的时间和移动距离。
【文档编号】G06T5/00GK103810676SQ201410001544
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2014年1月2日
【发明者】杨旭, 宗大桥, 李江昀, 文博, 丁大伟, 童朝南 申请人:北京科技大学