专利名称：一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种几何量测量装置，具体是涉及一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置。
背景技术：
无缝钢管在检测时，如图1所示，首先由前输送辊道组1输入钢管，钢管2螺旋前进，超声检测池3抬起，钢管便进入超声检测单元4，此时超声检测启动，整根钢管检测完毕由后输送辊道组5输出。在检测过程中，钢管与超声换能器之间的距离变化和水耦合状况是决定最终检测结果的关键因素，而距离和水耦合的控制主要取决于输送辊道和检测单元整线进给方向的同轴度和平面度。虽然在系统的安装过程中，可以采用多种测试手段(如利用拉线法和水平仪)来确保整条线的同轴度和平面度，但是实际检测中，钢管处于螺旋进给的运动状态，受辊轮变形、检测池夹紧、各电机转速的差异以及总驱动力的波动等因素的影响，静态调整后的同轴度和平面度显然不能真实反映动态时的情形。因此，如何定量测出系统动态情形下的同轴度和平面度并指导本体安装调整是确保整个检测系统性能的关键所在。目前，对于旋转体几何中心的确定或对中的测试方法主要分为两大类接触式和非接触式测试法。实际应用中，考虑到被测对象的运行工况、规格、测试仪器安装的可行性和安全性，接触式测试方法受到了极大的约束。而以激光作为测试参考轴的非接触式法，由于激光本身具有很好的直线传播特性、光能集中且具备感应放大微小尺寸变动的能力，在长距离测试领域得到了广泛的应用。其中最具代表性的是激光轴类的检测仪及其相关的定性和定量对中方法。激光轴对中仪和二维横向塞曼双频激光直线度/同轴度测量装置是定量检测典型仪器。这两种定量检测装置的共同点都是在控制激光发射传播的基础上，利用光电靶将接收到的激光转为电信号并由微机收集处理显示测量值。但是二者对于发射源和接收光电靶的安装有特别要求，尤其是光电靶的安装精度直接影响着测试精度；此外，二者一般用于静态检测，对于动态被测对象，若要测试同轴度和平面度，光电靶必须能跟随运动对象的运动轨迹，这对于负责光电转换并传输信号的实体靶安装显然是相当困难的。现有的定性检测法中，将光电靶替换成标有刻度的普通靶并使激光斑直接显示在靶上。测试时只要将靶安装在运动物体相对于激光源的一端，被测物体在运动中发生轴线偏离将会带动靶心偏离光轴，当靶心越过划定区域意味着被测对象未满足目标同轴度和平面度要求。相比较于定量检测法，该方法的测试仪器结构简单便于实施，但是由于缺乏定量的偏差值描述，对于进一步指导大中型被测对象的安装精度调整显得力不从心。现有的检测方法中， 无论是定性还是定量检测法，在检测诸如无缝钢管检测系统长距离设备的同轴度和平面度时，都不容回避激光束扩散的现实问题。普通激光源发射点光斑面积约为6. ^mm2,激光经过30m左右的传播后，其光斑面积可扩散到约490. 87mm2。这意味着检测仪设计过程中必须考虑远程聚光问题从而增加仪器的复杂度，否则测试结果的置信度将大大降低。发明内容针对背景技术领域中存在的局限性，本实用新型的目的在于提供一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置。本实用新型采用的技术方案是一、一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量方法本实用新型评价方法的步骤如下在螺旋输送系统的输入端和输出端分别安装激光源和视觉检测系统，标准样管的尾端安装激光入射点控制圆盘，前进端安装分布着三个发光二极管的光靶，激光轴穿越入射点控制圆盘照射在光靶上，标准样管在输送时，视觉检测系统每隔一定时间进行一次图像采集和处理，并计算出发光二极管所在圆的圆心到激光斑质心之间的距离，从而消除光斑扩散对测量的影响，实现定量测量同轴度和平面度。所述同轴度定量测量法为利用标准样管前进过程中视觉检测系统图像采集传感器采集光靶在不同运动位置的图像并上传到PC机，PC机接收到视觉检测系统测控中心上传的图像后，截取目标处理区域的图像，运用高帽滤波处理技术、OSTU阈值处理技术、形态学处理技术、消噪技术、细化处理技术提取激光斑和光弧的轮廓，采用Hough变换和质心求解算法依次提取光弧轮廓所在圆的圆心和激光斑的质心并计算二者之间的距离，整根标准样管通过被测系统后，PC机统计出标准样管在不同位置光弧圆心到激光斑之间的最大距离，以该距离为半径，光弧圆心和激光入射点控制圆盘圆心所在直线为轴线，形成的假想圆柱体分布空间即为被测系统在该输送方向的同轴度。所述平面度定量测量法为利用标准样管前进过程中视觉检测系统图像采集传感器采集光靶在不同运动位置的图像并上传到PC机，PC机接收到视觉检测系统测控中心上传的图像后，截取目标处理区域的图像，运用高帽滤波处理技术、OSTU阈值处理技术、形态学处理技术、消噪技术、细化处理技术提取激光斑和光弧的轮廓，采用Hough变换和质心求解算法依次提取光弧轮廓所在圆的圆心和激光斑的质心，PC机分析并记录激光斑质心偏离光弧圆心所在平面的方向和距离，整根标准样管通过被测系统后，PC机统计出在光弧圆心所在平面上下方的最大距离，通过计算二者之间的差即为被测系统在该输送方向的平面度。二、一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置激光入射点控制圆盘、光靶、两个三角架、由图像采集传感器和基于PC机的图像采集控制与处理系统构成的视觉检测系统；其中1)激光入射点控制圆盘的一个端面中心有十字圆心标识的激光入射点，激光入射点控制圆盘安装在标准钢管的尾端面；2)光靶的一个端面上装有呈等腰直角三角形分布的三个发光二极管、靶心刻有十字标识，三个发光二极管经拨动开关与钮扣电池和电池座连接，光靶安装在标准钢管的前进端面；3)第一个三脚架上设有第一水平可调托盘，第一水平可调托盘上端面设有两个激光源夹具，两个激光源夹具中安装有激光源，第一个三脚架放置在激光入射点控制圆盘的一侧；4)第二个三脚架上设有第二水平可调托盘，第二水平可调托盘上端面设有图像采集传感器，图像采集传感器和基于PC机的图像采集控制与处理系统连接，第二个三脚架放置在光靶的一侧。所述的两个结构相同的水平可调托盘均包括三角形仪器固定板、三个转动卡爪、 三个调节螺杆、三个调节螺母、三角形底座和三个卡簧；三角形底座的三个角上分别装有调节螺杆，位于三角形底座与三角形仪器固定板间的三个调节螺杆下端分别与各自的调节螺母连接，三个调节螺杆上端与各自的转动卡爪连接，三个转动卡爪穿过三角形仪器固定板后分别用各自的卡簧连接，三角形仪器固定板上设有气泡水平仪，三角形底座中心开有底座固定螺孔；其中一个水平可调托盘的三角形仪器固定板中心开有激光源夹具固定孔。所述的两个结构相同的激光源夹具均包括锁紧螺钉、燕尾卡座、滚珠轴承、高度微调螺杆和两块活动卡片；高度微调螺杆下端与三角形仪器固定板中心的激光源夹具固定孔连接，高度微调螺杆上端与燕尾卡座下端的滚珠轴承连接，燕尾卡座上端开有燕尾槽，两块活动卡片下端与燕尾卡座上的燕尾槽连接，两块活动卡片上端用锁紧螺钉连接，两块活动卡片中间的半圆孔内安装激光源。所述的视觉检测系统包括基于MT9P031传感器图像采集传感器、基于DM6467测控中心模块以及PC上位机；基于DM6467测控中心模块中的PXI通讯控制模块、USB通讯控制模块和串口通讯控制模块分别经PXI通讯接口、USB通讯接口和串口通讯接口与PC上位机连接，基于DM6467测控中心模块中的Camera Link控制模块经Camera Link通讯接口与基于MT9P031传感器图像采集传感器连接。本实用新型具有的有益效果是在标准样管两端分别装上两个透明的有机玻璃薄圆盘，其中靠近进料端的圆盘刻有十字圆心标识，进给端的圆盘上装有三个到圆心等距呈等腰直角三角形分布的发光二极管且可根据工作需要随时控制灯的启停。打开安装在前输送辊道头部的激光源，调整光轴使其穿越两端圆盘的圆心，启动检测系统，钢管在螺旋进给时，采用图像采集传感器对准前进端靶位并由PC机控制周期采集靶图，引入图像处理技术提取发光二极管转动形成的“光弧”圆心和激光斑的质心，通过计算圆心和质心的距离，实现定量评价检测系统的同轴度和平面度。当被测系统分布距离为35nT45m时测量精度可达1mm。该方法同时还提供了结构简单，操作方便，并能实现自动化控制的装置。本实用新型可应用于冶金、军工、化工和交通等领域，应用范围较广。
图1是无缝钢管超声自动检测系统示意图。图2是本实用新型测量实例图。图3是激光入射点控制圆盘结构示意图。图4是光靶结构示意图。图5是标准样管螺旋进给中发光二极管形成的光弧和接收到的激光斑。图6是水平可调托盘主视图。图7是图6水平可调托盘三维示意图。图8是激光源夹具侧视图。图9是图8激光源夹具三维示意图。图10是视觉检测系统原理框图。[0032]图11是PXI通讯控制模块连接图。图12是Camera Link控制模块连接。图13是图像处理算法流程图。图14是实施例标准样管进入超声检测单元Im时的图像采集处理结果。图15是实施例标准样管尾端距离超声检测单元0. 5m时的图像采集处理结果。图16是实施例标准样管正进入超声检测单元时的图像采集处理结果。图17是实施例标准样管进入超声检测单元an时的图像采集处理结果。图中1、前输送辊道组，2、钢管，3、超声检测池，4、超声检测单元，5、后输送辊道组，6、三脚架，7、水平可调托盘，8、激光源开关，9、激光源夹具，10、激光源，11、激光源夹具高度调整机构，12、水平可调托盘高度调整机构，13、激光光轴，14、激光入射点控制圆盘， 15、输送辊道，16、标准样管，17、光靶，18、三脚架，19、图像采集传感器，20、基于PC机的图像采集控制与处理系统，21、螺钉固定孔，22、十字圆心标识，23、发光二极管，24、拨动开关， 25、钮扣电池和电池座，沈、连接导线，27、仪器固定板，观、转动卡爪，四、调节螺杆，30、调节螺母，31、底座，32、卡簧，33、激光源夹具固定螺孔，34、气泡水平仪，35、底座固定螺孔，36、 锁紧螺钉，37、燕尾卡座，38、滚珠轴承，39、高度微调螺杆，40、活动卡片，41、燕尾槽，42、轴承拆卸孔，43、光弧，44、激光斑，45、标准样管端面轮廓，46、激光斑质心，47、光弧圆心。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图2、图3、图4所示，本实用新型激光入射点控制圆盘14、光靶17、两个三角架 6，18、由图像采集传感器19和基于PC机的图像采集控制与处理系统20构成的视觉检测系统；其中1)激光入射点控制圆盘14的一个端面中心有十字圆心标识22的激光入射点，激光入射点控制圆盘14安装在标准钢管16的尾端面；2)光靶17的一个端面上装有呈等腰直角三角形分布的三个发光二极管23、靶心刻有十字标识22，三个发光二极管23经拨动开关M与钮扣电池和电池座25连接，光靶17 安装在标准钢管16的前进端面；3)第一个三脚架6上设有第一水平可调托盘7，第一水平可调托盘7上端面设有两个激光源夹具9，两个激光源夹具9中安装有激光源10，第一个三脚架6放置在激光入射点控制圆盘14的一侧；4)第二个三脚架18上设有第二水平可调托盘7，第二水平可调托盘7上端面设有图像采集传感器19，图像采集传感器19和基于PC机的图像采集控制与处理系统连接20， 第二个三脚架18放置在光靶17的一侧。所述水平可调托盘可用于固定激光源和图像采集传感器，并能调整二者的水平度和高度；三角支架，所述三角支架可用于固定水平可调托盘并调节其高度。高速视觉检测系统，所述采集系统以及所带的图像处理软件用于高速采集光靶图像数据，实时提取钢管进给端的圆心和光斑质心，进而计算二者之间的偏距。如图6、图7所示，所述的两个结构相同的水平可调托盘7 均包括三角形仪器固定板27、三个转动卡爪观、三个调节螺杆四、三个调节螺母30、三角形底座31和三个卡簧32 ；三角形底座31的三个角上分别装有调节螺杆四，位于三角形底座31与三角形仪器固定板27间的三个调节螺杆四下端分别与各自的调节螺母30连接，三个调节螺杆四上端与各自的转动卡爪观连接，三个转动卡爪观穿过三角形仪器固定板27后分别用各自的卡簧32连接，三角形仪器固定板27上设有气泡水平仪34，三角形底座31中心开有底座固定螺孔35 ；其中一个水平可调托盘7的三角形仪器固定板27中心开有激光源夹具固定孔33。如图8、图9所示，所述的两个结构相同的激光源夹9 均包括锁紧螺钉36、燕尾卡座37、滚珠轴承38、高度微调螺杆39和两块活动卡片40 ；高度微调螺杆39下端与三角形仪器固定板27中心的激光源夹具固定孔33连接，高度微调螺杆39上端与燕尾卡座37下端的滚珠轴承38连接，燕尾卡座37上端开有燕尾槽41，两块活动卡片40下端与燕尾卡座 37上的燕尾槽41连接，两块活动卡片40上端用锁紧螺钉36连接，两块活动卡片40中间的半圆孔内安装激光源10。如图10所述的视觉检测系统包括基于MT9P031传感器图像采集传感器、基于 DM6467测控中心模块以及PC上位机；基于DM6467测控中心模块中的PXI通讯控制模块、 USB通讯控制模块和串口通讯控制模块分别经PXI通讯接口、USB通讯接口和串口通讯接口与PC上位机连接，基于DM6467测控中心模块中的Camera Link控制模块经Camera Link 通讯接口与基于MT9P031传感器图像采集传感器连接。如图3所示，为激光入射点控制圆盘14，十字圆心标识22处于该盘圆心，盘的厚度为3mm，其上分布着四个均布的螺钉固定孔21。图4为光靶17，三个发光二极管23呈等腰直角三角形分布，到光靶22圆心的距离相等均为35mm，由拨动开关M、3v纽扣电池和电池座25和导线沈组成回路。两圆盘采用透明有机玻璃制作。如图11所示，PXI通讯控制模块主要包括5R和IOR阻抗匹配电阻以及PXI通讯接口，DM6467DSP 芯片上的 PCI_AD、PCI_TRYDn、PCI_STOPn、PCI_SEERn、PCI_INTAn、PCI_ CBE2n、PCI_IRDYn分别经5R阻抗匹配电阻与PXI通讯接口的相应引脚相连接，DM6467DSP 芯片上的 PCI_AD[8:31]、PCI_CBE0n、PCI_CBEln、PCI_CBE3n、PCI_DEVSELn、PCI_PERI n、PCI_ PAR、PCI_PRAMEn、PCI_IDSELn、PCI_RSTn分别经IOR阻抗匹配电阻与PXI通讯接口的相应引脚相连接，DM6467DSP芯片上的PCI_GNTn、PCI_REQn、PCI_CLK分别直接与PXI通讯接口相连接。图中箭头方向表示信号传输的方向。如图12 所示，Camera Link 控制模块主要包括 DS90LV031、DS90SR288A、100R 阻抗匹配电组，DM6467DSP芯片上的GP38、GP39和外部时钟CLK、总初始化信号RESTn分别与 DS90LV031相连接，DS90LV031产生的8路差分信号与Camera Link相连接；DM6467DSP芯片上的HYNC、VYNC、FIELD、PCLK、DATAW: 12]分别与DS90SI^88A差分合并信号输出端相连接，DS90SR288A差分信号输入端与Camera Link相连接，Camera Link数据线的另一端与基于MT9P031传感器图像采集传感器相连接。图中箭头方向表示信号传输的方向。整个算法的流程如图13所示，被测系统同轴度和水平度的定量测量方法需要分两步完成，这两步的具体实施过程如下第一步，在标准样管16的尾端安装激光入射点控制圆盘14，在前进端装上光靶 17，两个圆盘的外径与钢管的外径一致。在被测系统的进料端和出料端分别放置两个三脚架6，在三脚架上通过固定螺栓18安装两个相同的水平可调托盘7。进料端的水平可调托盘上安装两个激光源夹具9，并装上通用圆柱状激光源10，激光源工作的启停由激光源开关8来控制。将标准样管16回退到进料端起始点后停止。启动激光源10和光靶17上的发光二极管，调整螺杆四升降使光源达到合适高度，并保证气泡水平仪34中的气泡居中，此时转动水平可调托盘并调节高度微调螺杆39，确保激光轴13穿越圆盘14的圆心且照射到光靶17上，通过锁紧螺母18将水平可调托盘7锁紧在三脚架上。在出料端的水平托盘上放置一个基于MT9P031图像采集传感器19，调整图像采集传感器19的拍摄角度，使其拍摄效果最佳。启动视觉检测系统，标准样管16螺旋前进，光靶17跟随钢管一起旋转，当转动速度达到一定值时，光靶上的二极管发出的光形成“光弧”，且速度越高光弧接近闭合上位机周期触发采集命令给测控中心，从而使图像采集传感器19每隔一段时间进行一次图像采集并上传，上位机获取原始图像后，首先截取预先设定的目标图像区域，减少复杂环境的影响；采用高帽滤波算法对截取后的图像进行一次滤波加强光弧条状特征、除去激光斑影响； 引入OTSU阈值处理技术进行阈值处理；在开形态学和闭形态学处理后，消除小点噪声和光弧毛细；最后经过细化和Hough变换技术提取当前位置三段光弧的圆心在图像中的坐标依
次为(、，>'4 )、( , >\ )、( , J% )，由于系统在实际运行过程中存在不同程度的振动，导
致拍摄到的光弧有一定的畸变,表现为所提取的三段光弧的圆心并不重合。为了削弱振动
所产生的影响，利用均值来表示当前拍摄点的光弧圆心坐标巧(万，冗)，其中
权利要求1.一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置，其特征在于包括激光入射点控制圆盘(14)、光靶(17)、两个三角架(6，18)、由图像采集传感器(19)和基于PC机的图像采集控制与处理系统(20)构成的视觉检测系统；其中1)激光入射点控制圆盘(14)的一个端面中心有十字圆心标识(22)的激光入射点，激光入射点控制圆盘(14)安装在标准钢管(16)的尾端面；2)光靶(17)的一个端面上装有呈等腰直角三角形分布的三个发光二极管、靶心刻有十字标识(22)，三个发光二极管经拨动开关(24)与钮扣电池和电池座(25)连接，光靶(17)安装在标准钢管(16)的前进端面；3)第一个三脚架(6)上设有第一水平可调托盘，第一水平可调托盘上端面设有两个激光源夹具，两个激光源夹具中安装有激光源(10)，第一个三脚架(6)放置在激光入射点控制圆盘(14)的一侧；4)第二个三脚架(18)上设有第二水平可调托盘，第二水平可调托盘上端面设有图像采集传感器(19)，图像采集传感器(19)和基于PC机的图像采集控制与处理系统连接(20)，第二个三脚架(18)放置在光靶(17)的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置，其特征在于所述的两个结构相同的水平可调托盘均包括三角形仪器固定板(27)、三个转动卡爪、三个调节螺杆、三个调节螺母、三角形底座(31)和三个卡簧；三角形底座(31)的三个角上分别装有调节螺杆，位于三角形底座(31)与三角形仪器固定板(27)间的三个调节螺杆下端分别与各自的调节螺母连接，三个调节螺杆上端与各自的转动卡爪连接，三个转动卡爪穿过三角形仪器固定板(27)后分别用各自的卡簧连接，三角形仪器固定板(27)上设有气泡水平仪(34)，三角形底座(31)中心开有底座固定螺孔(35)；其中一个水平可调托盘的三角形仪器固定板(27)中心开有激光源夹具固定孔(33)。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置，其特征在于所述的两个结构相同的激光源夹具(9)均包括锁紧螺钉(36)、燕尾卡座(37)、滚珠轴承(38)、高度微调螺杆(39)和两块活动卡片；高度微调螺杆(39)下端与三角形仪器固定板(27)中心的激光源夹具固定孔(33)连接，高度微调螺杆(39)上端与燕尾卡座(37)下端的滚珠轴承(38 )连接，燕尾卡座(37 )上端开有燕尾槽(41)，两块活动卡片(40 )下端与燕尾卡座(37)上的燕尾槽(41)连接，两块活动卡片(40)上端用锁紧螺钉(36)连接，两块活动卡片中间的半圆孔内安装激光源(10)。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置，其特征在于所述的视觉检测系统包括基于MT9P031传感器图像采集传感器、基于DM6467测控中心模块以及PC上位机；基于DM6467测控中心模块中的PXI通讯控制模块、USB通讯控制模块和串口通讯控制模块分别经PXI通讯接口、USB通讯接口和串口通讯接口与PC上位机连接，基于DM6467测控中心模块中的Camera Link控制模块经Camera Link通讯接口与基于MT9P031传感器图像采集传感器连接。
专利摘要本实用新型公开了一种螺旋输送系统同轴度和平面度动态定量测量装置。在螺旋输送系统的输入端和输出端分别安装激光源和视觉检测系统，标准样管的尾端安装激光入射点控制圆盘，前进端安装光靶，光靶上装有三个分布成等腰直角三角形到圆心等距的发光二极管，激光光轴穿越入射点控制圆盘照射在光靶上，钢管在螺旋进给时，采用图像采集传感器对准前进端光靶定期采集靶图，引入图像处理技术提取发光二极管转动形成“光弧”的圆心和激光斑的质心，通过计算圆心和质心的距离，实现定量评价检测系统的同轴度和平面度。本实用新型结构简单，能实现自动化测量。它可应用于冶金、军工、化工和交通等领域。
文档编号G01B11/27GK202041186SQ20112005109
公开日2011年11月16日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者娄小冬, 方文平, 杨长青, 邓俊, 邵泉钢 申请人:杭州浙大精益机电技术工程有限公司