專利名稱：非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量技術(shù)，特別是一種非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法。
背景技術(shù)：
機(jī)器視覺技術(shù)是用攝像機(jī)或照相機(jī)等圖象采集設(shè)備及圖象處理軟件協(xié)同作業(yè)來 代替人眼對(duì)圖象進(jìn)行識(shí)別、尺寸測(cè)量、形狀匹配等檢查。機(jī)器視覺的最大優(yōu)勢(shì)在于測(cè)量設(shè)備 不存在主觀因素，不會(huì)疲勞，各次測(cè)量都保持一致性。目前鋼管行業(yè)中各軋管廠在對(duì)鋼管管端進(jìn)行尺寸測(cè)量時(shí)長期靠人工用量具進(jìn)行 手動(dòng)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)偏少，對(duì)壁厚不均和橢圓度不能給出直觀的判斷，測(cè)量的準(zhǔn)確性受生產(chǎn) 節(jié)奏、環(huán)境、量具的精度及測(cè)量人員的主觀因素影響較大。手工測(cè)量鋼管管端尺寸是用壁厚千分尺測(cè)量鋼管壁厚。壁厚千分尺的平頭與鋼管 外壁接觸，尖頭與內(nèi)壁接觸，平頭與尖頭之間的距離為鋼管壁厚。長期手測(cè)對(duì)量具的損耗較 大，這樣就造成量具的維護(hù)及采購成本居高不下，而測(cè)量人員的測(cè)量方法、素質(zhì)、責(zé)任心、體 力等也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有非常大的影響。為了降低測(cè)量成本，消除人為因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影 響，急需開發(fā)一種機(jī)器視覺技術(shù)配合合適的算法以取代替人工測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處 理方法，用CCD攝像頭代替人眼，用機(jī)器視覺算法代替壁厚千分尺實(shí)現(xiàn)鋼管壁厚的自動(dòng)測(cè) 量從而取代手工測(cè)量。以利于提高測(cè)量精度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖 象處理方法，該方法使用機(jī)器測(cè)量鋼管管端尺寸時(shí)，選用德國MVTec公司的HALCON計(jì)算機(jī) 圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件進(jìn)行，該方法包括以下步驟首先，用CCD攝像機(jī)對(duì)被測(cè)鋼管管端進(jìn)行圖象采集，將所采集的圖象信息傳輸?shù)?工控機(jī)中；其次，利用所述HALCON計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件對(duì)所述被測(cè)鋼管 管端圖象進(jìn)行處理，經(jīng)處理后得到一個(gè)被測(cè)鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對(duì)被測(cè)鋼管管端圖像的 內(nèi)外輪廓進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個(gè)圓，并標(biāo)出兩圓的圓心，把外圓的圓心作為圓環(huán)的中心， 做通過中心的N條直線，直線與被測(cè)鋼管管端內(nèi)外圓有4N個(gè)交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測(cè)量直 線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測(cè)鋼管管端的壁厚在整個(gè)圖像中所占的像素值，所述 像素值乘以一個(gè)固定比例值P后得到管端壁厚實(shí)際值；固定比例值P的取得在CCD攝像機(jī)和被測(cè)鋼管管端距離固定的情況下壁厚所占 像素值與實(shí)際壁厚值之間存在一個(gè)固定的比例關(guān)系，用機(jī)器測(cè)量已知管端壁厚實(shí)際值的標(biāo) 準(zhǔn)件的壁厚，得出標(biāo)準(zhǔn)件壁厚在圖像中所占的像素值，按下述公式可得比例值P:固定比例值P =標(biāo)準(zhǔn)件壁厚實(shí)際值/標(biāo)準(zhǔn)件壁厚像素值；在得出固定比例值P后，只要將被測(cè)鋼管管端壁厚在圖像中所占的像素值乘以固定比例值P即得出被測(cè)鋼管管端的實(shí)際壁厚值。本發(fā)明的效果是該方法能消除由于鋼管在進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)產(chǎn)生毛刺或壁厚不均 勻?qū)ψ罱K的測(cè)量結(jié)果造成的影響，與人工用壁厚千分尺測(cè)量管端尺寸的原理一致。在未使 用該算法前，內(nèi)外圓圓心相差兩個(gè)像素，造成最終的測(cè)量精度降低。使用新的算法后，測(cè)量 精度不受圓心的影響，測(cè)量精度只與攝像機(jī)的像素和距離有關(guān)，避免了因測(cè)量人員的主觀 因素的不利影響，提高測(cè)量精度。


圖1本發(fā)明的確定線段AB的長度即為A點(diǎn)的壁厚示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法加以說明。經(jīng)過試用比較美國NI公司的VISION軟件和德國MVTec公司的HALCON軟件后，綜 合各方面的因素，選用德國MVTec公司的HALCON圖象處理軟件。HALCON是一款全能的機(jī)器 視覺軟件包，它以計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)為基礎(chǔ)，提供當(dāng)今功能最強(qiáng)大的視覺 算法開發(fā)包，是世界最全面的機(jī)器視覺處理軟件。支持世界上最流行的圖象采集設(shè)備，支持 C#，C++，VC，VB等編程語言。該軟件包含1100多個(gè)圖象處理及分析算子，可以進(jìn)行一維、二 維、三維的尺寸測(cè)量，集成電路板的檢測(cè)，條形碼的掃描檢測(cè)，工件分選，外形匹配檢測(cè)等功 能。本發(fā)明使用該軟件主要是開發(fā)鋼管管端測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量程序，并導(dǎo)出為C#語言程序嵌 入系統(tǒng)程序中進(jìn)行圖形分析。一般的處理算法是利用美國NI公司的VISION或德國MVTec公司的HALCON等圖 象處理軟件對(duì)鋼管管端圖象進(jìn)行多種處理后得到一個(gè)管端的輪廓。對(duì)被測(cè)鋼管管端圖像的 內(nèi)外輪廓進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個(gè)圓，并標(biāo)出兩圓的圓心，把外圓的圓心作為圓環(huán)的中心， 做通過中心的N條直線，直線與被測(cè)鋼管管端內(nèi)外圓有4N個(gè)交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測(cè)量直 線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測(cè)鋼管管端的壁厚在整個(gè)圖像中所占的像素值，所述 像素值乘以一個(gè)固定比例值P后得到管端壁厚實(shí)際值。但在實(shí)際的現(xiàn)場應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)由于生產(chǎn)的鋼管在進(jìn)行切割時(shí)，有些鋼管的管端 會(huì)有毛刺出現(xiàn)或者是鋼管本身存在壁厚不均勻的情況時(shí)，在進(jìn)行管端圖象處理時(shí)會(huì)影響內(nèi) 外圓的擬合，內(nèi)外圓圓心不重合，且距離較大，在這種情況下把外圓的圓心作為圓環(huán)的中心 就不合適了。本發(fā)明的非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法，該方法使用機(jī)器測(cè)量鋼管管端 尺寸時(shí)，選用德國MVTec公司的HALCON計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件進(jìn)行，該方 法包括以下步驟首先，用CCD攝像機(jī)對(duì)被測(cè)鋼管管端進(jìn)行圖象采集，將所采集的圖象信息傳輸?shù)?工控機(jī)中；其次，利用所述HALCON計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件對(duì)所述被測(cè)鋼管 管端圖象進(jìn)行處理，經(jīng)處理后得到一個(gè)被測(cè)鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對(duì)管端圖像的內(nèi)外輪廓 進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個(gè)圓，并標(biāo)出兩圓的圓心，把外圓的圓心作為圓環(huán)的中心，做通過中 心的N條直線，直線與被測(cè)鋼管管端內(nèi)外圓有4N個(gè)交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測(cè)量直線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測(cè)鋼管管端的壁厚在整個(gè)圖像中所占的像素值，所述像素值乘 以一個(gè)固定比例值P后得到管端壁厚實(shí)際值；固定比例值P的取得在CXD攝像機(jī)和被測(cè)鋼管管端距離固定的情況下壁厚所占 像素值與實(shí)際壁厚值之間存在一個(gè)固定的比例關(guān)系，用機(jī)器測(cè)量已知管端壁厚實(shí)際值的標(biāo) 準(zhǔn)件的壁厚，得出標(biāo)準(zhǔn)件壁厚在圖像中所占的像素值，按下述公式可得比例值P:固定比例值P =標(biāo)準(zhǔn)件壁厚實(shí)際值/標(biāo)準(zhǔn)件壁厚像素值；在得出固定比例值P后，只要將被測(cè)鋼管管端壁厚在圖像中所占的像素值乘以固 定比例值P即得出被測(cè)鋼管管端的實(shí)際壁厚值。本發(fā)明的非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法是這樣實(shí)現(xiàn)的在進(jìn)行壁厚測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)大的偏差，影響最終的測(cè)量精度。經(jīng)過討論和研究，本發(fā) 明的測(cè)量算法不確定內(nèi)外圓的圓心，而是在外圓輪廓的某一點(diǎn)上作出通過該點(diǎn)的切線，然 后作通過該點(diǎn)且垂直于切線的一條直線，該直線與管端內(nèi)外輪廓有兩個(gè)交點(diǎn)，如圖1所示， 圖中模擬鋼管壁厚不均勻的情況，直線1為通過外圓右側(cè)某點(diǎn)A的切線，直線2為通過點(diǎn)A 直線1的垂線，與內(nèi)圓相交于點(diǎn)B。線段AB的長度即為A點(diǎn)的壁厚。測(cè)量兩交點(diǎn)之間的距離即得到該點(diǎn)的壁厚所占的像素值，通過一個(gè)固定的比例換 算后即可得到實(shí)際的該點(diǎn)壁厚值。根據(jù)實(shí)際需要確定測(cè)量的點(diǎn)數(shù)。這種方法消除了內(nèi)外圓 圓心不重合給測(cè)量結(jié)果帶來的影響，并且是與手工拿壁厚千尺測(cè)量原理一致。經(jīng)過實(shí)際現(xiàn) 場實(shí)際測(cè)量效果明顯，測(cè)量精度明顯提高。測(cè)量同一管端8個(gè)點(diǎn)的壁厚值與壁厚千分尺所測(cè)得值的比較結(jié)果未使用本方法前標(biāo)準(zhǔn)管58.9 X 4. 98 (mm)
權(quán)利要求
1. 一種非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法，該方法使用機(jī)器測(cè)量鋼管管端尺寸 時(shí)，選用德國MVTec公司的HALCON計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件進(jìn)行，該方法包 括以下步驟首先，用CCD攝像機(jī)對(duì)被測(cè)鋼管管端進(jìn)行圖象采集，將所采集的圖象信息傳輸?shù)焦た?機(jī)中；其次，利用所述HALCON計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件對(duì)所述被測(cè)鋼管管端 圖象進(jìn)行處理，經(jīng)處理后得到一個(gè)被測(cè)鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對(duì)被測(cè)鋼管管端圖像的內(nèi)外 輪廓進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個(gè)圓，并標(biāo)出兩圓的圓心，把外圓的圓心作為圓環(huán)的中心，做通 過中心的N條直線，直線與被測(cè)鋼管管端內(nèi)外圓有4N個(gè)交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測(cè)量直線與 圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測(cè)鋼管管端的壁厚在整個(gè)圖像中所占的像素值，所述像素 值乘以一個(gè)固定比例值P后得到管端壁厚實(shí)際值；固定比例值P的取得在CCD攝像機(jī)和被測(cè)鋼管管端距離固定的情況下壁厚所占像素 值與實(shí)際壁厚值之間存在一個(gè)固定的比例關(guān)系，用機(jī)器測(cè)量已知管端壁厚實(shí)際值的標(biāo)準(zhǔn)件 的壁厚，得出標(biāo)準(zhǔn)件壁厚在圖像中所占的像素值，按下述公式可得比例值P:固定比例值P =標(biāo)準(zhǔn)件壁厚實(shí)際值/標(biāo)準(zhǔn)件壁厚像素值；在得出固定比例值P后，只要將被測(cè)鋼管管端壁厚在圖像中所占的像素值乘以固定比 例值P即得出被測(cè)鋼管管端的實(shí)際壁厚值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非接觸測(cè)量鋼管管端尺寸圖象處理方法，該方法包括以下步驟用CCD攝像機(jī)對(duì)被測(cè)鋼管管端進(jìn)行圖象采集，將所采集的圖象信息傳輸?shù)焦た貦C(jī)中；利用計(jì)算機(jī)圖象處理和計(jì)算機(jī)視覺處理軟件對(duì)被測(cè)鋼管管端圖象進(jìn)行處理，得到被測(cè)鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對(duì)被測(cè)鋼管管端圖像的內(nèi)外輪廓進(jìn)行擬合，并標(biāo)出圓環(huán)的中心，做通過中心的N條直線，經(jīng)所述處理軟件測(cè)量直線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測(cè)鋼管管端的壁厚在整個(gè)圖像中所占的像素值，將被測(cè)鋼管管端壁厚在圖像中所占的像素值乘以固定比例值得出被測(cè)鋼管管端的實(shí)際壁厚值。有益效果是該方法能消除由于鋼管在進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)產(chǎn)生毛刺或壁厚不均勻?qū)ψ罱K的測(cè)量結(jié)果造成的影響，避免了因測(cè)量人員的主觀因素的不利影響，提高測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01B11/06GK102141380SQ201010609598
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者張俊峰, 郭瑞卿, 高景華 申請(qǐng)人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司