專利名稱：非接觸測量鋼管管端尺寸圖象處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量技術(shù)，特別是一種非接觸測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 代替人眼對圖象進(jìn)行識別、尺寸測量、形狀匹配等檢查。機(jī)器視覺的最大優(yōu)勢在于測量設(shè)備 不存在主觀因素，不會疲勞，各次測量都保持一致性。目前鋼管行業(yè)中各軋管廠在對鋼管管端進(jìn)行尺寸測量時長期靠人工用量具進(jìn)行 手動測量，測量數(shù)據(jù)偏少，對壁厚不均和橢圓度不能給出直觀的判斷，測量的準(zhǔn)確性受生產(chǎn) 節(jié)奏、環(huán)境、量具的精度及測量人員的主觀因素影響較大。手工測量鋼管管端尺寸是用壁厚千分尺測量鋼管壁厚。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。長期手測對量具的損耗較 大，這樣就造成量具的維護(hù)及采購成本居高不下，而測量人員的測量方法、素質(zhì)、責(zé)任心、體 力等也會對測量結(jié)果有非常大的影響。為了降低測量成本，消除人為因素對測量結(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)鋼管壁厚的自動測 量從而取代手工測量。以利于提高測量精度。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量鋼管管端尺寸圖 象處理方法，該方法使用機(jī)器測量鋼管管端尺寸時，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)對被測鋼管管端進(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)視覺處理軟件對所述被測鋼管 管端圖象進(jìn)行處理，經(jīng)處理后得到一個被測鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對被測鋼管管端圖像的 內(nèi)外輪廓進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個圓，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，直線與被測鋼管管端內(nèi)外圓有4N個交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測量直 線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測鋼管管端的壁厚在整個圖像中所占的像素值，所述 像素值乘以一個固定比例值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固定的比例關(guān)系，用機(jī)器測量已知管端壁厚實(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)時產(chǎn)生毛刺或壁厚不均 勻?qū)ψ罱K的測量結(jié)果造成的影響，與人工用壁厚千分尺測量管端尺寸的原理一致。在未使 用該算法前，內(nèi)外圓圓心相差兩個像素，造成最終的測量精度降低。使用新的算法后，測量 精度不受圓心的影響，測量精度只與攝像機(jī)的像素和距離有關(guān)，避免了因測量人員的主觀 因素的不利影響，提高測量精度。


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)合附圖對本發(fā)明的非接觸測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多個圖象處理及分析算子，可以進(jìn)行一維、二 維、三維的尺寸測量，集成電路板的檢測，條形碼的掃描檢測，工件分選，外形匹配檢測等功 能。本發(fā)明使用該軟件主要是開發(fā)鋼管管端測量系統(tǒng)的測量程序，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 象處理軟件對鋼管管端圖象進(jìn)行多種處理后得到一個管端的輪廓。對被測鋼管管端圖像的 內(nèi)外輪廓進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個圓，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，直線與被測鋼管管端內(nèi)外圓有4N個交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測量直 線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測鋼管管端的壁厚在整個圖像中所占的像素值，所述 像素值乘以一個固定比例值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，有些鋼管的管端 會有毛刺出現(xiàn)或者是鋼管本身存在壁厚不均勻的情況時，在進(jìn)行管端圖象處理時會影響內(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)明的非接觸測量鋼管管端尺寸圖象處理方法，該方法使用機(jī)器測量鋼管管端 尺寸時，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)對被測鋼管管端進(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)視覺處理軟件對所述被測鋼管 管端圖象進(jìn)行處理，經(jīng)處理后得到一個被測鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對管端圖像的內(nèi)外輪廓 進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個圓，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，直線與被測鋼管管端內(nèi)外圓有4N個交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測量直線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測鋼管管端的壁厚在整個圖像中所占的像素值，所述像素值乘 以一個固定比例值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固定的比例關(guān)系，用機(jī)器測量已知管端壁厚實(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即得出被測鋼管管端的實(shí)際壁厚值。本發(fā)明的非接觸測量鋼管管端尺寸圖象處理方法是這樣實(shí)現(xiàn)的在進(jìn)行壁厚測量時會出現(xiàn)大的偏差，影響最終的測量精度。經(jīng)過討論和研究，本發(fā) 明的測量算法不確定內(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)際需要確定測量的點(diǎn)數(shù)。這種方法消除了內(nèi)外圓 圓心不重合給測量結(jié)果帶來的影響，并且是與手工拿壁厚千尺測量原理一致。經(jīng)過實(shí)際現(xiàn) 場實(shí)際測量效果明顯，測量精度明顯提高。測量同一管端8個點(diǎn)的壁厚值與壁厚千分尺所測得值的比較結(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. 一種非接觸測量鋼管管端尺寸圖象處理方法，該方法使用機(jī)器測量鋼管管端尺寸 時，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)對被測鋼管管端進(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)視覺處理軟件對所述被測鋼管管端 圖象進(jìn)行處理，經(jīng)處理后得到一個被測鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對被測鋼管管端圖像的內(nèi)外 輪廓進(jìn)行擬合，得到內(nèi)外兩個圓，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，直線與被測鋼管管端內(nèi)外圓有4N個交點(diǎn)，經(jīng)所述處理軟件測量直線與 圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測鋼管管端的壁厚在整個圖像中所占的像素值，所述像素 值乘以一個固定比例值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固定的比例關(guān)系，用機(jī)器測量已知管端壁厚實(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)對被測鋼管管端進(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)視覺處理軟件對被測鋼管管端圖象進(jìn)行處理，得到被測鋼管管端的輪廓圓環(huán)，對被測鋼管管端圖像的內(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)所述處理軟件測量直線與圓環(huán)一側(cè)兩交點(diǎn)的距離，即為被測鋼管管端的壁厚在整個圖像中所占的像素值，將被測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)時產(chǎn)生毛刺或壁厚不均勻?qū)ψ罱K的測量結(jié)果造成的影響，避免了因測量人員的主觀因素的不利影響，提高測量精度。
文檔編號G01B11/06GK102141380SQ201010609598
公開日2011年8月3日 申請日期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 申請人:天津鋼管集團(tuán)股份有限公司