CN105988142B - 管件焊道侦测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种管件焊道侦测系统，是由环状光源、影像撷取装置及影像处理装置所组成。影像处理装置将经由影像撷取装置撷取自管件的影像像素进行坐标转换，藉以判断管件中是否存在管件焊道，以进一步确定管件中管件焊道的位置。如此一来，避免了后续以雷射对管件进行加工时，激光破坏管件的管件焊道而导致管件无法与其他对象焊接。因此，本发明所揭露的管件焊道侦测系统缩减了管件焊道侦测的时间，以符合自动化产业需求。
Description
技术领域
本发明是有关于一种管件焊道侦测系统及方法，特别是有关于一种用于侦测管件是否存在焊道的管件焊道侦测系统及方法。
背景技术
在管件进行激光加工的过程中，常因激光照射至管件中的管件焊道进而破坏管件中的管件焊道，导致后续管件欲以管件焊道与其他对象进行焊接时，因管件焊道毁损而导致无法焊接或是焊接不全。因此，预先侦测管件中是否有管件焊道并且侦测管件焊道位置为目前所需解决的问题。
目前侦测管件焊道的方法，可大致分为放射线侦测法与超音波侦测法，其中，放射线侦测法属非接触式侦测方法，以放射线侦测法虽可看到管件内部的缺陷、气孔、龟裂或是熔渣，但放射线对人体危害极大；而超音波侦测法需将超音波发振器放置于管件内，将超音波发振器逐一将管件中的每个位置进行侦测，但其侦测法须以人工放置超音波发振器，故相当耗时，如此一来，不利于使用在讲求效率的自动化产业。
上述既有的管件焊道侦测方式，并不符合现今讲求高效率及高经济效益的自动化工业，故如何增加工作效率并可确实侦测为目前所需解决的问题。
发明内容
为了解决先前技术所述的问题，本发明的主要目的在于提供一种管件焊道侦测系统，藉由影像处理装置侦测管件中是否存在管件焊道，并可进一步确定管件中管件焊道的位置，避免激光破坏管件的管件焊道，可缩减管件焊道侦测的时间，以适用于自动化产业。
根据上述目的，本发明主要目的在于提供一种管件焊道侦测系统，包括:环状光源，其具有光轴，环状光源用以发出环状光至呈圆柱状的管件，环状光源的光轴与管件的中心轴为同轴；一影像撷取装置，其具有镜头，镜头的镜面朝向管件的外侧柱体，影像撷取装置用以撷取管件的影像后输出，管件的影像具有多个像素点；及影像处理装置，其连接至影像撷取装置，影像处理装置接收影像撷取装置所输出的管件的影像，并将这些像素点的坐标形成于原始坐标平面，原始坐标平面是由相互垂直的水平坐标轴x轴与垂直坐标轴y轴所构成，部分像素点位于相较于水平坐标轴具有固定倾斜角度的直线上，具有固定倾斜角度的直线表示为一直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚），直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含固定倾斜角度m0˚与第一常数c0，且直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含变量x与y，具有固定倾斜角度的直线至原始坐标平面的原点的最短距离为第二常数，影像处理装置将位于具有固定倾斜角度的直线的每一个像素点个别转换为位于参考坐标平面的参考弦波，参考坐标平面是由相互垂直的坐标轴m˚与坐标轴c所构成，m˚对应至固定倾斜角度的变量，c对应至第一常数c0的变量，每一个参考弦波的弦波方程式为xcos（m˚）＋ysin（m˚）=c，是以位于原始坐标平面的每一个像素点的坐标x与y作为固定常数，并以m˚与c作为参考弦波的弦波方程式xcos（m˚）＋ysin（m˚）=c的变量，这些参考弦波于参考坐标平面交会于交点，每一个交点的坐标是以固定倾斜角度与第二常数所组成；其中，影像处理装置判断位于参考坐标平面的这些交点中，是否具有最多条参考弦波交会的交点，以判断管件是否具有管件焊道；以及其中，当影像处理装置判断管件具有管件焊道时，最多条参考弦波交会的交点于原始坐标平面的坐标位置即为管件焊道的位置。
所述的管件焊道侦测系统，其中影像撷取装置是透过通讯协议输出管件的影像至影像处理装置。
所述的管件焊道侦测系统，其中影像处理装置透过无线传输及有线传输其中之一的手段接收影像撷取装置所输出的管件的影像。
所述的管件焊道侦测系统，其中影像撷取装置是摄像机及相机的其中之一。
根据上述目的，本发明再一目的在于提供一种管件焊道侦测方法，其步骤包括:照射环形光至管件；撷取管件的影像；于第一坐标平面上找出所撷取的管件的影像的多个像素点的坐标，原始坐标平面是由相互垂直的水平坐标轴x轴与垂直坐标轴y轴所构成，并找出这些像素点中位于相较于水平坐标轴x轴具有固定倾斜角度的直线上的一部分像素点，具有固定倾斜角度的直线表示为直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚），直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含固定倾斜角度m0˚与第一常数c0，且直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含变量x与y，具有固定倾斜角度的直线至原始坐标平面的原点的最短距离为第二常数；将位于具有固定倾斜角度的直线的部分像素点个别转换为位于第二坐标平面的参考弦波，参考坐标平面是相互垂直的坐标轴m˚与坐标轴c所构成，m˚对应至固定倾斜角度的变量，c对应至第一常数c0的变量，每一个参考弦波的弦波方程式为xcos（m˚）＋ysin（m˚）=c，是以位于原始坐标平面的每一个像素点的坐标x与y作为固定常数，并以m˚与c作为参考弦波的弦波方程式的变量，这些参考弦波于第二坐标平面上交会于交点，交点的坐标是以固定倾斜角度与第二常数所组成；以及判断位于第二坐标平面上的这些交点中，是否具有最多条参考弦波交会的交点，以判断管件是否具有管件焊道。
所述的管件焊道侦测方法，更包含：将这些交点中最多条参考弦波交会的交点于第二坐标平面上的坐标，转换为第一坐标平面上的坐标。
经上述可知藉由本发明的管件焊道侦测系统，可达到可缩减管件焊道侦测的时间并可达到自动化产业的目的。
附图说明
图1为本发明所揭露的管件焊道侦测系统的示意图；
图2为本发明所揭露的管件焊道侦测系统侦测管件的管件焊道的示意图；
图3A为本发明所揭露的管件焊道侦测系统的影像处理装置所撷取的管件影像坐标点的示意图；
图3B为本发明所揭露的管件焊道侦测系统的影像处理装置将所撷取的管件影像坐标点转换至参考坐标平面的示意图；
图4为本发明所揭露的管件焊道侦测方法的流程图；
图5为本发明所揭露的管件焊道侦测系统侦测管件的管件焊道的另一实施例的示意图。
附图标记说明
1 管件焊道侦测系统
11 环状光源
12 影像撷取装置
121 镜头
13 影像处理装置
2 管件
21 管件焊道
A、B、C 像素点
L1、L2、L3 参考弦波
S1～S4 步骤。
具体实施例
由于本发明揭露一种管件焊道侦测系统，其中所利用的影像撷取方式，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的图式，是表达与本发明特征有关的结构及功能示意，并未依据实际尺寸完整绘制，盍先叙明。
本发明是有关于一种管件焊道侦测系统，特别是有关于包含环状光源、影像撷取装置及影像处理装置的管件焊道侦测系统。
首先，请同时参阅图1、2、3A及3B，图1是本发明所揭露的管件焊道侦测系统的示意图，图2是本发明所揭露的管件焊道侦测系统侦测管件的管件焊道的示意图，以及图3A及3B是本发明所揭露的管件焊道侦测系统的影像处理装置转换管件影像坐标点至参考坐标平面的示意图。
如图1、2所示，本发明所揭露的管件焊道侦测系统1，是由环状光源11、影像撷取装置12及影像处理装置13所组成，环状光源11具有光轴O，光轴O为环状光源11的中心轴，环状光源11的光轴O与待测管件2的中心轴为同轴，影像撷取装置12具有镜头121，影像撷取装置12的镜头121的镜面朝向管件2的呈圆柱状的外侧柱体，影像撷取装置12连接至影像处理装置13，其中，影像撷取装置12是选自相机或是摄像机的具有成像功能的仪器，影像撷取装置12连接至影像处理装置13的手段可以是有线或是无线连接。
请继续同时参考图1、2、3A及3B，环状光源11发出环状光至管件2，管件2整体被照亮，并显现管件2中待辨识的管件焊道21，影像撷取装置12用以撷取管件2的影像后输出至影像处理装置13，影像撷取装置12所撷取的管件2的影像具有多个像素点，影像处理装置13接收影像撷取装置12所输出的管件2影像后，这些像素点的坐标形成于原始坐标平面，这些像素点中的部分像素点会位于相较于原始坐标平面的水平坐标轴具有固定倾斜角度的直线上，此具有固定倾斜角度的直线的直线方程式包含固定倾斜角度与第一常数，更具体而言，如图3A所示，此原始坐标平面是由相互垂直的水平坐标轴x轴与垂直坐标轴y轴所构成，举例来说，原始坐标平面中列出管件影像的多个像素点中的三个像素点A、B、C，像素点A、B、C位于同一直线，此直线是以直线方程式 c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）表示，此直线包含固定倾斜角度m0˚与第一常数c0，且此直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含变量x与y，此具有固定倾斜角度m0˚的直线至原始坐标平面的原点的最短距离为第二常数ca。
接着，请继续同时参阅图1、2、3A及3B，图3B为参考坐标平面，参考坐标平面的水平坐标轴为角度m˚，参考坐标平面的垂直坐标轴为常数c，m˚对应至固定倾斜角度m0˚的变量，c对应至第一常数c0的变量，影像处理装置13将位于具有固定倾斜角度m0˚的直线的每一个像素点A、B、C分别转换为位于参考坐标平面的参考弦波L1、L2、L3，将像素点A、B、C转换为参考弦波L1、L2、L3的转换方式为:参考弦波L1的弦波方程式表示为x1cos（m0˚）＋y1sin（m0˚）=c ，弦波方程式x1cos（m0˚）＋y1sin（m0˚）=c是以位于原始坐标平面的像素点A的坐标x1与y1作为固定常数，并以角度m˚与常数c作为参考弦波L1的弦波方程式x1cos（m0˚）＋y1sin（m0˚）=c的变量，参考弦波L1的弦波方程式的角度m˚范围为-90˚～+90˚，每个角度m˚具有对应的常数c，因此，参考弦波L1上具有多个以角度m˚与常数c所构成的坐标点，多个以角度m˚与常数c作为参考坐标平面的坐标点形成参考弦波L1，形成参考弦波L2及L3的方式如同上述形成参考弦波L1的方式，在此不再赘述，而参考坐标平面不同于原始坐标平面，参考弦波L1、L2、L3于参考坐标平面交会于交点(m0˚,ca)，参考弦波L1、L2、L3于参考坐标平面所交会于交点是由固定倾斜角度m0˚与第二常数ca所组成，本发明实施例中举出管件2影像中多个像素点的其中三个像素点A、B、C，管件2影像的其他像素点转换至参考坐标平面产生参考弦波以及参考弦波交会出多个交点的方法亦如同前述实施例描述像素点A、B、C转换至参考坐标平面产生参考弦波L1、L2、L3以及参考弦波L1、L2、L3交会出交点(m0˚,ca)的方法，在此不再赘述。
接着，请继续同时参阅图1、2、3A及3B，使用者设定预设倾斜角度，此预设倾斜角度为使用者所需观察管件中是否存在焊道的角度，影像处理装置13判断位于参考坐标平面的预设倾斜角度的多个交点中，是否有最多个参考弦波所交会的交点，藉以判断管件2是否存在管件焊道21。举例而言，由图2所示的管件2与影像撷取装置的12镜头121的相对位置而言，亦即影像撷取装置12的镜头121的镜面朝向垂直于管件2的外侧柱体表面，如需判断管件2中是否有焊道21，使用者必须将预设倾斜角度设定为0˚，则影像处理装置13必须判断参考坐标平面中，预设倾斜角度为0˚是否有最多参考弦波所交会，并将最多个参考弦波所交会的交点转换回原始坐标平面，藉以找出管件2中管件焊道21的位置。
接着，请同时参阅图2、3A、3B、4，图2是本发明所揭露的管件焊道侦测系统侦测管件的管件焊道的示意图，图3A及3B是本发明所揭露的管件焊道侦测系统的影像处理装置转换管件影像坐标点至参考坐标平面的示意图，以及图4是本发明所揭露的管件焊道侦测方法的流程图。
首先，执行步骤S1，环状光源11用以发出环状光至管件2，管件2整体被照亮，并显现管件2中待辨识的管件焊道21，影像撷取装置12用以撷取管件2的影像后输出至影像处理装置13，影像撷取装置12所撷取的管件2的影像具有多个像素点；接着，执行步骤S2，影像处理装置13接收由影像撷取装置12输出的管件2影像之后，这些像素点的坐标形成于原始坐标平面，原始坐标平面是由相互垂直的坐标轴x轴与坐标轴y轴所构成，这些像素点中的部分像素点A、B、C会位于同一条具有固定倾斜角度m0˚的直线上，此直线的直线方程式表示为c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚），直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含固定倾斜角度m0˚与第一常数c0，且直线方程式c0=xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）包含变量x与y，具有固定倾斜角度m0˚的直线至原始坐标平面的原点的最短距离为第二常数ca；接着，执行步骤S3，影像处理装置13将位于具有固定倾斜角度m0˚的直线的每一个像素点A、B、C分别转换为位于参考坐标平面的参考弦波L1、L2、L3，参考坐标平面不同于原始坐标平面，参考坐标平面是相互垂直的坐标轴m˚与坐标轴c所构成，参考弦波的弦波方程式表示为xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）=c，每一个参考弦波的弦波方程式xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）=c是以位于原始坐标平面的每个像素点的坐标x与y作为固定常数，并以角度m˚与常数c作为参考弦波的弦波方程式xcos（m0˚）＋ysin（m0˚）=c的变量，这些参考弦波L1、L2、L3于参考坐标平面交会于一个交点(m0˚,ca)，本发明实施例中举出管件2影像中多个像素点的其中三个像素点A、B、C，管件2影像的其他像素点转换至参考坐标平面产生参考弦波以及参考弦波交会出多个交点的方法亦如同前述实施例描述像素点A、B、C转换至参考坐标平面产生参考弦波L1、L2、L3以及参考弦波L1、L2、L3交会出交点(m0˚,ca)的方法，在此不再赘述，因此，各个交点的坐标是以固定倾斜角度与第二常数所组成；最后，执行步骤S4，使用者设定默认倾斜角度，影像处理装置13判断位于参考坐标平面的预设倾斜角度的多数个交点中，是否有最多参考弦波所交会的交点，藉以侦测管件2是否存在管件焊道21，由图2所示的管件2与影像撷取装置12的镜头121的相对位置而言，如需判断管件2中是否有焊道21，使用者必须将预设倾斜角度设定为0˚，则影像处理装置13必须判断参考坐标平面中，预设倾斜角度m˚为0˚是否有最多参考弦波所交会，并将最多参考弦波所交会的交点转换回原始坐标平面，藉以找出管件2中焊道21的位置。
最后，请参阅图5，图5是本发明所揭露的管件焊道侦测系统侦测管件的管件焊道的另一实施例的示意图。
图5的实施例的说明如同前述关于图2所描述者，其差异在于环状光源11与管件2水平地转90度，环状光源11的光轴O与管件2的中心轴仍为同轴，由图5所示的管件2与影像撷取装置12的镜头121的相对位置而言，如需判断管件2中是否有管件焊道21，使用者必须将预设倾斜角度设定为90˚，则影像处理装置13必须判断参考坐标平面中，预设倾斜角度m˚为90˚是否有最多参考弦波所交会，并将最多参考弦波所交会的交点转换回原始坐标平面，藉以找出管件2中管件焊道21的位置。
上述本发明实施例中，藉由环状光源11照亮待辨识的管件，影像撷取装置12撷取管件影像，并藉由影像处理装置13以影像处理的方式将管件影像的多个像素点的坐标转换至参考坐标平面中的每个参考弦波，再判断位于参考坐标平面的预设倾斜角度的多个交点中，是否有最多参考弦波所交会的交点，以侦测管件2中是否存在管件焊道21，并藉以确定管件2中管件焊道21的位置，以避免后续激光加工时破坏管件2的管件焊道21，且可缩减管件焊道侦测的时间，以适用于自动化产业。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求范围中。
Claims (6)
1.一种管件焊道侦测系统，其特征在于，包括:
环状光源，具有光轴，所述环状光源用以发出环状光至呈圆柱状的管件，所述环状光源的所述光轴与所述管件的中心轴为同轴；
影像撷取装置，具有镜头，所述镜头的镜面朝向所述管件的外侧柱体，所述影像撷取装置用以撷取所述管件的影像之后输出，所述管件的影像具有多个像素点；及
影像处理装置，连接至所述影像撷取装置，所述影像处理装置接收由所述影像撷取装置所输出的所述管件的所述影像，并将所述像素点的坐标形成于原始坐标平面，所述原始坐标平面是由相互垂直的水平坐标轴x轴与垂直坐标轴y轴所构成，部分所述像素点位于相较于所述水平坐标轴x轴具有固定倾斜角度的直线上，具有所述固定倾斜角度的所述直线表示为直线方程式所述直线方程式包含所述固定倾斜角度m0°与第一常数c0，且所述直线方程式包含变量x与y，具有所述固定倾斜角度的所述直线至所述原始坐标平面的原点的最短距离为第二常数，所述影像处理装置将位于具有所述固定倾斜角度的所述直线的每一个所述像素点个别转换为位于参考坐标平面的参考弦波，所述参考坐标平面是由相互垂直的坐标轴m°与坐标轴c所构成，m°对应至所述固定倾斜角度的变量，c对应至所述第一常数c0的变量，每一个所述参考弦波的弦波方程式为xcos(m°)+ysin(m°)＝c，是以位于所述原始坐标平面的每一个所述像素点的坐标x与y作为固定常数，并以m°与c作为所述参考弦波的所述弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)＝c的变量，所述参考弦波于所述参考坐标平面交会于交点，每一个所述交点的坐标是以所述固定倾斜角度与所述第二常数所组成；
其中，所述影像处理装置判断位于所述参考坐标平面的所述交点中，是否具有最多所述参考弦波交会的交点，以判断所述管件是否具有管件焊道；以及
当所述影像处理装置判断所述管件具有所述管件焊道时，最多所述参考弦波交会的交点于所述原始坐标平面的坐标位置即为所述管件焊道的位置。
2.如权利要求1所述的管件焊道侦测系统，其特征在于，所述影像撷取装置是透过通讯协议输出所述管件的所述影像至所述影像处理装置。
3.如权利要求2所述的管件焊道侦测系统，其特征在于，所述影像处理装置透过无线传输及有线传输的其中之一的手段接收由所述影像撷取装置所输出的所述管件的所述影像。
4.如权利要求1所述的管件焊道侦测系统，其特征在于，所述影像撷取装置是摄像机及相机的其中之一。
5.一种管件焊道侦测方法，其特征在于，包括:
照射环形光至管件；
撷取所述管件的影像；
于第一坐标平面上找出所撷取的所述管件的所述影像的多个像素点的坐标，所述第一坐标平面是由相互垂直的水平坐标轴x轴与垂直坐标轴y轴所构成，并找出所述像素点中位于相较于所述水平坐标轴x轴具有固定倾斜角度的直线上的所述像素点，具有所述固定倾斜角度的所述直线表示为直线方程式所述直线方程式包含所述固定倾斜角度m0°与第一常数c0，且所述直线方程式包含变量x与y，具有所述固定倾斜角度的所述直线至所述第一坐标平面的原点的最短距离为第二常数；
将位于具有所述固定倾斜角度的所述直线的部分所述像素点个别转换为位于第二坐标平面的参考弦波，所述第二坐标平面是相互垂直的坐标轴m°与坐标轴c所构成，m°对应至所述固定倾斜角度的变量，c对应至所述第一常数c0的变量，每一个所述参考弦波的弦波方程式为x cos(m°)+y sin(m°)＝c，是以位于所述第一坐标平面的每一个所述像素点的坐标x与y作为固定常数，并以m°与c作为所述参考弦波的弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)＝c的变量，所述参考弦波于所述第二坐标平面上交会于交点，所述交点的坐标是以所述固定倾斜角度与所述第二常数所组成；以及
判断位于所述第二坐标平面上的所述交点中，是否具有最多所述参考弦波交会的交点，以判断所述管件是否具有管件焊道。
6.如权利要求5所述的管件焊道侦测方法，其特征在于，更包含：将所述交点中最多所述参考弦波交会的交点于所述第二坐标平面上的坐标，转换为所述第一坐标平面上的坐标。
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