CN106403818A - 多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统及方法 - Google Patents

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陈自林
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薛涛
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高洪泉
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赵相飞
陈自永
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Abstract

本发明公开了一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统及方法，其特征在于：至少包括：用于采集大型方矩形管外形图像数据的四个线结构光视觉传感器，每个线结构光视觉传感器包括一台激光摄像机和一台一字线激光器；四个线结构光视觉传感器均匀分布于大型方矩形管的四周；四台一字线激光器的光照线位于大型方矩形管的同一截面内；用于接收上述四个线结构光视觉传感器采集信号的图像处理器；四台激光摄像机的信号输出端子与所述图像处理器的I/O端子电连接。通过采用上述技术方案，该专利具有较大测量范围、非接触、高效率、实时性强、主动受控、光条图像信息易于提取和测量精度较高的特点。

Description

多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统及方法
技术领域
本发明涉及钢管质量检测技术领域，特别是涉及一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统及方法。
背景技术
方矩形管作为一种钢材应用十分的广泛，在中国这个钢铁大国中，占据着十分重要的地位。方矩形管的生产过程中，由于成型设备、加工工艺等多方面的原因，使得生产出来的方矩形管的尺寸会产生一定的误差，同时也会使方矩形管表面出现凹坑、刮痕等缺陷，导致国内生产的方矩形管质量很难得到良好的保证，制约了钢材市场的健康发展。中华人民共和国国家标准《GB/T 6725-2008冷弯型钢》和中华人民共和国国家标准《GB/T6728-2002结构用冷弯空心型钢尺寸、外形、重量及允许偏差》对几何尺寸做了明确规定。目前测量钢管轮廓的方法主要是手工测量，依靠游标卡尺等工具,对于大规格方矩形管而言测量难度大、精度低。因此，研制基于机器视觉的方矩形管尺寸和表面质量检测系统具有十分重要的意义，实现方矩形管尺寸和表面质量的自动化在线实时检测也对钢铁企业具有不可估量的作用。
基于机器视觉的方矩形管尺寸和表面质量检测系统能够实现高度自动化的检测，能够极大的降低工作人员的劳动强度，降低用工成本，提高生产效率。得益于计算机高速的处理能力和机器视觉系统全方位的检测，最终得到的检测结果将更加的科学和全面，也更加容易形成综合性的评定报告。根据不同客户群提供不同质量等级的产品，不仅能够大大减少因质量问题产生的纠纷，也避免了经济损失，提高了钢铁企业的效益，增强了企业的综合竞争能力。由于是非接触式测量，检测系统不会与被测方矩形管之间有任何接触，它只是通过摄像机采集目标图像，因此测量过程中不会对被测方矩形管造成任何影响。
利用机器视觉的线结构光技术，不仅能够提高测量的精度，同时也使得测量系统更加的简单稳定，除此之外，这样的组合也有利于大尺寸方矩形管的测量。对于大尺寸方矩形管的测量，需要多台摄像机的协同操作，因此需要将每个摄像机拍摄的图像进行全局标定，统一到一个世界坐标系中，这样得到的三维信息才能够真实的反应方矩形管的特征。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统及方法；该专利具有较大测量范围、非接触、高效率、实时性强、主动受控、光条图像信息易于提取和测量精度较高的特点。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统，至少包括：
用于采集大型方矩形管外形图像数据的四个线结构光视觉传感器，每个线结构光视觉传感器包括一台激光摄像机和一台一字线激光器；四个线结构光视觉传感器均匀分布于大型方矩形管的四周；四台一字线激光器的光照线位于大型方矩形管的同一截面内；
用于接收上述四个线结构光视觉传感器采集信号的图像处理器；四台激光摄像机的信号输出端子与所述图像处理器的I/O端子电连接。
作为优选，本专利还采用了如下的技术特征：
进一步：还包括安装四个线结构光视觉传感器的导轨支架。
一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统的方法，包括如下步骤：
步骤101、组装系统，根据具体工况调整位置，并对每个部件进行标定；
步骤102、开启四个线结构光视觉传感器，获取四张图像数据；将获取到的四张图像数据同步发送至图像处理器；
步骤103、所述图像处理器对通过对上述四张图像数据的分析，计算得出大型方矩形管的尺寸参数；具体为：
首先对每张图像数据进行中值滤波去噪，随后进行基于大律法的图像分割；基于高斯曲线拟合法对中心线进行定位；之后进行光条图像处理，并根据四张图像数据计算大型方矩形管表面光条的空间位置坐标，并转换到全局测量坐标系下；
由投射到同一截面上的四个光条的空间坐标拟合表征各型面的平面，并计算平面间的位置关系，根据平面间的位置关系，求取大型方矩形管的几何尺寸参数。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过线结构光视觉传感器测量方矩形管的型面，并根据各自的空间位置坐标，转换在同一坐标系下。通过前期标定可以实现测量不同规格的方矩形管尺寸参数，能够实现在线、实时、快速、自动、非接触的测量，有较高的测量精度，省时省力，降低工人的操作强度，提高产品的生产速度和效率。结合实际情况，系统在振动、湿度、光照等干扰因素下效果依然良好。
附图说明
图1为本发明优选实施例中线结构光视觉传感器的结构图；
图2为本发明优选实施例中线结构光视觉传感器的测量范围图；
图3为本发明优选实施例中方矩形管质检框图；
图4为本发明优选实施例的工作原理图；
图5为本发明优选实施例的结构框图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1至图4，一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统，包括：
用于采集大型方矩形管外形图像数据的四个线结构光视觉传感器，请参阅图1，每个线结构光视觉传感器包括一台激光摄像机和一台一字线激光器；四个线结构光视觉传感器均匀分布于大型方矩形管的四周；四台一字线激光器的光照线位于大型方矩形管的同一截面内；
用于接收上述四个线结构光视觉传感器采集信号的图像处理器；四台激光摄像机的信号输出端子与所述图像处理器的I/O端子电连接。
作为优选，本专利还采用了如下的技术特征：
进一步：还包括安装四个线结构光视觉传感器的导轨支架。
一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统的方法，包括如下步骤：
步骤101、组装系统，根据具体工况调整位置，并对每个部件进行标定；
步骤102、开启四个线结构光视觉传感器，获取四张图像数据；将获取到的四张图像数据同步发送至图像处理器；
步骤103、所述图像处理器对通过对上述四张图像数据的分析，计算得出大型方矩形管的尺寸参数；具体为：
首先对每张图像数据进行中值滤波去噪，随后进行基于大律法的图像分割；基于高斯曲线拟合法对中心线进行定位；之后进行光条图像处理，并根据四张图像数据计算大型方矩形管表面光条的空间位置坐标，并转换到全局测量坐标系下；
由投射到同一截面上的四个光条的空间坐标拟合表征各型面的平面，并计算平面间的位置关系，根据平面间的位置关系，求取大型方矩形管的几何尺寸参数。
一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统的方法，包括如下步骤：
(1)由一台激光摄像机和一台一字线线激光器组成线结构光视觉传感器，并完成激光摄像机和线结构光视觉传感器参数的校准。
(2)根据线结构光视觉传感器工作距离及测量景深，在被测方矩形管四周布设并固定4只线结构光视觉传感器。
(3)参考现有的单结构光传感器的局部标定方法，通过对多传感器标定方法的研究，设计出一种采用空间多球运动式标定台进行全局标定的多传感器全局标定的方法。
(4)根据激光摄像机的测量范围和方矩形管尺寸，调节好各线结构光视觉传感器的位置，使激光照射在同一截面上，并且能够满足大型方矩形管的测量要求。
(5)图像处理器通过线结构光视觉传感器控制器控制所布设的线结构光视觉传感器中的摄像机同步采集方矩形管表面光条图像。
(6)确定系统中图像处理的方法，选择中值滤波去噪、基于大律法的图像分割技术与高斯曲线拟合法的中心线定位方法。
(7)图像处理器进行光条图像处理，并根据线结构光视觉传感器的测量模型计算方矩形管表面光条的空间位置坐标，并转换到全局测量坐标系下。
(8)由投射到同一型面上的多个光条的空间坐标拟合可表征各型面的平面，并计算平面间的位置关系，根据平面间的位置关系，求取方矩形管的几何尺寸参数。
(9)将二维信息转换为三维空间信息，即可得到条纹对应的物体表面三维信息。由于红色激光具有亮度高，方向性好，单色性好的特点，所述的传感器激光采用红色激光，且投射出的一条激光线。
所述的激光摄像头校准参数有：摄像头焦距、畸变系数和比例因子以及像平面的中心。
所述的对应4个线结构光视觉传感器的数量是根据不同规格的方矩形管的尺寸大小范围确定的，要确保总的线结构光视觉传感器测量视场能覆盖所有型面，也就是说每个线结构光视觉传感器都要覆盖2个型面。
所述的放置方法能够完成所有不同规格大型方矩形管测量。
所述的型钢的几何尺寸参数包括高度、宽度、R角和表面凹凸度。
所述的测量系统可以实现简易3D测量功能。
请参阅图5，本优选实施例中，图像处理器采用的是安装有图像处理软件的工控机，该工控机通过交换机与4个线结构光视觉传感器进行数据交互。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统，其特征在于：至少包括：
用于采集大型方矩形管外形图像数据的四个线结构光视觉传感器，每个线结构光视觉传感器包括一台激光摄像机和一台一字线激光器；四个线结构光视觉传感器均匀分布于大型方矩形管的四周；四台一字线激光器的光照线位于大型方矩形管的同一截面内；
用于接收上述四个线结构光视觉传感器采集信号的图像处理器；四台激光摄像机的信号输出端子与所述图像处理器的I/O端子电连接。
2.根据权利要求1所述的多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统，其特征在于：还包括安装四个线结构光视觉传感器的导轨支架。
3.一种基于权利要求2所述的多规格大型方矩形管在线尺寸参数检测用的系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤101、组装系统，根据具体工况调整位置，并对每个部件进行标定；
步骤102、开启四个线结构光视觉传感器，获取四张图像数据；将获取到的四张图像数据同步发送至图像处理器；
步骤103、所述图像处理器对通过对上述四张图像数据的分析，计算得出大型方矩形管的尺寸参数；具体为：
首先对每张图像数据进行中值滤波去噪，随后进行基于大律法的图像分割；基于高斯曲线拟合法对中心线进行定位；之后进行光条图像处理，并根据四张图像数据计算大型方矩形管表面光条的空间位置坐标，并转换到全局测量坐标系下；
由投射到同一截面上的四个光条的空间坐标拟合表征各型面的平面，并计算平面间的位置关系，根据平面间的位置关系，求取大型方矩形管的几何尺寸参数。
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