CN109780994A - 一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置及方法，本发明装置中包括相机、支撑架、标定块、工业计算机、显示屏、补光模块；相机安装在支撑架上并且与工业计算机相互连接，相机负责采集图像，并将图像传递给工业计算机，工业计算机分析采集的图像，基于图像处理技术计算出管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在机床中的相对位置，此外将这些数据和当前拍摄到的图像显示在显示屏上，机床操作人员根据这些数据对管螺纹进行切削加工。本测量装置可以自动计算管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在机床中的相对位置，无需人的干预，具有结构简单、效率高的特点。

Description

一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置及方法

技术领域

本发明属于管螺纹位置测量技术领域，尤其涉及一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置及方法。

背景技术

管螺纹在使用一段时间后因为自然磨损无法继续使用，需要切除螺纹部分重新车出新的螺纹，虽然近年来出现了一些辅助的测量工具，但是在螺纹修复加工过程中依然无法实现自动化加工，仍然需要人工的干预。

中国专利文献公开了“一种用于数控车床维修螺纹的螺纹位置专用测量仪”(公开号：CN 202149735 U，公开日：2012.02.22)，该专用测量仪使用与被测螺纹相匹配的螺纹齿，通过螺纹齿与被测螺纹啮合完成定位，然后根据后端的千分尺读数，完成测量。该专用测量仪专门针对特定的螺纹进行设计，具有结构简单、省时省力和造价低廉等特点。

上述的专用测量仪存在一些缺点：测量仪只是针对特定的螺纹设计的，无法兼顾一类螺纹的需求，加工不同的螺纹需要更换不同的测量仪，无法做到一物多用，此外上述测量仪仍需要人工读数，无法做到自动化操作，仍然不够自动化、智能化。因此需要设计出一种设备可以自动计算管螺纹的特征参数以及管螺纹在机床中的相对位置，然后将参数显示出来，供机床操作人员使用，从而真正实现加工的智能化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置及方法，可以自动计算管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在机床中的相对位置，无需人的干预，具有结构简单、效率高的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于图像技术的管螺纹位置测量方法，该方法包括以下步骤，步骤一，相机拍摄到包含管螺纹、标定块和管螺纹切削加工数控机床的螺纹对刀块的图像后将该图像传递给工业计算机；步骤二，工业计算机对该图像进行二值化处理、提取图像的边缘特征，通过Hough法检测图像中存在的直线，将与竖直方向夹角超过15°的直线过滤掉(螺纹在图像中是竖直方向的，根据图像的斜率过滤掉该部分直线。)；步骤三，剩余直线为螺纹的图像线条，计算管螺纹的对称中心的坐标，获取整个管螺纹的坐标范围，按照这个坐标范围在图像中对整个管螺纹区域进行分块截取，进一步计算出管螺纹的特征尺寸的像素差值和管螺纹在图像中的坐标；步骤四，根据螺纹对刀块的外形特征获取对刀块在图像中的坐标，根据标定块计算出图像的比例尺，根据管螺纹的特征尺寸的像素差值、管螺纹和螺纹对刀块在图像中的坐标即可以计算出管螺纹的特征尺寸和管螺纹在图像中的相对位置，工业计算机将数据显示在显示屏上，机床操作人员根据这些数对螺纹进行切削加工。

按上述技术方案，所述步骤四中，通过计算管螺纹到标定块的位置定位管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置。

本发明还提供一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置，包括机架、相机、支撑架、标定块、工业计算机、显示屏、补光模块；机架固定在管螺纹切削加工数控机床上；相机、补光模块安装在支撑架的上端，支撑架的底座连接在机架上，相机、补光模块之间的相对位置是固定的，通过控制支撑架使相机在三个空间自由度内移动，补光模块射出的光线方向与管螺纹切削加工数控机床主轴的方向垂直，补光模块高度与管螺纹切削加工数控机床的螺纹对刀块刀尖在一个水平高度；相机用于采集图像，并将该图像传递给工业计算机，工业计算机用于分析相机所采集的图像，基于图像处理技术计算出管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置，显示屏与工业计算机连接，显示屏用于显示管螺纹的特征尺寸、管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置数据以及相机拍摄到的图像，方便机床操作人员对螺纹进行加工，标定块用于标定相机所拍摄图像中像素的实际尺寸，固定在车床溜板中间位置。

按上述技术方案，标定块为正方形的薄片，厚度范围为2-3mm。

按上述技术方案，相机的拍摄角度垂直于管螺纹切削加工数控机床的加工面并指向地面。

按上述技术方案，管螺纹的特征尺寸包括螺纹的螺距、牙型角、大径、小径。

本发明产生的有益效果是：本发明基于图像技术的管螺纹位置测量装置可以用在管螺纹切削加工数控机床上，本发明装置及方法中通过相机捕获管螺纹切削加工数控机床当前的加工图像，计算出管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置，利用这些数据，机床操作人员可以高效地对管螺纹进行切削修复。此外它具备智能化、适应性强、使用方便、可靠性好、省时省力等特点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一种基于图像技术的管螺纹位置测量方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种基于图像技术的管螺纹位置测量方法，如图2所示，该方法包括以下步骤，步骤一，相机拍摄到包含管螺纹、标定块和管螺纹切削加工数控机床的螺纹对刀块的图像后将该图像传递给工业计算机；步骤二，工业计算机对该图像进行二值化处理、提取图像的边缘特征，通过Hough法检测图像中存在的直线，将与竖直方向夹角超过15°的直线过滤掉，螺纹在图像中是竖直方向的，根据图像的斜率过滤掉该部分直线。步骤三，剩余直线为螺纹的图像线条，计算管螺纹的对称中心的坐标，获取整个管螺纹的坐标范围，按照这个坐标范围在图像中对整个管螺纹区域进行分块截取，进一步计算出管螺纹的特征尺寸的像素差值和管螺纹在图像中的坐标；步骤四，根据螺纹对刀块的外形特征获取对刀块在图像中的坐标，根据标定块计算出图像的比例尺，根据管螺纹的特征尺寸的像素差值、管螺纹和螺纹对刀块在图像中的坐标即可以计算出管螺纹的特征尺寸和管螺纹在图像中的相对位置，工业计算机将数据显示在显示屏上，机床操作人员根据这些数对螺纹进行切削加工。

进一步地，所述步骤四中，通过计算管螺纹到标定块的位置定位管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置。

本发明实施例中还提供一种基于图像技术的管螺纹位置测量装置，如图1所示，包括机架、相机1、支撑架2、标定块3、工业计算机4、显示屏5、补光模块6；机架固定在管螺纹切削加工数控机床上；相机、补光模块安装在支撑架的上端，支撑架的底座连接在机架上，相机、补光模块之间的相对位置是固定的，通过控制支撑架使相机在三个空间自由度内移动，补光模块射出的光线方向与管螺纹切削加工数控机床主轴的方向垂直，补光模块高度与管螺纹切削加工数控机床的螺纹对刀块7刀尖在一个水平高度；相机用于采集图像，并将该图像传递给工业计算机，工业计算机用于分析相机所采集的图像，基于图像处理技术计算出管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置，显示屏与工业计算机连接，显示屏用于显示管螺纹的特征尺寸、管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置数据以及相机拍摄到的图像，方便机床操作人员对螺纹进行加工，标定块用于标定相机所拍摄图像中像素的实际尺寸，固定在车床溜板中间位置，如图1所示。

进一步地，标定块为正方形的薄片，厚度范围为2-3mm。

进一步地，相机的拍摄角度垂直于管螺纹切削加工数控机床的加工面并指向地面。

进一步地，管螺纹的特征尺寸包括螺纹的螺距、牙型角、大径、小径。

本发明方法实施例中具体操作过程如下：

(1)固定摄像机，将摄像机固定在螺纹和机床车刀的正上方，调整摄像机镜头的角度，使其垂直朝下拍摄图像。

(2)运行软件系统，运行工业计算机上的计算软件，打开摄像头，初始化系统。

(3)标定摄像机，放入标定块，标定相机的参数，记录相关的数据。

(4)保存图像，在系统运行过程中记录关键的测试数据，保存当前拍摄到的图像。

(5)进行数据分析处理。

在二值化图像中截取图像中心的一行像素可以计算出管螺纹螺距的像素值，然后结合计算得到的图像比例尺可以得到管螺纹的真实螺距。车刀的刀尖在图像中的特征明显，依靠这些特征，便于得到车刀刀尖在图像中的坐标。通过减小图幅的大小，在保证拍摄物体的前提下，尽可能的减小图幅的大小，让更多的像素点分布在我们真正关注的区域。使用本发明的装置与方法，对硬件要求相对不高，本实验中使用摄像机采用USB型连接，分辨率为1920*1080，就能够得到较小的0.014mm的误差。标定后测定图像的分辨率为0.178mm/Pixel，螺距的像素差为37Pixel，螺纹刀车刀的像素差为467Pixel，根据比例尺计算可得，螺距的真实值:6.586mm，螺纹到车刀的真实距离:110.212mm。手工测量管螺纹的螺距为6.6mm，误差为0.014mm。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于图像技术的管螺纹位置测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，步骤一，相机拍摄到包含管螺纹、标定块和管螺纹切削加工数控机床的螺纹对刀块的图像后将该图像传递给工业计算机；步骤二，工业计算机对该图像进行二值化处理、提取图像的边缘特征，通过Hough法检测图像中存在的直线，将与竖直方向夹角超过15°的直线过滤掉；步骤三，剩余直线为螺纹的图像线条，计算管螺纹的对称中心的坐标，获取整个管螺纹的坐标范围，按照这个坐标范围在图像中对整个管螺纹区域进行分块截取，进一步计算出管螺纹的特征尺寸的像素差值和管螺纹在图像中的坐标；步骤四，根据螺纹对刀块的外形特征获取对刀块在图像中的坐标，根据标定块计算出图像的比例尺，根据管螺纹的特征尺寸的像素差值、管螺纹和螺纹对刀块在图像中的坐标即可以计算出管螺纹的特征尺寸和管螺纹在图像中的相对位置，工业计算机将数据显示在显示屏上，机床操作人员根据这些数对螺纹进行切削加工。

2.根据权利要求1所述的基于图像技术的管螺纹位置测量方法，其特征在于，所述步骤四中，通过计算管螺纹到标定块的位置定位管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置。

3.一种实现权利要求1所述方法的基于图像技术的管螺纹位置测量装置，其特征在于，包括机架、相机、支撑架、标定块、工业计算机、显示屏、补光模块；机架固定在管螺纹切削加工数控机床上；相机、补光模块安装在支撑架的上端，支撑架的底座连接在机架上，相机、补光模块之间的相对位置是固定的，通过控制支撑架使相机在三个空间自由度内移动，补光模块射出的光线方向与管螺纹切削加工数控机床主轴的方向垂直，补光模块高度与管螺纹切削加工数控机床的螺纹对刀块刀尖在一个水平高度；相机用于采集图像，并将该图像传递给工业计算机，工业计算机用于分析相机所采集的图像，基于图像处理技术计算出管螺纹的特征尺寸以及管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置，显示屏与工业计算机连接，显示屏用于显示管螺纹的特征尺寸、管螺纹在管螺纹切削加工数控机床中的相对位置数据以及相机拍摄到的图像，标定块用于标定相机所拍摄图像中像素的实际尺寸。

4.根据权利要求3所述的基于图像技术的管螺纹位置测量装置，其特征在于，标定块为正方形的薄片，厚度范围为2-3mm。

5.根据权利要求3或4所述的基于图像技术的管螺纹位置测量装置，其特征在于，相机的拍摄角度垂直于管螺纹切削加工数控机床的加工面并指向地面。

6.根据权利要求3或4所述的基于图像技术的管螺纹位置测量装置，其特征在于，管螺纹的特征尺寸包括螺纹的螺距、牙型角、大径、小径。