CN110243297B - 基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法、系统及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法、系统及介质，包括：参数设定步骤：设定螺纹的形状参数；投影仿真步骤：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；误差计算步骤：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；误差关系建立步骤：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；误差修正步骤：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差。本发明充分利用现有图像测量得出的观测中径值，利用仿真回归分析修正中径值，提高了精度。

Description

基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及图像测量领域，具体地，涉及基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法、系统及介质。

背景技术

为了测量管螺纹的中径，传统的方法是采用接触式的方式，测量效率低，测试装置复杂。而传统的基于视觉的螺纹中径测量方法没有考虑螺纹升角对图像造成的畸变影响，会对测量精度造成影响。

专利文献CN109387172A(申请号：201810922008.1)公开了一种螺纹轴测量装置包括：工作台，其支撑要被测量的螺纹轴，且能调整绕垂直Z轴线的旋转位置，调整绕水平且与Z轴线相交的X轴线的旋转位置，和调整在水平且与X轴线相交的Y轴线方向上的位置；探针，其执行对螺纹轴表面的扫描测量。在工作台上安装能接触螺纹轴的调整夹具和让调整夹具接触螺纹轴的升降器。调整夹具包括邻接底表面；邻接侧表面；测量表面；和轴线标记，其使得相对于X轴线的倾斜度能被检测。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法、系统及介质。

根据本发明提供的一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，包括：

参数设定步骤：设定螺纹的形状参数；

投影仿真步骤：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；

误差计算步骤：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；

误差关系建立步骤：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；

误差修正步骤：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差。

优选地，所述参数设定步骤：

螺纹的形状参数包括：

大径、中径、小径、螺距、导程、螺纹升角、螺纹牙型、牙型角。

优选地，所述投影仿真步骤：

根据获得的螺纹的形状参数，在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图；

所述在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图，包括：

沿着螺纹的轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

将剖切面绕轴线微分旋转并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

优选地，所述误差计算步骤：

在获得的实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段，即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

根据螺纹的形状参数计算理论中径，与实测中径比较，获得中径误差；

改变中径值，计算获得不同中径值对应的实测中径和中径误差。

优选地，所述微分旋转指：给定一个预设的旋转角度，一直循环执行，直到转过90°，顺时针和逆时针都旋转90°；

所述螺纹牙型包括：三角齿形、圆弧齿形。

根据本发明提供的一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正系统，包括：

参数设定模块：设定螺纹的形状参数；

投影仿真模块：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；

误差计算模块：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；

误差关系建立模块：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；

误差修正模块：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差。

优选地，所述参数设定模块：

螺纹的形状参数包括：

大径、中径、小径、螺距、导程、螺纹升角、牙型角。

优选地，所述投影仿真模块：

根据获得的螺纹的形状参数，在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图；

所述在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图，包括：

沿着螺纹的轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

将剖切面绕轴线微分旋转并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

优选地，所述误差计算模块：

在获得的实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段，即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

根据螺纹的形状参数计算理论中径，与实测中径比较，获得中径误差；

改变中径值，计算获得不同中径值对应的实测中径和中径误差；

所述微分旋转指：给定一个预设的旋转角度，一直循环执行，直到转过90°，顺时针和逆时针都旋转90°；

所述螺纹牙型包括：三角齿形、圆弧齿形。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明充分利用现有图像测量得出的观测中径值，利用仿真回归分析修正中径值，提高了精度；

2、本发明的回归分析得出的公式可以快速地给出误差补偿值，提高了实时性；

3、本发明充分利用相机拍摄的观测视图，通过仿真模拟修正观测中径的误差值，提高了检测精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是某型号圆螺纹的具体尺寸示意图。

图2是两个过轴线截面截取圆螺纹示意图。

图3是截面2截得的边缘轮廓投影到截面1上所得示意图。

图4是对图3的参数定义后的示意图。

图5是仿真得到的截面的实际视图示意图。

图6是仿真得到的截面的实际视图的局部放大示意图。

图7是本发明技术方案的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，包括：

参数设定步骤：设定螺纹的形状参数；

投影仿真步骤：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；

误差计算步骤：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；

误差关系建立步骤：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；

误差修正步骤：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差。

优选地，所述参数设定步骤：

螺纹的形状参数包括：

大径、中径、小径、螺距、导程、螺纹升角、螺纹牙型、牙型角。

优选地，所述投影仿真步骤：

根据获得的螺纹的形状参数，在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图；

所述在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图，包括：

沿着螺纹的轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

将剖切面绕轴线微分旋转并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

优选地，所述误差计算步骤：

在获得的实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段，即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

根据螺纹的形状参数计算理论中径，与实测中径比较，获得中径误差；

改变中径值，计算获得不同中径值对应的实测中径和中径误差。

优选地，所述微分旋转指：给定一个预设的旋转角度，一直循环执行，直到转过90°，顺时针和逆时针都旋转90°；

所述螺纹牙型包括：三角齿形、圆弧齿形。

本发明提供的基于图像测量的管螺纹中径测量修正系统，可以通过本发明给的基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法的步骤流程实现。本领域技术人员可以将所述基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，理解为所述基于图像测量的管螺纹中径测量修正系统的一个优选例。

根据本发明提供的一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正系统，包括：

参数设定模块：设定螺纹的形状参数；

投影仿真模块：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；

误差计算模块：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；

误差关系建立模块：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；

误差修正模块：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差。

优选地，所述参数设定模块：

螺纹的形状参数包括：

大径、中径、小径、螺距、导程、螺纹升角、牙型角。

优选地，所述投影仿真模块：

根据获得的螺纹的形状参数，在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图；

所述在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图，包括：

沿着螺纹的轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

将剖切面绕轴线微分旋转并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

优选地，所述误差计算模块：

在获得的实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段，即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

根据螺纹的形状参数计算理论中径，与实测中径比较，获得中径误差；

改变中径值，计算获得不同中径值对应的实测中径和中径误差；

所述微分旋转指：给定一个预设的旋转角度，一直循环执行，直到转过90°，顺时针和逆时针都旋转90°；

所述螺纹牙型包括：三角齿形、圆弧齿形。

根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法的步骤。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

优选例1：

一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，具体包括如下步骤：

步骤S1:对梯形管螺纹赋予特定大径，中径，小径，螺距，导程，螺纹升角，牙型角；

步骤S2:仿真出该螺纹的实测投影视图；

步骤S3:计算出实测投影视图中的实测中径，与理论中径比较得中径误差；

步骤S4:改变中径值，重复步骤S1-3得到其他参数已知，实测中径和中径误差的一组对应值；

步骤S5:对以上中径和中径误差对应值进行回归分析，建立实测中径和中径误差关系；

步骤S6:改齿形为三角齿形和圆弧齿形，重复步骤S1-5。

所述步骤S2、S3具体包括：

步骤S201：沿着轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

步骤S202：将剖切面绕轴线微分旋转(顺时针和逆时针都旋转90°)并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

步骤S203：在实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

步骤S204：由给定条件计算理论中径，与实测中径比较得中径误差。

步骤S5具体包括：设计一套回归算法通过对数据进行一元非线性回归分析，拟合出实测中径与中径尺寸偏差的函数关系。

优选例2：

为了解决现有技术问题，如图7所示，本发明提供一种基于图像测量的管螺纹中径的修正方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤S1:对梯形管螺纹赋予特定大径，中径，小径，螺距，导程，螺纹升角，牙型角；

步骤S2:仿真出该螺纹的实测投影视图；

步骤S3:计算出实测投影视图中的实测中径，与理论中径比较得中径误差；

步骤S4:改变中径值，重复步骤S1-3得到其他参数已知，实测中径和中径误差的一组对应值；

步骤S5:对以上中径和中径误差对应值进行回归分析，建立实测中径和中径误差关系；

步骤S6:改齿形为三角齿形和圆弧齿形，重复步骤S1-5。

其中，图像检测时用到的光学系统的布置如下：采用明场背光拍摄的光学布置，其中光源为平行光源，镜头为远心镜头，光学系统的光轴与待测钢管轴线之间为垂直的关系。

下面以有锥度的圆螺纹为例，具体说明其仿真计算原理。

如图1所示，为某型号圆螺纹的具体尺寸。

如图3所示，蓝色曲线表示图2中截面1截得的边缘轮廓红色曲线表示图2中截面2截得的边缘轮廓(三角形)截面1为主截面其他截面上点的坐标垂直投影至截面1，即X轴坐标不变，Y轴坐标变化(y₂₁＝y₁*cosθ)。

如图4所示，管螺纹有锥度，使得任意过轴线的截面截得的齿形虚拟三角形顶点均落在上下两条平行线(l1，l2)上。a，b，h三者数值可通过几何关系确定，即可确定l1，l2之间的竖直距离(角度已知)。

a+b＝h

b＝Ltanα

atanθ₁+htanθ₂＝L

θ截面对应转角θ，对应的轮廓相当于在左图中平行线间平移一段距离Δx，对应关系为

设齿根与齿顶均为规则的圆弧，对于每个θ截面，确定顶点坐标，可通过几何关系确定圆弧中心、两个起始点坐标以及半径r。

以齿顶圆弧为例：

P:(0,D/2+h)

O:

M,N的角度范围：[π-θ₂,θ₁]

如图5所示，通过微分描点连线的方式可以画出圆弧，对圆弧上点进行投影，得到投影后的齿形θ以微小间距递增，所有截面齿形绘于同一张图上，形成包络线，即为截面的实际视图。图6为图5的局部放大图。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，其特征在于，包括：

参数设定步骤：设定螺纹的形状参数；

投影仿真步骤：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；

误差计算步骤：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；

误差关系建立步骤：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；

误差修正步骤：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差；

所述投影仿真步骤：

根据获得的螺纹的形状参数，在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图；

所述在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图，包括：

沿着螺纹的轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

将剖切面绕轴线微分旋转并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

所述误差计算步骤：

在获得的实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段，即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

根据螺纹的形状参数计算理论中径，与实测中径比较，获得中径误差；

改变中径值，计算获得不同中径值对应的实测中径和中径误差。

2.根据权利要求1所述的基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，其特征在于，所述参数设定步骤：

螺纹的形状参数包括：

大径、中径、小径、螺距、导程、螺纹升角、螺纹牙型、牙型角。

3.根据权利要求2所述的基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法，其特征在于，所述微分旋转指：给定一个预设的旋转角度，一直循环执行，直到转过90°，顺时针和逆时针都旋转90°；

所述螺纹牙型包括：三角齿形、圆弧齿形。

4.一种基于图像测量的管螺纹中径测量修正系统，其特征在于，包括：

参数设定模块：设定螺纹的形状参数；

投影仿真模块：根据设定的螺纹的形状参数，仿真螺纹的实测投影视图；

误差计算模块：根据获得的螺纹的形状参数及螺纹的实测投影视图，计算获得实测中径及中径误差；

误差关系建立模块：对获得的实测中径及中径误差进行非线性回归分析，获得实测中径与中径误差之间的拟合函数关系；

误差修正模块：根据获得的实测中径与中径误差之间的拟合函数关系，消除实测中径的误差；

所述投影仿真模块：

根据获得的螺纹的形状参数，在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图；

所述在matlab软件中仿真螺纹的实测投影视图，包括：

沿着螺纹的轴线剖视螺纹，投影到主投影面上；

将剖切面绕轴线微分旋转并垂直投影到主投影面上，得到实测投影视图；

所述误差计算模块：

在获得的实测投影视图上作平行于轴线的线，找到和齿形相交后被齿廓平分的线段，即牙型上沟槽和突起宽度相等处，将这条线段与轴线距离的两倍作为实测中径；

根据螺纹的形状参数计算理论中径，与实测中径比较，获得中径误差；

改变中径值，计算获得不同中径值对应的实测中径和中径误差；

所述微分旋转指：给定一个预设的旋转角度，一直循环执行，直到转过90°，顺时针和逆时针都旋转90°；

所述螺纹牙型包括：三角齿形、圆弧齿形。

5.根据权利要求4所述的基于图像测量的管螺纹中径测量修正系统，其特征在于，所述参数设定模块：

螺纹的形状参数包括：

大径、中径、小径、螺距、导程、螺纹升角、牙型角。

6.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的基于图像测量的管螺纹中径测量修正方法的步骤。

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