CN112284696A - 基于3d视觉技术的气瓶容积检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法及系统，该检测方法包括：将受试气瓶放置于视场范围内，对受试气瓶进行信息采集；将采集到的信息处理后得到信息一；判断信息一是否正确，若错误则返回调整参数后重新开始；若信息一正确则进行水压试验，获取加压状态下的受试气瓶的信息二以及泄压后受试气瓶的信息三；根据信息二和信息三计算受试气瓶的容积参数。本公开通过非接触式的手段，详细、实时地计算出水压试验中气瓶的外壁尺寸的变化，进而得到容积弹性变形量，容积残余变形量等参数，不会对钢瓶造成损伤，可同时测量多组气瓶，具有速度快，操作简便等优点，实现对气瓶质量状态的实时监测预警。
Description
技术领域
本发明涉及工业质检技术领域，特别是涉及一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法及系统。
背景技术
工业气瓶应用于各种高压，高危气体的灌装，因而气瓶的质量检测至关重要。水压试验是目前普遍的全面检测气瓶综合性能的试验方法。该方法通过向气瓶内部注水，使得气瓶内部压力升高，达到预设值而后排水卸压，此过程中，气瓶会发生形变，该形变即为判断气瓶质量的重要指标。
目前，主要的测量方法有两类：内测法与外测法。其中，内测法从气瓶内部来衡量水量的变化，以此推知气瓶容积的变化，由于气瓶制作材质不均匀等因素，因而气瓶内部水量的变化未必等于气瓶容积的变化，该方法测量精度低。通常，外测法基于水套介质，通过测量外部水套的变化来计算气瓶容积的变化，并利用压力传感器称重计算，该方法受排出水在管道损失的影响导致精度降低，另一个弊端就是测试过程需反复将气瓶装吊进水套，还需对水套进行密闭性检测，补水等流程，效率低。此外，还有其他非接触式的外测手段，如基于超声波，基于2D视觉的干式方法，具有无需水作媒介，操作简便，不会损伤气瓶等优势，但也存在气瓶形变过于微弱导致测量精度难以满足需求等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法及系统，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，提供了一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法，包括以下步骤：
(1)将受试气瓶放置于视场范围内，对受试气瓶进行信息采集；
(2)将步骤(1)采集到的信息处理后得到信息一；
(3)判断信息一是否正确，若错误则返回步骤(1)调整参数后重新开始；
(4)若信息一正确则进行水压试验，获取加压状态下的受试气瓶的信息二以及泄压后受试气瓶的信息三；
(5)根据步骤(4)得到的信息二和信息三计算受试气瓶的容积参数。
作为本公开的另一个方面，还提供了一种用于执行如上所述检测方法的检测系统，包括：
图像传感模块，用于获取受试气瓶的图像信息；
处理模块，其与图像传感模块连接，用于将图像传感模块获取的图像信息进行处理；以及
控制模块，用于控制图像传感模块和处理模块。
从上述技术方案可以看出，本公开的基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法及系统至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本公开利用3D视觉技术获取气瓶在冲压，卸压过程中管壁的实时形变状态，并以此为基础精确计算出气瓶容积全变形值，容积残余变形值等质检参数，该技术可以对整体形变的尺度实现可视化，多角度观测，有利于发现缺陷位置和大小；
(2)本公开通过非接触式的手段，详细、实时地计算出水压试验中气瓶的外壁尺寸的变化，进而得到容积弹性变形量，容积残余变形量等参数，不会对钢瓶造成损伤，可同时测量多组气瓶，具有速度快，操作简便等优点，实现对气瓶质量状态的实时监测预警。
附图说明
为了清楚说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显然，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本公开一实施例中基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法的流程图；
图2为本公开一实施例中基于3D视觉技术的气瓶容积检测系统的结构示意图；
图3为本公开一实施例中水压试验下气瓶半径变化示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
3D视觉是基于结构光，三角测量法，时间飞行法等原理的新型图像采集技术，相较于2D视觉，它不但可以获取灰度图，还能获得有关物体表面形貌的3D点云图，因而不但能够观测形变引起的轮廓变化，还能获取气瓶表面整体的形变情况，以此来精确计算出残余容积形变率等指标。
本发明公开了一种气瓶容积检测方法，包括以下步骤：
(1)将受试气瓶放置于视场范围内，对受试气瓶进行信息采集；
(2)将步骤(1)采集到的信息处理后得到信息一；
(3)判断信息一是否正确，若错误则返回步骤(1)调整参数后重新开始；
(4)若信息一正确则进行水压试验，获取加压状态下的受试气瓶的信息二以及泄压后受试气瓶的信息三；
(5)根据步骤(4)得到的信息二和信息三计算受试气瓶的容积参数。
其中，步骤(1)所述的信息采集的方法包括3D视觉技术；
其中，所述3D视觉技术包括但不仅限于双目立体视觉、结构光技术、激光三角测量法、飞行时间技术。
其中，步骤(1)信息采集步骤中采集到的信息为3D数据，所述3D数据包括但不仅限于深度图、点云图、网格图。
其中，步骤(1)所述的信息采集的方法具体包括：在适当的光源条件下，将受试气瓶放置在图像传感模块的视场范围之内，在控制模块中设置初始气瓶信息、拍摄参数，触发处于待机状态的图像传感模块，对受试气瓶表面拍摄，获取图像信息；
其中，所述光源包括但不仅限于自然光、红外光、蓝光；
其中，所述图像信息包括但不仅限于位图文件、二进制文件、文本文件；
其中，步骤(1)中所述的图像传感模块包括但不仅限于光电传感器、图像传感器、视觉传感器；
其中，步骤(1)中所述受试气瓶包括但不仅限于氮气瓶、氧气瓶、氦气瓶。
其中，步骤(2)中将采集到的信息进行处理步骤中的处理方法包括：将图像数据转化为三维点云，通过滤波、降噪算法进行预处理，对点云运用不同的拟合、插值算法，获取误差最小的解，得到空的受试气瓶的信息一。
其中，步骤(3)所述调整参数步骤中的参数包括但不仅限于光源功率、曝光时间、曝光次数；
其中，步骤(3)所述判断信息一是否正确的方法包括：将信息一与受试气瓶的阈值对比，若在阈值范围内则信息一正确，否则信息一错误。
其中，步骤(4)中获得所述信息二和信息三的方法与获得信息一的方法相同；
其中，步骤(2)和/或步骤(4)中所述信息一、信息二、和/或信息三包括受试气瓶的半径或直径。
其中，步骤(4)中所述的水压试验具体包括：向受试气瓶中注水至达到预设压力后保压，然后排水卸压；
其中，所述预设压力为0-35Mpa；
其中，步骤(5)中所述计算受试气瓶的容积参数步骤具体包括：将计算得到的信息一、信息二、和信息三，带入公式，求解出气瓶容积参数，并与预设值对比，验证该受试气瓶质量是否合格；
其中，所述的容积参数包括但不限于容积全变形量、容积残余变形量、容积残余变形率。
其中，所述气瓶容积检测方法在步骤(5)结束后还包括：
步骤(6)根据步骤(5)的结果若受试气瓶合格则保存该气瓶的质检信息，并将结果显示于终端并保存；如果受试气瓶不合格，则给出预警提不；
其中，所述终端包括但不仅限于工控机、电脑、手机、平板。
本发明还公开了一种用于执行如上所述检测方法的检测系统，包括：
图像传感模块，用于获取受试气瓶的图像信息；
处理模块，其与图像传感模块连接，用于将图像传感模块获取的图像信息进行处理；以及
控制模块，用于控制图像传感模块和处理模块；
其中，所述检测系统还包括：
显示模块，用于显示受试气瓶的信息；以及
存储模块，用于存储受试气瓶的信息。
在一个实施方式中，本公开例如采用如下技术方案：
本公开提供了一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法及系统，该方法在适当的光源条件下，通过至少一个图像传感模块获取气瓶瓶径的3D图像信息，经后续算法处理获取外壁不同位置处的尺寸变化，并计算求得气瓶全容积形变率，残余容积形变率等参数，所述系统包括图像传感模块，它与控制模块，处理模块相连接，用于获取气瓶外壁的形变数据，处理模块还与显示模块，存储模块相连接，用于管理，记录气瓶质量等相关信息。本公开可通过非接触式的手段，详细，实时地计算出水压试验中气瓶的外壁尺寸的变化，进而得到容积弹性变形量，容积残余变形量等参数，对气瓶质量实现高精度，快速检测。
在一个优选实施方式中，本公开例如采用如下技术方案：
一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法，在适当的光源环境下，控制模块发送指令，至少一个图像传感模块进入工作状态，图像处理模块获取气瓶表面图像信息，经算法处理后，拟合出气瓶管径尺寸的变化，并进一步计算出气瓶容积。
在本公开一些实施例中，所述的基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法，所述的图像经算法处理拟合出管径尺寸的变化进一步包括：图像信息转化为3D数据，算法拟合管径尺寸，将该值与阈值比对，判断结果是否正确，若正确则继续，不正确则重新尝试；所述的3D数据包括但不限于深度图、点云图、网格图。
在本公开一些实施例中，所述的不正确则重新尝试进一步包括：调整相机参数重新获取图像信息，继续计算，将新结果与阈值比对，判断结果是否正确，若正确则继续，不正确则提示气瓶放置位置出错；所述的相机参数包括但不限于：光源功率、曝光时间、曝光次数。
在本公开一些实施例中，所述的基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法，所述的根据管径计算出气瓶容积进一步包括：将拟合的管径尺寸带入公式，求取残余容积形变率等参数，将这些值与预设值比对，判断气瓶质量是否合格，若合格则继续，不合格则给出预警提示。
在本公开一些实施例中，所述的若合格则继续，进一步包括：将最终结果显示于终端，保存气瓶质检结果，换下一波气瓶继续检测；所述的终端包括但不限于工控机、电脑、手机、平板。
在本公开一些实施例中，所述的3D视觉技术包括但不限于双目立体视觉、结构光技术、激光三角测量法、飞行时间技术。
所述的气瓶包括但不限于氮气瓶、氧气瓶、氦气瓶。
所述的容积包括但不限于容积全变形量、容积残余变形量、容积残余变形率。
所述的适当的光源环境包括但不限于自然光、红外光、蓝光。
所述的图像传感模块包括但不限于光电传感器、图像传感器、视觉传感器。
所述的气瓶表面包括但不限于上面、正面、背面、侧面。
所述的图像信息包括但不限于位图文件、二进制文件、文本文件。
根据本公开的另一个方面，提供了一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测系统，
图像传感模块与控制模块，处理模块相连，用于获取气瓶表面的图像信息，并拟合出瓶径的尺寸，从而准确计算出残余容积形变率等参数。
控制模块与显示模块，存储模块相连，用于将每个气瓶的质检信息显示于终端设备，同时保存该结果。
在本公开一些实施例中，所述的控制模块用于向图像传感模块发送拍摄指令，同时还可调节拍摄参数。另外，根据从处理模块获取的计算结果给出继续拍摄，预警提示等指令。所述的处理模块用于从3D图像信息中计算出气瓶管径的变化细节，得到容积，容积残余形变率等信息，并反馈给控制模块。本公开提供了一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法及系统，能够详细，实时记录水压试验下气瓶管壁的形变尺度，并从而计算得到容积残余形变率等参数，对气瓶质量实现非接触式，快速，精确检测。
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法，图1为本公开第一实施例基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法的流程图，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S1，开启电源，此时图像传感模块进入待机状态，将清洁干燥的受试气瓶放置于视场范围内。接着，在控制模块中设置初始气瓶信息，拍摄参数。
步骤S2，触发图像传感模块拍摄气瓶表面，获取图像信息，通常为包含灰度值，距离值的图像信息，如位图文件，文本文件等。
步骤S3，将图像信息转化为三维点云，通过滤波，降噪等算法进行预处理，接着对点云运用不同的拟合，插值算法，获取误差最小的解，得到此时(水压试验前)气瓶半径记作R0，容积V0＝π*(R0)2*H，这里将水瓶看作理想的均质圆柱体求解。事实上，根据拟合结果不同，所述容积的计算方法可以是圆柱体，椭圆柱体，任意柱体。
以上所述的3D视觉技术可以是双目立体视觉、结构光技术、激光三角测量法、飞行时间技术。所述的气瓶可以是氮气瓶、氧气瓶、氦气瓶。所述的容积可以是容积全变形量、容积残余变形量、容积残余变形率。所述的图像传感模块可以是光电传感器、图像传感器、视觉传感器。所述的气瓶表面包括但不限于上面、正面、背面、侧面。
步骤S4，对上述结果进行判断，若没有拟合出半径或是误差超出阈值，则回到步骤S1，对相机的拍摄参数，如曝光时间，次数等进行调节，重新拍摄计算，若仍得不到有效解，则给出提示说明气瓶放置位置有误。
此时，进行水压试验向气瓶内部注水，实验用水为洁净淡水，温度不低于5℃，与环境温度之差也不宜大于5℃，控制水压泵的流量不宜过大，瓶体环向应力的增长速率不得大于10N·mm-2·s-1，，加压范围按照不同受试瓶进行调整，当到达水压试验压力后停止，进入保压状态，通常时间不小于30s。若此过程中瓶体出现明显响声，或压力下降等异常则中止实验。接着重复上述拍摄步骤，获取加压状态下的气瓶半径精确值记作R2，如图3所示，容积V2＝π*(R2)2*H；然后将水抽去，重复上述步骤，获取卸压状态下的气瓶半径精确值记作R1，容积V1＝π*(R1)2*H。不同于传统外测法，我们将水压试验中，气瓶的变形量用容积来衡量，于是此时容积残余形变率的计算如下：
步骤S5，根据水压试验前后计算出的气瓶半径值以及上述公式计算出每个受试气瓶的容积残余形变率等参数，这里以圆柱容积计算公式为例。
步骤S6，综合上述计算出的各项数据指标，结合气瓶相关初始信息，判断气瓶的质量是否达到预设的标准值。
步骤S7，如果气瓶合格，则保存该气瓶的质检信息，并将结果显示于终端并保存。
步骤S8，如果气瓶不合格，则给出预警提示，通知工作人员对不合格气瓶进行报废等相关处理。所述的终端可以是工控机、电脑、手机、平板。
至此，本公开第一实施例基于3D视觉技术的气瓶容积检测方法介绍完毕。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种基于3D视觉技术的气瓶容积检测系统，图2为本公开第二实施例基于3D视觉技术的气瓶容积检测系统的结构示意图。如图2所示，图像传感模块1与控制模块2，处理模块3相连，用于获取气瓶表面的图像信息，并拟合出瓶径的尺寸，从而准确计算出残余容积形变率等参数。控制模块2与显示模块4，存储模块5相连，用于将每个气瓶的质检信息显示于终端设备，同时保存该结果。
所述的图像传感模块1可以工作于自然光、红外光、蓝光等光源条件下，根据不同的深度测量原理，如双目、三角测量法等获取气瓶的距离信息，并转化为三维的图像数据如点云。交给处理模块3进行计算。
所述的控制模块2用于向图像传感模块1发送拍摄指令，同时还可调节拍摄参数。另外，根据从处理模块3获取的计算结果给出继续拍摄，预警提示等指令。
至此，本公开第二实施例基于3D视觉技术的气瓶容积检测系统介绍完毕。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气瓶容积检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将受试气瓶放置于视场范围内，对受试气瓶进行信息采集；
(2)将步骤(1)采集到的信息处理后得到信息一；
(3)判断信息一是否正确，若错误则返回步骤(1)调整参数后重新开始；
(4)若信息一正确则进行水压试验，获取加压状态下的受试气瓶的信息二以及泄压后受试气瓶的信息三；
(5)根据步骤(4)得到的信息二和信息三计算受试气瓶的容积参数。
2.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(1)所述的信息采集的方法包括3D视觉技术；
作为优选，所述3D视觉技术包括但不仅限于双目立体视觉、结构光技术、激光三角测量法、飞行时间技术。
3.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(1)信息采集步骤中采集到的信息为3D数据，所述3D数据包括但不仅限于深度图、点云图、网格图。
4.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(1)所述的信息采集的方法具体包括：在适当的光源条件下，将受试气瓶放置在图像传感模块的视场范围之内，在控制模块中设置初始气瓶信息、拍摄参数，触发处于待机状态的图像传感模块，对受试气瓶表面拍摄，获取图像信息；
作为优选，所述光源包括但不仅限于自然光、红外光、蓝光；
作为优选，所述图像信息包括但不仅限于位图文件、二进制文件、文本文件；
作为优选，步骤(1)中所述的图像传感模块包括但不仅限于光电传感器、图像传感器、视觉传感器；
作为优选，步骤(1)中所述受试气瓶包括但不仅限于氮气瓶、氧气瓶、氦气瓶。
5.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(2)中将采集到的信息进行处理步骤中的处理方法包括：将图像数据转化为三维点云，通过滤波、降噪算法进行预处理，对点云运用不同的拟合、插值算法，获取误差最小的解，得到空的受试气瓶的信息一。
6.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(3)所述调整参数步骤中的参数包括但不仅限于光源功率、曝光时间、曝光次数；
作为优选，步骤(3)所述判断信息一是否正确的方法包括：将信息一与受试气瓶的阈值对比，若在阈值范围内则信息一正确，否则信息一错误。
7.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(4)中获得所述信息二和信息三的方法与获得信息一的方法相同；
作为优选，步骤(2)和/或步骤(4)中所述信息一、信息二、和/或信息三包括受试气瓶的半径或直径。
8.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
步骤(4)中所述的水压试验具体包括：向受试气瓶中注水至达到预设压力后保压，然后排水卸压；
作为优选，所述预设压力为0-35Mpa；
作为优选，步骤(5)中所述计算受试气瓶的容积参数步骤具体包括：将计算得到的信息一、信息二、和信息三，带入公式，求解出气瓶容积参数，并与预设值对比，验证该受试气瓶质量是否合格；
作为优选，所述的容积参数包括但不限于容积全变形量、容积残余变形量、容积残余变形率。
9.根据权利要求1所述的气瓶容积检测方法，其特征在于，
所述气瓶容积检测方法在步骤(5)结束后还包括：
步骤(6)根据步骤(5)的结果若受试气瓶合格则保存该气瓶的质检信息，并将结果显示于终端并保存；如果受试气瓶不合格，则给出预警提示；
作为优选，所述终端包括但不仅限于工控机、电脑、手机、平板。
10.一种用于执行如权利要求1-9任一项所述检测方法的检测系统，其特征在于，包括：
图像传感模块，用于获取受试气瓶的图像信息；
处理模块，其与图像传感模块连接，用于将图像传感模块获取的图像信息进行处理；以及
控制模块，用于控制图像传感模块和处理模块；
作为优选，所述检测系统还包括：
显示模块，用于显示受试气瓶的信息；以及
存储模块，用于存储受试气瓶的信息。
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