CN112525042A - 一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，包括至少一条带有刻度的直尺滑轨具体为第一测量臂，所述第一测量臂上至少一端带有至少一个成像装置、至少一个图像分析处理单元、至少一个运动控制装置及至少一个电机；应用本技术方案可实现对钢管的内外径及壁厚进行批量高精度全自动检测。

Description

一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺
技术领域
本发明涉及钢管内外壁及壁厚测量领域，具体是指一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺。
背景技术
目前空心管行业中各轧管长在对空心管的管端进行尺寸测量时长期靠人工用千分尺进行手动测量，测量数据偏少，对壁厚不均或椭圆度，不能给出直观的判断，测量准确性，受生产节奏，环境或量距放置方式及测量人员的主观因素影响较大。而已有的视觉检测方法，虽然提高了测量的效率、自动化程度和客观性，但是已有的计算机视觉测量方法要么达不到手工测量的精度，要么达不到手工测量的范围。已有的机器视觉方法不能兼顾测量范围，如1000毫米外径；和测量精度，如微米量级精度的矛盾。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，实现对钢管的内外径及壁厚进行批量高精度全自动检测。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，包括至少一条带有刻度的直尺滑轨具体为第一测量臂，所述第一测量臂上至少一端带有至少一个成像装置、至少一个图像分析处理单元、至少一个运动控制装置及至少一个电机；
所述成像装置包含相机及光学远心成像镜头，所述光学远心成像镜头的成像放大倍数在其有效工作范围内恒定；所述光学远心成像镜头与所述直尺滑轨及待测空心管的位置关系为：直尺滑轨横跨待测空心管管道的端面并且与待测管的管道端面紧贴，所述光学远心成像镜头放置在对直尺滑轨的刻度线及与直尺滑轨紧邻的待测空心管清晰成像处，所述光学远心成像镜头与相机相连，所述光学远心成像镜头的成像面落与相机的图像传感器面；所述成像装置与直尺滑轨滑动连接；直尺滑轨的刻度细分最小单位为毫米；
成像装置与电机机械相连，在电机驱动下，成像装置沿着直尺滑轨移动；所述电机与运动控制装置电相连；成像装置的相机图像一边与滑轨长边平行，成像装置的相机图像另一边与直尺滑轨的刻度线平行；
所述成像装置采集直尺滑轨上刻度线及待测空心管的管壁图像，所述图像分析处理单元对成像装置所获得图像进行分析，确定出空心管管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出管道内外径及壁厚；
所述第一测量臂连接有驱动电机，在第一驱动电机的驱动下，第一测量臂带动成像装置绕垂直于第一测量臂的中轴线旋转；第一测量臂的中轴线与待测空心管的对称轴线平行；在旋转过程中，第一测量臂紧靠待测空心管的端口；所述第一驱动电机与运动控制装置电相连；
在第一测量臂绕中轴线旋转过程中，成像装置对待测空心管的端口和第一测量臂连续成像N次(N≥1)，图像分析处理单元分析这些图像，确定出待测空心管的管道端口内外壁在图像中相对于第一测量臂的刻度的位置，计算出N(N≥1)组待测空心管内外径及壁厚参数。
在一较佳的实施例中，所述第一测量臂的两端分别带有至少一个成像装置分别为第一成像装置及第二成像装置，用于同时对待测空心管的管道的两端内外壁及与之紧贴的直尺滑轨刻度线成像；第一成像装置及第二成像装置通过控制装置电相连，零时差采集图像；所述图像分析单元对第一成像装置及第二成像装置所获得图像进行分析，确定出待测空心管的管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出待测空心管的管道内外径及壁厚。
在一较佳的实施例中，所述第一测量臂的左端设置有第一左端成像装置及第一右端成像装置，用于同时对左端的待测空心管的内壁及外壁及与之紧贴的直尺刻度线成像；所述第一左端成像装置及第一右端成像装置通过控制装置电相连，零时差采集图像；
所述图像分析单元对第一左端成像装置及第一右端成像装置所获得图像进行分析，确定待测空心管的管道左端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出待测空心管的管道左端口内外壁位置。
在一较佳的实施例中，所述第一测量臂的右端设置有第二左端成像装置及第二右端成像装置，用于同时对右端的待测空心管的内壁及外壁及与之紧贴的直尺刻度线成像；所述图像分析单元对第二左端成像装置及第二右端成像装置所获得图像进行分析，确定待测空心管的管道的右端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出管道右端端口内外壁位置，计算出管道内外径及管道壁厚。
在一较佳的实施例中，还包括与所述第一测量臂相同且与所述第一测量臂相垂直并且相交于所述第一测量臂的中点的第二测量臂，所述第一测量臂与第二测量臂相互垂直并相交于中点；
第一测量臂的成像装置与第二测量臂的成像装置同时对待测空心管的管道相隔90度角度的两个位置进行成像测量，图像分析处理单元根据图像确定出待测空心管的端口内外壁在图像中相对于第一测量臂及第二测量臂的刻度线位置，计算出待测空心管的管道相隔90度的两个位置处待测空心管的内外径及壁厚；
还包含第二驱动电机，所述第二驱动电机与运动控制装置点相连；所述第二驱动点击驱动所述第二测量臂旋转；在所述第一测量臂与第二测量臂旋转的过程中，所述第一测量臂与第二测量臂始终尽量紧贴待测空心管的端口，第一测量臂的成像装置和第二测量臂的成像装置对待测空心管的管道端壁和直尺滑轨刻度线连续成像N次(N≥1)，图像分析处理单元根据图像确定出待测空心管的管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出N(N≥1)组钢管内外径及壁厚。
在一较佳的实施例中，还包括与所述第一测量臂相同且与所述第一测量臂相垂直并且相交于所述第一测量臂的中点的第二测量臂，所述第一测量臂与第二测量臂相互垂直并相交于中点。
相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：
本发明的目的在于提供一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，依靠相机精准地数据获取及数据分析计算实现对钢管的内外径及壁厚进行批量高精度全自动检测，极大地提高了测量的准确性和精度。
附图说明
图1为本发明优选实施例1中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的结构示意图；
图2为本发明优选实施例2中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的结构示意图；
图3为本发明优选实施例3中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的结构示意图；
图4为本发明优选实施例4中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的结构示意图；
图5为本发明优选实施例5中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的结构示意图；
图6为本发明优选实施例6中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的结构示意图；
图7为本发明优选实施例6中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的第一测量臂及第二测量臂沿直线方向移动一段距离的使用状态示意图；
图8为本发明优选实施例6中精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺的第一测量臂及第二测量臂沿中心对称旋转角度的使用状态示意图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例1
一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，参考图1，包括至少一条带有刻度的直尺滑轨具体为第一测量臂2，所述第一测量臂2上至少一端带有至少一个成像装置21、至少一个图像分析处理单元、至少一个运动控制装置及至少一个电机；
所述成像装置21包含相机及光学远心成像镜头，所述光学远心成像镜头的成像放大倍数在其有效工作范围内恒定；所述光学远心成像镜头与所述直尺滑轨及待测空心管1的位置关系为：第一测量臂2横跨待测空心管1管道的端面并且与待测管的管道端面紧贴，所述光学远心成像镜头放置在对第一测量臂2的刻度线及与第一测量臂2紧邻的待测空心管1清晰成像处，所述光学远心成像镜头与相机相连，所述光学远心成像镜头的成像面落与相机的图像传感器面；所述成像装置21与第一测量臂2滑动连接；第一测量臂2的刻度细分最小单位为毫米；
成像装置21与电机4机械相连，在电机4驱动下，成像装置21沿着直尺滑轨移动；所述电机4与运动控制装置电相连；成像装置21的相机图像一边与滑轨长边平行，成像装置21的相机图像另一边与第一测量臂2的刻度线平行；
所述成像装置21采集第一测量臂2上刻度线及待测空心管1的管壁图像，所述图像分析处理单元对成像装置所获得图像进行分析，确定出待测空心管1管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出管道内外径及壁厚；
所述第一测量臂2连接有驱动电机，在第一驱动电机的驱动下，第一测量臂2带动成像装置21绕垂直于第一测量臂2的中轴线旋转；第一测量臂2的中轴线与待测空心管1的对称轴线平行；在旋转过程中，第一测量臂2紧靠待测空心管1的端口；所述第一驱动电机与运动控制装置电相连；
在第一测量臂2绕中轴线旋转过程中，成像装置21对待测空心管1的端口和第一测量臂2连续成像N次(N≥1)，图像分析处理单元分析这些图像，确定出待测空心管1的管道端口内外壁在图像中相对于第一测量臂2的刻度的位置，计算出N(N≥1)组待测空心管1内外径及壁厚参数。
实施例2
参考图2，本实施例与实施1的区别在于，所述第一测量臂2的两端分别带有一个成像装置分别为第一成像装置22及第二成像装置23，用于同时对待测空心管1的管道的两端内外壁及与之紧贴的直尺滑轨刻度线成像；第一成像装置22及第二成像装置23通过控制装置电相连，零时差采集图像；所述图像分析单元对第一成像装置22及第二成像装置23所获得图像进行分析，确定出待测空心管1的管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出待测空心管1的管道内外径及壁厚。
实施例3
参考图3，本实施例与实施例1的区别在于，所述第一测量臂2的左端设置有第一左端成像装置24及第一右端成像装置25，用于同时对左端的待测空心管1的内壁及外壁及与之紧贴的直尺刻度线成像；所述第一左端成像装置24及第一右端成像装置25通过控制装置电相连，零时差采集图像；
所述图像分析单元对第一左端成像装置24及第一右端成像装置25所获得图像进行分析，确定待测空心管1的管道左端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出待测空心管1的管道左端口内外壁位置。
实施例4
参考图4，本实施例与实施例3的区别在于，所述第一测量臂2的右端设置有第二左端成像装置26及第二右端成像装置27，用于同时对右端的待测空心管1的内壁及外壁及与之紧贴的直尺刻度线成像；所述图像分析单元对第二左端成像装置26及第二右端成像装置27所获得图像进行分析，确定待测空心管1的管道的右端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出管道右端端口内外壁位置，计算出管道内外径及管道壁厚。
实施例5
参考图5，本实施例与实施例2的区别在于，还包括与所述第一测量臂2相同且与所述第一测量臂2相垂直并且相交于所述第一测量臂2的中点的第二测量臂3，所述第一测量臂2与第二测量臂3相互垂直并相交于中点；
第一测量臂2的成像装置与第二测量臂3的成像装置同时对待测空心管1的管道相隔90度角度的两个位置进行成像测量，图像分析处理单元根据图像确定出待测空心管1的端口内外壁在图像中相对于第一测量臂2及第二测量臂3的刻度线位置，计算出待测空心管1的管道相隔90度的两个位置处待测空心管1的内外径及壁厚；
还包含第二驱动电机，所述第二驱动电机与运动控制装置点相连；所述第二驱动点击驱动所述第二测量臂3旋转；在所述第一测量臂2与第二测量臂3旋转的过程中，所述第一测量臂2与第二测量臂3始终尽量紧贴待测空心管1的端口，第一测量臂2的成像装置和第二测量臂3的成像装置对待测空心管1的管道端壁和直尺滑轨刻度线连续成像N次(N≥1)，图像分析处理单元根据图像确定出待测空心管1的管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出N(N≥1)组钢管内外径及壁厚。所述第二测量臂3的两端的成像装置分别为第三成像装置31及第四成像装置32。
实施例6
参考图6置8，本实施例与实施例4的区别在于，还包括与所述第一测量臂2相同且与所述第一测量臂2相垂直并且相交于所述第一测量臂2的中点的第二测量臂3，所述第一测量臂2与第二测量臂3相互垂直并相交于中点。所述第二测量臂3的两端的成像装置分别为第三上端成像装置33、第三下端成像装置34、第四上端成像装置35及第四下端成像装置36。
本发明的目的在于提供一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，依靠相机精准地数据获取及数据分析计算实现对钢管的内外径及壁厚进行批量高精度全自动检测，极大地提高了测量的准确性和精度。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，其特征在于包括至少一条带有刻度的直尺滑轨具体为第一测量臂，所述第一测量臂上至少一端带有至少一个成像装置、至少一个图像分析处理单元、至少一个运动控制装置及至少一个电机；
所述成像装置包含相机及光学远心成像镜头，所述光学远心成像镜头的成像放大倍数在其有效工作范围内恒定；所述光学远心成像镜头与所述直尺滑轨及待测空心管的位置关系为：直尺滑轨横跨待测空心管管道的端面并且与待测管的管道端面紧贴，所述光学远心成像镜头放置在对直尺滑轨的刻度线及与直尺滑轨紧邻的待测空心管清晰成像处，所述光学远心成像镜头与相机相连，所述光学远心成像镜头的成像面落与相机的图像传感器面；所述成像装置与直尺滑轨滑动连接；直尺滑轨的刻度细分最小单位为毫米；
成像装置与电机机械相连，在电机驱动下，成像装置沿着直尺滑轨移动；所述电机与运动控制装置电相连；成像装置的相机图像一边与滑轨长边平行，成像装置的相机图像另一边与直尺滑轨的刻度线平行；
所述成像装置采集直尺滑轨上刻度线及待测空心管的管壁图像，所述图像分析处理单元对成像装置所获得图像进行分析，确定出空心管管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出管道内外径及壁厚；
所述第一测量臂连接有驱动电机，在第一驱动电机的驱动下，第一测量臂带动成像装置绕垂直于第一测量臂的中轴线旋转；第一测量臂的中轴线与待测空心管的对称轴线平行；在旋转过程中，第一测量臂紧靠待测空心管的端口；所述第一驱动电机与运动控制装置电相连；
在第一测量臂绕中轴线旋转过程中，成像装置对待测空心管的端口和第一测量臂连续成像N次(N≥1)，图像分析处理单元分析这些图像，确定出待测空心管的管道端口内外壁在图像中相对于第一测量臂的刻度的位置，计算出N(N≥1)组待测空心管内外径及壁厚参数。
2.根据权利要求1所述的精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，其特征在于，所述第一测量臂的两端分别带有至少一个成像装置分别为第一成像装置及第二成像装置，用于同时对待测空心管的管道的两端内外壁及与之紧贴的直尺滑轨刻度线成像；第一成像装置及第二成像装置通过控制装置电相连，零时差采集图像；所述图像分析单元对第一成像装置及第二成像装置所获得图像进行分析，确定出待测空心管的管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出待测空心管的管道内外径及壁厚。
3.根据权利要求2所述的精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，其特征在于，所述第一测量臂的左端设置有第一左端成像装置及第一右端成像装置，用于同时对左端的待测空心管的内壁及外壁及与之紧贴的直尺刻度线成像；所述第一左端成像装置及第一右端成像装置通过控制装置电相连，零时差采集图像；
所述图像分析单元对第一左端成像装置及第一右端成像装置所获得图像进行分析，确定待测空心管的管道左端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出待测空心管的管道左端口内外壁位置。
4.根据权利要求3所述的精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，其特征在于，所述第一测量臂的右端设置有第二左端成像装置及第二右端成像装置，用于同时对右端的待测空心管的内壁及外壁及与之紧贴的直尺刻度线成像；所述图像分析单元对第二左端成像装置及第二右端成像装置所获得图像进行分析，确定待测空心管的管道的右端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出管道右端端口内外壁位置，计算出管道内外径及管道壁厚。
5.根据权利要求1所述的精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，其特征在于，还包括与所述第一测量臂相同且与所述第一测量臂相垂直并且相交于所述第一测量臂的中点的第二测量臂，所述第一测量臂与第二测量臂相互垂直并相交于中点；
第一测量臂的成像装置与第二测量臂的成像装置同时对待测空心管的管道相隔90度角度的两个位置进行成像测量，图像分析处理单元根据图像确定出待测空心管的端口内外壁在图像中相对于第一测量臂及第二测量臂的刻度线位置，计算出待测空心管的管道相隔90度的两个位置处待测空心管的内外径及壁厚；
还包含第二驱动电机，所述第二驱动电机与运动控制装置点相连；所述第二驱动点击驱动所述第二测量臂旋转；在所述第一测量臂与第二测量臂旋转的过程中，所述第一测量臂与第二测量臂始终尽量紧贴待测空心管的端口，第一测量臂的成像装置和第二测量臂的成像装置对待测空心管的管道端壁和直尺滑轨刻度线连续成像N次(N≥1)，图像分析处理单元根据图像确定出待测空心管的管道端口内外壁在图像中相对于直尺刻度线位置，计算出N(N≥1)组钢管内外径及壁厚。
6.根据权利要求2所述的精密测量空心管内外径及壁厚的视觉千分尺，其特征在于，还包括与所述第一测量臂相同且与所述第一测量臂相垂直并且相交于所述第一测量臂的中点的第二测量臂，所述第一测量臂与第二测量臂相互垂直并相交于中点。
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