CN209673834U - 一种管材光学测速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种管材光学测速装置，包括箱体，箱体的前侧面设有圆形的第一通孔，箱体的后侧面设有圆形的第二通孔，第一通孔的孔径与第二通孔的孔径大小相同，且第一通孔的圆心与第二通孔的圆心的连线与箱体的底面平行，箱体中第一通孔与第二通孔之间的区域形成管材移动区，管材移动区的上方沿管材的移动方向依次设有打标机和摄像机构。该管材光学测速装置采用非接触式测速，能够避免因接触而产生的管材打滑、测量辊摩擦耗损、后期数据补偿等造成的测速数据不准确，精度低的问题，测得的管材移动速度精确度高，用于管材切割时可使管材切割长度精确。

Description

一种管材光学测速装置

技术领域

本实用新型属于管材自动化切割技术领域，具体涉及一种管材光学测速装置。

背景技术

管材在生产的过程中，为方便运输和储存，需要对生产出的管材进行定长切割。切割过程为：在管材生产过程中，生产出的管材不断向前移动，当管材移动至长度达到设定值时，切割台对管材进行切割，而为完成管材的切割，切割台需要在伺服电机的带动下以与管材相同的速度同步移动，在移动过程中实现对位切割，因此，需要获得管材移动的精确速度，而为了获取生产过程中管材的移动速度，现有技术中，一般使用测量辊接触式测速，即钢管移动到测量模块时，顺势带动紧夹着钢管的测量辊转动，将转动测量辊产生的脉冲信号传送至控制器中，经过信号转换以及数据处理即可借此脉冲信号算出管道的实际运行速度。

但是，由于管材从冷却箱出来后容易带水，使用测量辊接触式测速在测量辊测速夹紧的动作启动过程中，容易出现打滑，致使测量失准，数据无效，尤其是在冬天管材上的水遇冷容易凝结成冰，更容易产生误差，这给后期工业生产切割带来一定的麻烦；并且，测量辊表面与管材表面并非绝对光滑的，因此会产生摩擦力，二者接触至相对静止时，会减小运动中管材的动能并发散一定的热能到外界；由于测量辊直接与管材表面接触，在长时间的使用过程当中，必然会产生测量辊的磨损，这样的损耗是随机的，编码器所得到的数据也是不准确的，且难以进行补偿。这些都会导致测量辊接触式测速最终测得的管材移动速度不精确，对管材切割的精度产生较大的影响。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种管材光学测速装置，采用非接触式测速，避免因接触而产生的管材打滑、测量辊摩擦耗损、后期数据补偿等问题，提高管材测速精度。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种管材光学测速装置，包括箱体，箱体的前侧面设有圆形的第一通孔，箱体的后侧面设有圆形的第二通孔，第一通孔的孔径与第二通孔的孔径大小相同，且第一通孔的圆心与第二通孔的圆心的连线与箱体的底面平行，箱体中第一通孔与第二通孔之间的区域形成管材移动区，管材移动区的上方沿管材的移动方向依次设有打标机和摄像机构。

技术方案中，优选的，还包括平台，平台设于箱体的底部，平台上设有第一滑轨，第一通孔的圆心与第二通孔的圆心的连线与第一滑轨平行，第一滑轨上滑动设置第一滑块，摄像机构设于第一滑块上。

技术方案中，优选的，还包括第二滑块，第二滑块滑动设置于第一滑轨上，打标机设于第二滑块上。

技术方案中，优选的，第一通孔和第二通孔均为圆形，第一通孔和第二通孔中均设有弧形托块，弧形托块的内径与管材的外径相同。

技术方案中，优选的，还包括处理器，处理器分别与摄像机构、打标机电连接。

技术方案中，优选的，打标机包括固定架、固定柱、舵机、打点笔固定架和打点笔，固定柱与第二滑块连接，舵机通过固定架固定于固定柱的顶部，舵机的输出轴与打点笔固定架的一端连接，打点笔固定架的另一端与打点笔连接。

技术方案中，优选的，摄像机构包括支架、转动盘、固定头和摄像头，支架与第一滑块连接，转动盘与支架的顶部铰接，且转动盘的铰接轴与转动盘的盘面垂直，固定头与转动盘铰接，固定头的铰接轴与转动盘的盘面平行，摄像头与固定头连接。

技术方案中，优选的，还包括照明机构，照明机构设于管材移动区的上方。

技术方案中，优选的，箱体内部的顶部还设有第二滑轨，照明机构滑动设置于第二滑轨上。

技术方案中，优选的，还包括清洗机构，清洗机构设于管材移动区的上方，且在沿管材的移动方向上，清洗机构设于摄像机构的后方。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本实用新型所述的管材光学测速装置，将生产的管材引入暗箱，即所述箱体，在管材上按设定频率打标记点，通过摄像机对管材表面标记点进行连拍，通过获得前后采集到的两图像中同一标记点的位移，结合拍照间隔时间得出管材移动速率，采用非接触式测速，能够避免因接触而产生的管材打滑、测量辊摩擦耗损、后期数据补偿等造成的测速数据不准确，精度低的问题，测得的管材移动速度精确度高，用于管材切割时可使管材切割长度精确；

2.本实用新型所述的管材光学测速装置，暗箱底部的平台上和顶部设有滑轨，摄像机构、打标机、照明机构设置在滑轨上，可根据实际需求调节各模块的位置，摄像机构中的摄像头可360°转动，可根据实际情况调节摄像头的角度，使图像采集更清晰、精确；

3.本实用新型所述的管材光学测速装置，暗箱的设置可防止外界反光、灰尘等对图像采集过程造成影响；

4.本实用新型所述的管材光学测速装置，设有清洗机构，可在管材移动出暗箱之前将管材表面的打标点清洗干净，不影响管材外观。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述的管材光学测速装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述的管材光学测速装置中的箱体的结构示意图；

图3是本实用新型实施例所述的管材光学测速装置中打标机的结构示意图；

图4是本实用新型实施例所述的管材光学测速装置中摄像机构的结构示意图；

图5是本实用新型实施例所述的管材光学测速装置中控制系统的电路连接框图。

其中：1-箱体；2-第一通孔；3-管材移动区；4-打标机；41-固定架；42-固定柱；43-舵机；44-打点笔固定架；45-打点笔；5-摄像机构；51-支架；52-转动盘；53-固定头；54-摄像头；6-弧形托块；7-照明机构；71-LED灯；72-支架；8-平台；9-第一滑轨；10-第一滑块；11-第二滑块；12-管材；13-处理器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

如图1、图2所示，本实施例所述的一种管材光学测速装置，包括箱体1，箱体1包括前侧面、后侧面、左侧面、右侧面、顶面和底面，其中，前侧面11设有圆形的第一通孔2，后侧面设有圆形的第二通孔，第一通孔2的孔径与第二通孔的孔径大小相同，且第一通孔2的圆心与第二通孔的圆心的连线与箱体1的底面平行，箱体1中第一通孔2与第二通孔之间的区域形成管材移动区3，管材移动区3的上方沿管材的移动方向依次设有打标机4和摄像机构5。

制管过程中，将管材12从第一通孔2穿入箱体内，并由第二通孔穿出，由于第一通孔2的圆心与第二通孔的圆心的连线与箱体1的底面平行，因此在第一通孔和第二通孔的限位下，位于管材移动区3中的管材部分与箱体1的底面平行，管材12移动过程中，打标机4在管材上方固定位置处以设定频率向管材表面打点，随着管材不断向前移动，打标机4在管材表面打出若干个相互间隔的标记点，管材继续向前移动，带有标记点的管材进入摄像机构5的拍摄范围，摄像机构5以设定拍照间隔对管材表面进行连续拍照，记录标记点的移动轨迹，根据前后采集到的两个图像上，同一标记点的位移与前后两个图像采集时间间隔，可计算出管材向前移动的速度。由于摄像机构拍照所得标记点的位移可能与标记点位移的实际距离不同，可以在测速之前先对摄像机构所拍图像中的距离长短与其在实际中的长短的换算关系进行标定，将管材按照管材测速时的摆放方式摆放在管材移动区3内，然后根据管材上某一距离的实际长度与摄像图像中的长度计算其换算关系，测量多组数据，降低误差，然后依据此换算关系，在测速过程中根据摄像图像中同一标记点位移算出标记点实际位移，从而获得管材移动速度。

其中，为提高测速精确度，在测速时，可将摄像机构5设为连拍模式，采集多组图像数据，处理多个坐标点，用逐差法对数据进行处理，进一步减小误差，提高测速精度。

其中，箱体1可选择密闭且不透光、不透风的暗箱，暗箱可减小光、粉尘、空气等环境因素对摄像机构采集图像的干扰，优选的，箱体1可采用50*50*40cm的长方体暗箱。

其中，箱体1上的第一通孔2、第二通孔可选圆形、正方形、三角形等形状，两个通孔形状可一致也可不一致，只要保持两个通孔形状的内切圆的大小相同，且内切圆的圆心的连线水平即可使管材穿入后保持水平。优选的，第一通孔2和第二通孔均为圆形。圆形通孔的内径可以略大于管材外径，使管材被限位于通孔中，且刚好可在通孔中移动，或者也可以在通孔中设置弧形托块6，弧形托块6的弧形的内径与管材外径相同。优选的，弧形托块6设于第一通孔和第二通孔中的下部，可以起到保持待测管材稳定移动且保证其摆放水平的作用。

其中，优选的，还包括平台8，平台8设于箱体1的底部，箱体1的底面敞开，罩在平台8上，平台8上设有第一滑轨9，第一通孔2的圆心与第二通孔的圆心的连线与第一滑轨9平行，第一滑轨9上滑动设置第一滑块10，摄像机构5设于第一滑块10上。第一滑块10可在第一滑轨9上沿滑轨移动，对管材进行测速之前可调整第一滑块10的位置，将摄像机构5放置在最佳拍摄位置处。此外，为使第一滑块10调整位置后位置更稳定，还可以在第一滑块10与第一滑轨9之间设置锁紧机构，锁紧机构可以为顶紧螺栓，夹紧机构等，现有技术中已公开很多，此处不再赘述。

进一步优选的，还包括第二滑块11，第二滑块11滑动设置在第一滑轨9上，打标机4设于第二滑块11上。第二滑块11可在第一滑轨9上沿滑轨移动，对管材进行测速之前可调整第二滑块11的位置，将打标机4放置在最佳位置处。与第一滑块11相似，为使第二滑块11调整位置后位置更稳定，还可以在第二滑块11与第一滑轨9之间设置锁紧机构，锁紧机构可以为顶紧螺栓，夹紧机构等，现有技术中已公开很多，此处不再赘述。

优选的，箱体1内还可以设置照明机构7，照明机构7设于管材移动区3的上方，且设于摄像机构5旁，可在摄像机构5拍照时对管材表面进行照明，使拍摄的图像更清晰。具体的，照明机构7可包括亮度可调的LED灯71、支架72，LED灯71设于支架72上，支架72与箱体1的内部的顶部连接。其中支架72可与箱体1的顶部固定连接，也可以可拆卸连接，还可以滑动连接，例如，可在箱体1的顶部设置第二滑轨，支架72上设置滑块，滑块与第二滑轨滑动连接，第二滑轨与第一通孔2的圆心与第二通孔的圆心的连线平行；还可以将箱体1设为金属材质，支架72上设置磁铁，使支架72可吸在箱体1内的顶部，且可在箱体1的顶部调换位置。可更方便的根据实际情况调节其位置，将光照强度调至最亲和摄像头采图过程的范围，提高图像采集清晰度。

优选的，还包括清洗机构，清洗机构设于管材移动区3的上方，且在沿管材的移动方向上，清洗机构设于摄像机构5的后方。在打标机4对管材表面打标记点后，并经摄像机构5拍照采集图像后，管材经过清洗机构，清洗机构可喷水将管材上打下的标记点清除掉。具体的，清洗机构可包括供水机构、输水机构、喷水机构，供水机构与喷水机构之间通过输水机构连接，供水机构可以为水泵，输水机构为输水管路，喷水机构为喷嘴，水泵为喷嘴供水，水经喷嘴喷出至管材表面，冲洗标记点；进一步的，还可以设置毛刷，毛刷设置在喷水机构之后，且毛刷的刷毛端部紧贴管材表面，在管材移动过程中将冲洗下的油墨刷除。

其中，打标机4属于现有技术，现有技术中有很多类别的打标机，例如用于在饮料瓶盖上打生产日期的打标机，在药品包装盒上打标的打标机，可选择油墨打标机。优选的，如图3所示，打标机4包括固定架41、固定柱42、舵机43、打点笔固定架44和打点笔45，固定柱41与第二滑块11连接，舵机43通过固定架44固定于固定柱42的顶部，舵机43的输出轴与打点笔固定架42的一端连接，打点笔固定架42的另一端与打点笔45连接。打标机工作时，舵机43的输出轴齿轮带动打点笔固定架42按照一定频率上下来回摆动，从而带动打点笔固定架42一端的打点笔45不断在管材表面打下标记点，标记点经过清洗机构后，标记点上的油墨可被水冲洗掉，不影响管材外观。其中，舵机和打点笔均为现有市售产品，舵机可使用蓝天模型科技公司的型号为SPT5425LV的舵机，打点笔可使用普通黑色彩笔，或其他油墨笔。

具体的，如图4所示，摄像机构5包括支架51、转动盘52、固定头53和摄像头54，支架51与第一滑块10连接，转动盘52与支架51的顶部铰接，且转动盘52的铰接轴与转动盘52的盘面垂直，固定头53与转动盘52铰接，固定头53的铰接轴与转动盘52的盘面平行，摄像头54与固定头53连接。转动盘52可绕铰接轴在竖直平面内360°旋转，而固定头53可绕铰接轴上下180°旋转，从而实现摄像头54可万向转动的效果，测速拍照之前，可调节摄像头54的角度，使摄像头54正对管材表面；具体的，摄像头由外壳、设置在外壳上的固定孔及双目摄像头组成，摄像头通过固定孔固定在固定头53上。双目摄像头具有高分辨率、高帧率、高处理能力等优点，可保证采集到的图像清晰可见。

其中，对摄像机构5采集下的图像上同一标记点的位移的测定，可调取采集图像，人工计算位移；更优选的，通过处理器自动分析位移。如图5所示，该管材光学测速装置还包括处理器13，处理器13中安装有图像分析软件，处理器13与打标机4电连接，处理器13向打标机4输出打标频率或打标时间间隔信号，打标机4按处理器设定的工作频率对管材进行打点标记；处理器13与照明机构7电连接，处理器13输出信号控制照明机构7的光照强度；处理器13与摄像机构5电连接，处理器13向摄像机构5输出连拍指令，或输出摄像头拍摄频率，摄像机构5对管材进行连拍，摄像机构5拍摄到的灰度图像先储存在摄像机构5的储存卡中，处理器13从储存卡中提取灰度图像数据，处理器13中安装的图像处理软件对灰度图像进行二值化处理，处理器13中安装的图像分析软件对二值化后的标记点数据进行分析后得出标记点的位移数据，结合连拍的时间间隔得出管材移动的速度数据，储存在处理器13中，处理器13中存储经多次实验测定得出的摄像图像上的距离与实际距离之间的转换关系算法，将速度数据通过算法程序进行二次处理，得出管材实际移动速度；处理器13还可以与显示装置电连接，显示装置显示出管材实际移动速度；处理器13还可以与输入装置如键盘、鼠标等连接；或者处理器13可与显示装置、输入装置一体为个人电脑。

需要说明的是，本实施例中所述的处理器、打点笔、摄像头均为现有技术中的常规产品，不同厂家、系列的产品并不影响本实用新型目的的实现。本实施例中仅提供一种具体的实现方式，其中，处理器可选择英特尔酷睿I5处理器,型号8500，处理器中安装matlab编程软件和Microsoft Visual Studio等图像分析软件；摄像头选择莱娜机械视觉公司的型号为HNY-CV003B的摄像头。

具体的，以下列出处理器对采集的图像上的打标点进行分析的一种方法，但是本申请不限于采用以下方法，现有技术中的图像分析方法很多，在此处均可使用，且该方法也属于现有技术，以下具体分析方法也不属于本实用新型所要保护的发明点，仅作为示例做简要介绍：

S1.先对摄像装置采集的并传送至处理器的第一帧图像进行剪切，只选取管道表面部分，减少图像其余部分的干扰给找点带来的误判；

S2.运用大津算法，对图像进行灰度二值化处理，灰度图像是由一个个像素点组成的，而每个像素点都有对应的灰度值(0-255)，而大津算法能通过光强自动辨识阈值(自主设定的一个值，灰度值小于此值的点为255，表示白点；大于则为0，表示黑点)，将图像由彩色变为只有黑白两色的图像，此时，图像上的白色部分代表管道表面，黑色部分代表标记点(也作特征点)，从而可得到较为完美的二值化图像；

S3.运用canny算法，对二值化图像进行找点处理，先对处理好的二值化图像进行高斯滤波处理，达到降噪效果，即以一个高斯矩阵乘以每一个像素点及其邻域，取其带权重的平均值作为最后的灰度值，然后通过卷积运算找出强度梯度，然后找极大抑制去模糊化，再采用人为设定的双阈值找出边缘，根据强度梯度的强弱把边缘突出，得到图像轮廓，即坐标点的准确位置，记录下来，并以二维坐标系(x，y)的形式表示；

S4.对下一帧图像进行上述处理，得出前一个处理的点的实际坐标，而后进行记录、表示；

S5.将两帧图像的点的坐标值相减，除以时间间隔(两帧图像时间间隔大致为1/帧率ms)，由此可得出管道精确的实际运行速度。

由此可知，此装置可以将测速的误差控制在毫米级别。

为减小误差，还可采集多组图像数据，处理多个坐标点，并用逐差法对数据进行进一步减小误差处理，继而可得出更为精确的速度。

其中，处理器可装在保护壳中，保护壳外部设置多个USB插入接口，处理器上设置USB接口，可通过USB与摄像机构、照明机构等模块连接。

本实用新型的管材光学测速装置整体的工作过程为：启动制管机，制管机制出的管材由箱体1的前端的第一通孔2进入，并移动至箱体1的后端的第二通孔，打开测速装置的电源，使照明机构、打标机、摄像机构、处理器和清洗机构等模块通电开始工作；测速机启动，处理器控制照明机构的光照强度，以获得最佳的图像处理效果；打标机按照处理器设定的工作频率对管材进行打标记点；摄像机构按照设定拍摄频率对管材上的标记点进行连拍，并将采集到的图像存储在存储卡中；处理器从储存卡中提取图像数据，将其转为灰度图像，然后进行二值化处理，对前后两图像中的同一标记点的位置数据进行分析，并计算得出位移数据和速度数据；处理器通过预先存入的算法程序对获取的数据进行二次处理，计算得出管材移动的实际速度，显示在处理器所连的显示器上；管材继续移动至清洗机构处，清洗机构喷水将打标点清洗，管材由箱体1的后端的第二通孔移动出去。

本实施例所述的一种管材光学测速装置将生产的管材引入暗箱，在管材上按设定频率打标记点，通过摄像机对管材表面标记点进行连拍，通过获得前后采集到的两图像中同一标记点的位移，结合拍照间隔时间得出管材移动速率，采用非接触式测速，能够避免因接触而产生的管材打滑、测量辊摩擦耗损、后期数据补偿等造成的测速数据不准确，精度低的问题，测得的管材移动速度精确度高，用于管材切割时可使管材切割长度精确；暗箱底部的平台上和顶部设有滑轨，摄像机构、打标机、照明机构设置在滑轨上，可根据实际需求调节各模块的位置，摄像机构中的摄像头可360°转动，可根据实际情况调节摄像头的角度，使图像采集更清晰、精确；暗箱的设置可防止外界反光、灰尘等对图像采集过程造成影响；设有清洗机构，可在管材移动出暗箱之前将管材表面的打标点清洗干净，不影响管材外观。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种管材光学测速装置，其特征在于：包括箱体，所述箱体的前侧面设有圆形的第一通孔，所述箱体的后侧面设有圆形的第二通孔，所述第一通孔的孔径与所述第二通孔的孔径的大小相同，且所述第一通孔的圆心与所述第二通孔的圆心的连线与所述箱体的底面平行，所述箱体中所述第一通孔与所述第二通孔之间的区域形成管材移动区，所述管材移动区的上方沿管材的移动方向依次设有打标机和摄像机构。

2.根据权利要求1所述的管材光学测速装置，其特征在于：还包括平台，所述平台设于所述箱体的底部，所述平台上设有第一滑轨，所述第一通孔的圆心与所述第二通孔的圆心的连线与所述第一滑轨平行，所述第一滑轨上滑动设置第一滑块，所述摄像机构设于所述第一滑块上。

3.根据权利要求2所述的管材光学测速装置，其特征在于：还包括第二滑块，所述第二滑块滑动设置于所述第一滑轨上，所述打标机设于所述第二滑块上。

4.根据权利要求1-3任一所述的管材光学测速装置，其特征在于：所述第一通孔和所述第二通孔中均设有弧形托块，所述弧形托块的内径与所述管材的外径相同。

5.根据权利要求1-3任一所述的管材光学测速装置，其特征在于：还包括处理器，所述处理器分别与所述摄像机构、所述打标机电连接。

6.根据权利要求3所述的管材光学测速装置，其特征在于：所述打标机包括固定架、固定柱、舵机、打点笔固定架和打点笔，所述固定柱与所述第二滑块连接，所述舵机通过所述固定架固定于所述固定柱的顶部，所述舵机的输出轴与所述打点笔固定架的一端连接，所述打点笔固定架的另一端与所述打点笔连接。

7.根据权利要求2或3所述的管材光学测速装置，其特征在于：所述摄像机构包括支架、转动盘、固定头和摄像头，所述支架与所述第一滑块连接，所述转动盘与所述支架的顶部铰接，且所述转动盘的铰接轴与所述转动盘的盘面垂直，所述固定头与所述转动盘铰接，所述固定头的铰接轴与所述转动盘的盘面平行，所述摄像头与所述固定头连接。

8.根据权利要求1-3任一所述的管材光学测速装置，其特征在于：还包括照明机构，所述照明机构设于所述管材移动区的上方。

9.根据权利要求8所述的管材光学测速装置，其特征在于：所述箱体的内部的顶部还设有第二滑轨，所述照明机构滑动设置于所述第二滑轨上。

10.根据权利要求1-3任一所述的管材光学测速装置，其特征在于：还包括清洗机构，所述清洗机构设于所述管材移动区的上方，且在沿所述管材的移动方向上，所述清洗机构设于所述摄像机构的后方。