TWI541498B - 管件焊道偵測系統及方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種管件焊道偵測系統及方法,特別是有關於一種用於偵測管件是否存在焊道之管件焊道偵測系統及方法。
在管件進行雷射加工的過程中,常因雷射照射至管件中的管件焊道進而破壞管件中的管件焊道,導致後續管件欲以管件焊道與其他物件進行焊接時,因管件焊道毀損而導致無法焊接或是焊接不全。因此,預先偵測管件中是否有管件焊道並且偵測管件焊道位置為目前所需解決的問題。
目前偵測管件焊道之方法,可大致分為放射線偵測法與超音波偵測法,其中,放射線偵測法屬非接觸式偵測方法,以放射線偵測法雖可看到管件內部的缺陷、氣孔、龜裂或是熔渣,但放射線對人體危害極大;而超音波偵測法需將超音波發振器放置於管件內,將超音波發振器逐一將管件中的每個位置進行偵測,但其偵測法須以人工放置超音波發振器,故相當耗時,如此一來,不利於使用在講求效率的自動化產業。
上述既有的管件焊道偵測方式,並不符合現今講求高效率及高經濟效益的自動化工業,故如何增加工作效率並可確實偵測為目前所需解決的問題。
為了解決先前技術所述之問題,本發明之主要目的在於提供一種管件焊道偵測系統,藉由影像處理裝置偵測一管件中是否存在一管件焊道,並可進一步確定管件中管件焊道的位置,避免雷射破壞管件之管件焊道,可縮減管件焊道偵測的時間,
以適用於自動化產業。
根據上述目的,本發明主要目的在於提供一種管件焊道偵測系統,包括:一環狀光源,其具有一光軸,環狀光源用以發出一環狀光至一呈圓柱狀之管件,環狀光源之光軸與管件之一中心軸為同軸;一影像擷取裝置,其具有一鏡頭,鏡頭之鏡面朝向管件之外側柱體,影像擷取裝置用以擷取管件之影像後輸出,管件之影像具有複數像素點;及一影像處理裝置,其連接至影像擷取裝置,影像處理裝置接收影像擷取裝置所輸出之管件之影像,並將這些像素點之座標形成於一原始座標平面,原始座標平面係由相互垂直之一水平座標軸x軸與一垂直座標軸y軸所構成,部分像素點位於一相較於水平座標軸具有固定傾斜角度之直線上,具有固定傾斜角度之直線表示為一直線方程式,直線方程式包含固定傾斜角度m0°與一第一常數c0,且直線方程式包含變數x與y,具有固定傾斜角度之直線至原始座標平面之一原點之最短距離為一第二常數,影像處理裝置將位於具有固定傾斜角度之直線之每一個像素點個別轉換為位於一參考座標平面之一參考弦波,參考座標平面係由相互垂直之一座標軸m與一座標軸c所構成,m°對應至固定傾斜角度之一變數,c對應至第一常數c0之一變數,每一個參考弦波之弦波方程式為x cos(m°)+y sin(m°)=c,係以位於原始座標平面之每一個像素點之座標x與y作為固定常數,並以m°與c作為參考弦波之弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)=c之變數,這些參考弦波與參考平面交會於一交點,每一個交點之座標係以固定傾斜角度與第二常數所組成;其中,影像處理裝置判斷位於參考座標平面之這些交點中,是否具有最多條參考弦波交會之交點,以判斷管件是否具有一管件焊道;以及其中,當影像處理裝置判斷管件具有管件焊道時,最多條參考弦波交會之交點於原始座標平面之座標位置即為管件焊道之位置。
所述的管件焊道偵測系統,其中影像擷取裝置係透過一通訊協定輸出管件之影像至影像處理裝置。
所述的管件焊道偵測系統,其中影像處理裝置透過無線傳輸及有線傳輸其中之一的方式接收影像擷取裝置所輸出之管件之影像。
所述的管件焊道偵測系統,其中影像擷取裝置係攝影機及相機其中之一。
根據上述目的,本發明再一目的在於提供一種管件焊道偵測方法,包括:照射一環形光至一管件;擷取管件之影像;於一第一座標平面上找出所擷取之管件之影像之複數像素點之座標,原始座標平面係由相互垂直之一水平座標軸x軸與一垂直座標軸y軸所構成,並找出這些像素點中位於一相較於水平座標軸x軸具有固定傾斜角度之直線上之一部分像素點,具有固定傾斜角度之直線表示為一直線方程式,直線方程式包含固定傾斜角度m0°與一第一常數c0,且直線方程式包含變數x與y,具有固定傾斜角度之直線至原始座標平面之一原點之最短距離為一第二常數;將位於具有固定傾斜角度之直線之部分像素點個別轉換為位於一第二座標平面之一參考弦波,參考座標平面係相互垂直之一座標軸m°與一座標軸c所構成,m°對應至固定傾斜角度之一變數,c對應至第一常數c0之一變數,每一個參考弦波之弦波方程式為x cos(m°)+y sin(m°)=c,係以位於原始座標平面之每一個像素點之座標x與y作為固定常數,並以m°與c作為參考弦波之弦波方程式之變數,這些參考弦波與第二座標平面上交會於一交點,交點之座標係以固定傾斜角度與第二常數所組成;以及判斷位於第二座標平面上之這些交點中,是否具有最多條參考弦波交會之交點,以判斷管件是否具有一管件焊道。
所述的管件焊道偵測方法,更包含:將這些交點中最多條參考弦波交會之交點於第二座標平面上之座標,轉換為第一座標平面上之座標。
經上述可知藉由本發明之管件焊道偵測系統,可達到可縮減管件焊道偵測的時間並可達到自動化產業之目的。
1‧‧‧管件焊道偵測系統
11‧‧‧環狀光源
12‧‧‧影像擷取裝置
121‧‧‧鏡頭
13‧‧‧影像處理裝置
2‧‧‧管件
21‧‧‧管件焊道
A、B、C‧‧‧像素點
L1、L2、L3‧‧‧參考弦波
S1~S4‧‧‧步驟
第1圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統的示意圖。
第2圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統偵測一管件之管件焊道之示意圖。
第3A圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統之影像處理裝置所擷取之管件影像座標點之示意圖。
第3B圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統之影像處理裝置將所擷取之管件影像座標點轉換至一參考座標平面之示意圖。
第4圖係本發明一實施例之管件焊道偵測方法之流程圖。
第5圖係係本發明另一實施例之管件焊道偵測系統偵測一管件之管件焊道之示意圖。
由於本發明揭露一種管件焊道偵測系統,其中所利用之影像擷取方式,已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭,故以下文中之說明,不再作完整描述。同時,以下文中所對照之圖式,係表達與本發明特徵有關之結構及功能示意,並未依據實際尺寸完整繪製,盍先敘明。
本發明係有關於一種管件焊道偵測系統,特別是有關於包含一環狀光源、一影像擷取裝置及一影像處理裝置之管件焊道偵測系統。
首先,請同時參閱第1、2、3A及3B圖,第1圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統的示意圖,第2圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統偵測一管件之管件焊道之示意圖,第3A及3B圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統之影像處理
裝置轉換管件影像座標點至一參考座標平面之示意圖。
如第1、2圖所示,本發明一實施例之管件焊道偵測系統1,是由一環狀光源11、一影像擷取裝置12及一影像處理裝置13所組成,環狀光源11具有一光軸O,光軸O恰為環狀光源11之中心軸,環狀光源11之光軸O與一待測管件2之一中心軸為同軸,影像擷取裝置12具有一鏡頭121,影像擷取裝置12之鏡頭121的鏡面朝向管件2之呈圓柱狀的外側柱體,影像擷取裝置12連接至影像處理裝置13,其中,影像擷取裝置12係選自一相機或是一攝影機之一種具有成像功能之儀器,影像擷取裝置12連接至影像處理裝置13的方式可以是有線或是無線連接。
請繼續同時參考第1、2、3A及3B圖,環狀光源11用以發出一環狀光至管件2,管件2整體被照亮,並顯現管件2中一待辨識之管件焊道21,影像擷取裝置12用以擷取管件2之影像後輸出至影像處理裝置13,影像擷取裝置12所擷取的管件2之影像具有多數個像素點,影像處理裝置13接收影像擷取裝置12所輸出之管件2影像後,這些像素點之座標形成於原始座標平面,這些像素點中的部分像素點會位於相較於原始座標平面之水平座標軸具有固定傾斜角度之直線上,此具有固定傾斜角度之直線的直線方程式包含固定傾斜角度與第一常數,更具體而言,如第3A圖所示,此原始座標平面係由相互垂直之水平座標軸x軸與垂直座標軸y軸所構成,舉例而言,原始座標平面中列出管件影像之多數個像素點中的三個像素點A、B、C,像素點A、B、C位於同一直線上,此直線是以一直線方程式表示,此直線包含固定傾斜角度m0°與第一常數c0,且此直線方程式包含變數x與y,此具有固定傾斜角度m0°之直線至原始座標平面之一原點之最短距離為一第二常數ca。
接著,請繼續同時參閱第1、2、3A及3B圖,第3B圖為參考座標平面,參考座標平面之水平座標軸為角度m°,參考座標平面之垂直座標軸為常數c,m°對應至固定傾斜角度m0°之一變數,c對應至第一常數c0之一變數,影像處理裝置13將位於具
有固定傾斜角度m0°之直線之每一個像素點A、B、C分別轉換為位於參考座標平面之參考弦波L1、L2、L3,將像素點A、B、C轉換為參考弦波L1、L2、L3之轉換方式為:參考弦波L1的弦波方程式表示為x 1 cos(m°)+y 1 sin(m°)=c,弦波方程式x 1 cos(m°)+y 1 sin(m°)=c係以位於原始座標平面之像素點A的座標x1與y1作為固定常數,並以角度m°與常數c作為參考弦波L1之弦波方程式x 1 cos(m°)+y 1 sin(m°)=c的變數,參考弦波L1之弦波方程式的角度m°範圍為-90°~+90°,每個角度m°具有對應之常數c,因此,參考弦波L1上具有數個以角度m°與常數c所構成的座標點,數個以角度m°與常數c作為參考坐標平面之座標點形成參考弦波L1,形成參考弦波L2及L3的方式如同上述形成參考弦波L1的方式,在此不再贅述,而參考座標平面不同於原始座標平面,參考弦波L1、L2、L3於參考座標平面交會於交點(m0°,ca),參考弦波L1、L2、L3於參考座標平面所交會於交點是由固定傾斜角度m0°與第二常數ca所組成,本發明實施例中係舉出管件2影像中多數個像素點的其中三個像素點A、B、C,管件2影像之其他像素點轉換至參考座標平面產生參考弦波以及參考弦波交會出多個交點的方法亦如同說明書中描述像素點A、B、C轉換至參考座標平面產生參考弦波L1、L2、L3以及參考弦波L1、L2、L3交會出交點(m0°,ca)的方法,在此不再贅述。
接著,請繼續同時參閱第1、2、3A及3B圖,使用者設定預設傾斜角度,此預設傾斜角度為使用者所需觀察管件中是否存在焊道的角度,影像處理裝置13判斷位於參考座標平面的預設傾斜角度的多數個交點中,是否有最多個參考弦波所交會的交點,藉以判斷管件2是否存在管件焊道21。舉例而言,由第2圖所示之管件2與影像擷取裝置之12鏡頭121的相對位置而言,亦即影像擷取裝置12之鏡頭121的鏡面朝向垂直於管件2之外側柱體表面,如需判斷管件2中是否有焊道21,使用者必須將預設傾斜角度設定為0°,則影像處理裝置13必須判斷參考座標平面中,預設傾斜角度為0°是否有最多參考弦波所交會,並將最多個
參考弦波所交會的交點轉換回原始座標平面,藉以找出管件2中管件焊道21的位置。
接著,請同時參閱第2、3A、3B、4圖,第2圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統偵測一管件之管件焊道之示意圖,第3A及3B圖係本發明一實施例之管件焊道偵測系統之影像處理裝置轉換管件影像座標點至一參考座標平面之示意圖,第4圖係本發明一實施例之管件焊道偵測方法之流程圖。
首先,執行步驟S1,環狀光源11用以發出環狀光至管件2,管件2整體被照亮,並顯現管件2中待辨識之管件焊道21,影像擷取裝置12用以擷取管件2之影像後輸出至影像處理裝置13,影像擷取裝置12所擷取的管件2之影像具有多數個像素點;接著,執行步驟S2,影像處理裝置13接收影像擷取裝置12輸出之管件2影像後,這些像素點之座標形成於原始座標平面,原始座標平面係由相互垂直之座標軸x軸與座標軸y軸所構成,這些像素點中的部分像素點A、B、C會位於同一條具有固定傾斜角度m0°之直線上,此直線的直線方程式表示為,直線方程式包含固定傾斜角度m0°與第一常數c0,且直線方程式包含變數x與y,具有固定傾斜角度m0°之直線至原始座標平面之原點之最短距離為第二常數ca;接著,執行步驟S3,影像處理裝置13將位於具有固定傾斜角度m0°之直線之每一個像素點A、B、C分別轉換為位於參考座標平面之參考弦波L1、L2、L3,參考座標平面不同於原始座標平面,參考座標平面係相互垂直之座標軸m°與座標軸c所構成,參考弦波的弦波方程式表示為x cos(m°)+y sin(m°)=c,每一個參考弦波之弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)=c係以位於原始座標平面之每個像素點之座標x與y作為固定常數,並以角度m°與常數c作為參考弦波之弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)=c之變數,這些參考弦波L1、L2、L3於參考座標平面交會於一個交點(m0°,ca),本發明實施例中係舉出管件2影像中多數個像素點的其中三個像素點A、B、C,管件2影像之
其他像素點轉換至參考座標平面產生參考弦波以及參考弦波交會出多個交點的方法亦如同說明書中描述像素點A、B、C轉換至參考座標平面產生參考弦波L1、L2、L3以及參考弦波L1、L2、L3交會出交點(m0°,ca)的方法,在此不再贅述,因此,各個交點之座標係以固定傾斜角度與第二常數所組成;最後,執行步驟S4,使用者設定預設傾斜角度,影像處理裝置13判斷位於參考座標平面的預設傾斜角度的多數個交點中,是否有最多參考弦波所交會的交點,藉以偵測管件2是否存在管件焊道21,由第2圖所示之管件2與影像擷取裝置12之鏡頭121的相對位置而言,如需判斷管件2中是否有焊道21,使用者必須將預設傾斜角度設定為0°,則影像處理裝置13必須判斷參考座標平面中,預設傾斜角度m°為0°是否有最多參考弦波所交會,並將最多參考弦波所交會的交點轉換回原始座標平面,藉以找出管件2中焊道21的位置。
最後,請參閱第5圖,第5圖係本發明另一實施例之管件焊道偵測系統偵測一管件之管件焊道之示意圖。
第5圖之實施例之說明如同前述關於第2圖所描述者,其差異在於環狀光源11與管件2水平地轉90度,環狀光源11之光軸O與管件2之中心軸仍為同軸,由第5圖所示之管件2與影像擷取裝置12之鏡頭121的相對位置而言,如需判斷管件2中是否有管件焊道21,使用者必須將預設傾斜角度設定為90°,則影像處理裝置13必須判斷參考座標平面中,預設傾斜角度m°為90°是否有最多參考弦波所交會,並將最多參考弦波所交會的交點轉換回原始座標平面,藉以找出管件2中管件焊道21的位置。
上述本發明實施例中,藉由環狀光源11照亮待辨識之管件,影像擷取裝置12擷取管件影像,並藉由影像處理裝置13以影像處理的方式將管件影像之數個像素點的座標轉換至參考座標平面中的每個參考弦波,再判斷位於參考座標平面的預設傾斜角度的多數個交點中,是否有最多參考弦波所交會的交點,以偵測管件2中是否存在管件焊道21,並藉以確定管件2中管件焊道21的位置,以避免後續雷射加工時破壞管件2之管件焊道
21,且可縮減管件焊道偵測的時間,以適用於自動化產業。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,並非用以限定本發明之權利範圍;同時以上的描述,對於相關技術領域之專門人士應可明瞭及實施,因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾,均應包含在申請專利範圍中。
1‧‧‧管件焊道偵測系統
11‧‧‧環狀光源
12‧‧‧影像擷取裝置
121‧‧‧鏡頭
13‧‧‧影像處理裝置
Claims (6)
- 一種管件焊道偵測系統,包括:一環狀光源,其具有一光軸,該環狀光源用以發出一環狀光至一呈圓柱狀之管件,該環狀光源之該光軸與該管件之一中心軸為同軸;一影像擷取裝置,其具有一鏡頭,該鏡頭之鏡面朝向該管件之外側柱體,該影像擷取裝置用以擷取該管件之影像後輸出,該管件之影像具有複數像素點;及一影像處理裝置,其連接至該影像擷取裝置,該影像處理裝置接收該影像擷取裝置所輸出之該管件之影像,並將該些像素點之座標形成於一原始座標平面,該原始座標平面係由相互垂直之一水平座標軸x軸與一垂直座標軸y軸所構成,部分該些像素點位於一相較於該水平座標軸x軸具有固定傾斜角度之直線上,該具有固定傾斜角度之直線表示為一直線方程式,該直線方程式包含該固定傾斜角度m0°與一第一常數c0,且該直線方程式包含變數x與y,該具有固定傾斜角度之直線至該原始座標平面之一原點之最短距離為一第二常數,該影像處理裝置將位於具有該固定傾斜角度之直線之每一該些像素點個別轉換為位於一參考座標平面之一參考弦波,該參考座標平面係由相互垂直之一座標軸m°與一座標軸c所構成,m°對應至該固定傾斜角度之一變數,c對應至該第一常數c0之一變數,每一該些參考弦波之弦波方程式為x cos(m°)+y sin(m°)=c,係以位於該原始座標平面之每一該些像素點之座標x與y作為固定常數,並以m°與c作為該參考弦波之弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)=c之變數,該些參考弦波與該參考平面交 會於一交點,每一該些交點之座標係以該固定傾斜角度與該第二常數所組成;其中,該影像處理裝置判斷位於該參考座標平面之該些交點中,是否具有最多該些參考弦波交會之交點,以判斷該管件是否具有一管件焊道;以及其中,當該影像處理裝置判斷該管件具有該管件焊道時,最多該些參考弦波交會之交點於該原始座標平面之座標位置即為該管件焊道之位置。
- 依據申請專利範圍第1項所述的管件焊道偵測系統,其中該影像擷取裝置係透過一通訊協定輸出該管件之影像至該影像處理裝置。
- 依據申請專利範圍第2項所述的管件焊道偵測系統,其中該影像處理裝置透過無線傳輸及有線傳輸其中之一的方式接收該影像擷取裝置所輸出之該管件之影像。
- 依據申請專利範圍第1項所述的管件焊道偵測系統,其中該影像擷取裝置係攝影機及相機其中之一。
- 一種管件焊道偵測方法,包括:照射一環形光至一管件;擷取該管件之影像;於一第一座標平面上找出所擷取之該管件之影像之複數像素點之座標,一原始座標平面係由相互垂直之一水平座標軸x軸與一垂直座標軸y軸所構成,並找出該些像素點中位於一相較於該水平座標軸x軸具有固定傾斜角度之直線上之一部分像素點,該具有固定傾斜角度之直線表示為一直線方程式,該直線方程式包含該固定傾斜角度m0°與一第一常數 c0,且該直線方程式包含變數x與y,該具有固定傾斜角度之直線至該原始座標平面之一原點之最短距離為一第二常數;將位於該具有固定傾斜角度之直線之每一該部分像素點個別轉換為位於一第二座標平面之一參考弦波,該參考座標平面係相互垂直之一座標軸m°與一座標軸c所構成,m°對應至該固定傾斜角度之一變數,c對應至該第一常數c0之一變數,每一該些參考弦波之弦波方程式為x cos(m°)+y sin(m°)=c,係以位於該原始座標平面之每一該些像素點之座標x與y作為固定常數,並以m°與c作為該參考弦波之弦波方程式x cos(m°)+y sin(m°)=c之變數,該些參考弦波與該第二座標平面上交會於一交點,該交點之座標係以該固定傾斜角度與該第二常數所組成;以及判斷位於該第二座標平面上之該些交點中,是否具有最多該些參考弦波交會之交點,以判斷該管件是否具有一管件焊道。
- 依據申請專利範圍第5項所述的管件焊道偵測方法,更包含:將該些交點中最多該些參考弦波交會之交點於該第二座標平面上之座標,轉換為該第一座標平面上之座標。
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