[发明专利]一种无缝圆形钢管直径及直线度参数测量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无缝圆形钢管直径及直线度参数的测量方法。特别是涉及一种基于多线结构光视觉传感器的一种无缝圆形钢管直径及直线度参数测量的方法。 

背景技术

无缝圆形钢管是一种广泛应用的钢材，如用于结构、流体输送、低中高压锅炉、船舶、高压化肥设备、石油裂化、气瓶、液压支柱、柴油机、液压和气动筒的精密内缸、汽车半轴套管等。对于不同的无缝圆形钢管产品和应用，有不同的指标参数要求。其中，无缝圆形钢管产品的直径、直线度等加工参数与设计指标的符合程度则是其质量优劣的直接体现。因此，无缝圆形钢管的直径及直线度等参数的测量就显得至关重要。 

传统的无缝圆形钢管几何参数测量方法大多基于人工、离线、抽检的方式进行，工人劳动强度大、效率低，而且实时性差，不能及时、有效地对生产线进行监测和调整，严重影响了无缝圆形钢管生产的现代化，限制了产品质量的进一步提升。 

随着光学、电子学、计算机、图像处理等技术的发展，出现了一种新兴的测量技术——视觉测量技术。与传统测量技术相比，视觉测量技术具有非接触、可在线、速度快、精度较高等优点。随着视觉测量技术的深入研究，基于单线结构光视觉传感器实现无缝圆形钢管几何参数测量开始了应用尝试。但在基于单线结构光视觉传感器实现无缝圆形钢管几何参数测量应用中，实现直径测量时必须保证激光器投射的结构光平面与无缝圆形钢管的中心轴线垂直，极大地增加了系统安装、调试的难度。实现直线度测量时，需要多个单线结构光视觉传感器，还需要借助专门的仪器设备进行系统的全局校准，以实现每个传感器测量坐标系的统一，大大增加了系统构建的复杂度及应用成本，降低了系统的实用性。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种安装方便、调整简单，同时具有测量速度快、非接触、自动、可在线、能在恶劣的环境中使用、具有较高的测量精度等特点，可满足无缝圆形钢管直径及直线度等参数的在线、实时、自动、非接触测量需求的一种无缝圆形钢管直径及直线度参数测量的方法。 

本发明所采用的技术方案是：一种无缝圆形钢管直径及直线度参数测量的方法，包括如下步骤： 

(1)由1只摄像机和多线激光投射器组成多线结构光视觉传感器，并完成摄像机和多线结构光视觉传感器参数的校准； 

(2)根据多线结构光视觉传感器工作距离及测量景深，在被测无缝圆形钢管附近适当位置布设并固定多线结构光视觉传感器； 

(3)计算机通过多线结构光视觉传感器控制器控制多线结构光视觉传感器中的多线激光投射器投射结构光平面到无缝圆形钢管被测截面； 

(4)计算机通过多线结构光视觉传感器控制器控制所布设的多线结构光视觉传感器的摄像机采集无缝圆形钢管表面光条图像； 

(5)计算机进行光条图像处理，并根据多线结构光视觉传感器的测量模型计算不同截面的三维坐标； 

(6)通过不同截面测量的三维数据拟合空间截面椭圆，确定空间截面椭圆中心，利用3个或3个以上空间截面椭圆中心，结合最小包络直线度评定理论实现无缝圆形钢管直线度的测量； 

(7)利用3个或3个以上空间截面椭圆中心，结合最小二乘空间直线拟合算法构建无缝圆形钢管的动态虚拟中心轴线； 

(8)过无缝圆形钢管虚拟中心轴线上的任意一点作虚拟空间垂面，即构建空间截面椭圆动态虚拟投影基准面； 

(9)将空间截面椭圆向动态虚拟投影基准面正向投影，在基准面上进行圆拟合，得到钢管截面圆，从而实现无缝圆形钢管直径的测量。 

所述的多线激光投射器所投射的射线是3个或3个以上。 

所述的多线激光投射器是一个投射器产生多个投射线的激光投射器，或是多个独立一字线激光投射器的组合。 

步骤(1)所述的摄像机的校准参数包括有：有效焦距、像面中心、畸变系数和比例因子。 

步骤(1)所述的多线结构光视觉传感器的校准参数包括有：结构光平面方程。 

步骤(3)所述的多线激光投射器投射是同时投射或顺序投射。 

本发明的一种无缝圆形钢管直径及直线度参数测量的方法，可以实现无缝圆形钢管直径及直线度参数的在线、实时、自动、非接触测量，有利于形成生产、测量闭环控制，可以大大提高生产效率和产品质量，有效地降低工人劳动强度。