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基于视觉的螺旋焊管管径测量研究

螺旋钢管 钢都市 441℃ 0评论

螺旋焊管具有生产成本低、强度较大、安全性较高等优点,是目前我国石油、天然气输送管线的最主要用管。为了保证螺旋焊管成型的几何质量,各种钢管生产标准都对钢管的外径允许偏差、椭圆度等几何参数作了规定,实时监测钢管的几何参数对于保证钢管质量具有重要的意义。

利用视觉检测的方式对螺旋焊管的几何参数进行测量,精度高、可靠性高、效率高,容易实现对螺旋焊管尺寸的实时监控,提高螺旋焊管的产品合格率。本文搭建了以两台CMOS工业相机和一台线激光发生器为核心的视觉检测系统,相机1垂直于线激光发生器产生的激光平面,用于采集表征螺旋焊管管径的激光弧线图像,采用标定靶标与激光平面重合的方式进行了相机的标定;相机2从上至下垂直拍摄,实时采集螺旋焊管边缘线与激光线图像。

通过对采集到的图像进行灰度分析,设计了合理的图像处理算法,包括图像灰度分析、图像滤波以及图像边缘提取等,获得了螺旋焊管与激光平面之间的夹角。根据标定结果计算了激光弧线的实际尺寸,再根据两者之间的角度投影到与螺旋焊管中心轴垂直的平面上,通过最小二乘圆拟合得到了该位置的管径数据。随着螺旋焊管的旋转,不断地测量钢管不同位置的管径数据,然后去除焊缝及附近变形区域对管径的影响,对其余的管径数据平均处理,作为实际管径。通过这种方法对螺旋焊管管径实现了精确测量,同时,根据不同位置的管径数据获得了钢管的椭圆度以及焊缝处的变形量。

根据测量原理,基于软件MATLAB,本文建立了数学模型,对测量过程中可能存在的误差来源进行了分析,其中包括镜头畸变、标定误差、螺旋焊管与激光平面之间的角度误差、螺旋焊管与水平面的角度、椭圆度等。通过分析发现,标定误差和测量角度误差对测量影响最大,当在激光平面与螺旋焊管的中心轴线接近垂直时,才能将测量误差降到最小,这为实现螺旋焊管管径的精确测量奠定了理论基础。

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