【摘要】：螺旋焊管具有生產(chǎn)成本低、強度較大、安全性較高等優(yōu)點,是目前我國石油、天然氣輸送管線的最主要用管。為了保證螺旋焊管成型的幾何質(zhì)量,各種鋼管生產(chǎn)標準都對鋼管的外徑允許偏差、橢圓度等幾何參數(shù)作了規(guī)定,實時監(jiān)測鋼管的幾何參數(shù)對于保證鋼管質(zhì)量具有重要的意義。利用視覺檢測的方式對螺旋焊管的幾何參數(shù)進行測量,精度高、可靠性高、效率高,容易實現(xiàn)對螺旋焊管尺寸的實時監(jiān)控,提高螺旋焊管的產(chǎn)品合格率。本文搭建了以兩臺CMOS工業(yè)相機和一臺線激光發(fā)生器為核心的視覺檢測系統(tǒng),相機1垂直于線激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光平面,用于采集表征螺旋焊管管徑的激光弧線圖像,采用標定靶標與激光平面重合的方式進行了相機的標定；相機2從上至下垂直拍攝,實時采集螺旋焊管邊緣線與激光線圖像。通過對采集到的圖像進行灰度分析,設計了合理的圖像處理算法,包括圖像灰度分析、圖像濾波以及圖像邊緣提取等,獲得了螺旋焊管與激光平面之間的夾角。根據(jù)標定結果計算了激光弧線的實際尺寸,再根據(jù)兩者之間的角度投影到與螺旋焊管中心軸垂直的平面上,通過最小二乘圓擬合得到了該位置的管徑數(shù)據(jù)。隨著螺旋焊管的旋轉(zhuǎn),不斷地測量鋼管不同位置的管徑數(shù)據(jù),然后去除焊縫及附近變形區(qū)域?qū)軓降挠绊?對其余的管徑數(shù)據(jù)平均處理,作為實際管徑。通過這種方法對螺旋焊管管徑實現(xiàn)了精確測量,同時,根據(jù)不同位置的管徑數(shù)據(jù)獲得了鋼管的橢圓度以及焊縫處的變形量。根據(jù)測量原理,基于軟件MATLAB,本文建立了數(shù)學模型,對測量過程中可能存在的誤差來源進行了分析,其中包括鏡頭畸變、標定誤差、螺旋焊管與激光平面之間的角度誤差、螺旋焊管與水平面的角度、橢圓度等。通過分析發(fā)現(xiàn),標定誤差和測量角度誤差對測量影響最大,當在激光平面與螺旋焊管的中心軸線接近垂直時,才能將測量誤差降到最小,這為實現(xiàn)螺旋焊管管徑的精確測量奠定了理論基礎。
[Abstract]:Spiral welded pipe, which has the advantages of low production cost, high strength and high safety, is the main pipeline for oil and natural gas transportation in China at present. In order to ensure the geometric quality of helical welded pipe, the allowable deviation of outer diameter, ellipticity and other geometric parameters of steel pipe are stipulated in various production standards of steel pipe. It is of great significance to monitor the geometric parameters of steel tube in real time to ensure the quality of steel tube. The geometric parameters of spiral welded pipe are measured by visual inspection, which is characterized by high precision, high reliability and high efficiency. It is easy to realize real-time monitoring of spiral welded pipe size and improve the qualified rate of spiral welded pipe. In this paper, a visual inspection system with two CMOS industrial cameras and a line laser generator as the core is built. The camera 1 is perpendicular to the laser plane generated by the line laser generator, which is used to collect the laser arc images representing the diameter of the spiral welded pipe. The calibration of the camera is carried out by the coincidence of the target and the laser plane. Camera 2 shoots vertically from top to bottom, and captures the edge line and laser line image of spiral welded pipe in real time. By analyzing the grayscale of the collected images, a reasonable image processing algorithm is designed, including image gray analysis, image filtering and image edge extraction, and the angle between the spiral welded pipe and the laser plane is obtained. Based on the calibration results, the actual size of the laser arc is calculated, and then projected to the plane perpendicular to the central axis of the spiral welded pipe according to the angle between the two. The diameter data of the position are obtained by least square circle fitting. With the rotation of the spiral welded pipe, the pipe diameter data of different positions of the pipe are continuously measured, and then the influence of the weld seam and the surrounding deformation area on the pipe diameter is removed, and the remaining pipe diameter data are treated in average as the actual pipe diameter. Through this method, the diameter of spiral welded pipe is accurately measured. At the same time, according to the diameter data of different positions, the ellipticity of the pipe and the deformation of the weld are obtained. According to the principle of measurement, a mathematical model based on software MATLAB, is established in this paper. The possible sources of errors in the measurement process are analyzed, including lens distortion, calibration error, angle error between spiral welded pipe and laser plane. Angle of spiral welded pipe and horizontal plane, ellipticity, etc. Through analysis, it is found that the calibration error and the measurement angle error have the greatest influence on the measurement. When the laser plane and the central axis of the spiral welded pipe are close to vertical, the measurement error can be minimized. This lays a theoretical foundation for the accurate measurement of the diameter of spiral welded pipe.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.6;TP391.41

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本文編號：2367603