基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量方法与系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110567345A(43)申请公布日2019.12.13(21)申请号201910830652.0(22)申请日2019.09.04(71)申请人北京信息科技大学地址100192北京市海淀区清河小营东路12号(72)发明人刘国忠党彦辉(51)Int.Cl.G01B5/06(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量方法与系统(57)摘要本发明公开了一种基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量方法与系统，包括图像采集设备、显示器、主机、激光投影器、被测管材和支架。测量原理：投影器向被测管材表面投射特征标记物；利用图像采集设备获取管材表面图像信息；提取柱面上特征标记物和截面轮廓特征，进行特征匹配，并恢复管材柱面和截面的空间位置信息；对柱面进行拟合，确定柱面的轴向向量；计算截面轮廓在柱面轴向平面上的投影；过投影轮廓中心的直线与投影轮廓的一侧交于两点，则这两点之间距离即为被测管材截面实际壁厚值。有益效果是该系统设备简单，成本低，非接触式测量，数据处理速度快，测量结果精度高。CN110567345ACN110567345A权利要求书1/1页1.基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量系统，包括图像采集设备、显示器、主机、激光投影器、被测管材和支架。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量系统，其特征在于，所述图像采集设备与主机连接，所述激光投影器与主机连接，所述主机与显示器连接，所述支架与被测管材连接。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的非接触式壁厚测量系统，其特征在于，所述图像采集设备包括但不限于相机、摄像头、摄像机、扫描仪，凡是具有图像采集功能的设备均在本发明的精神范围之内。4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的非接触式壁厚测量系统，其特征在于，所述的激光投影器可以向所述被测管材表面投射各种形状的图案，包括但不限于圆形、矩形、三角形，凡是可以向被测管材表面投射各种图案的设备均在本发明的精神范围之内。5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的非接触式壁厚测量系统，其特征在于，所述图像采集设备的数目没有限制，可以是单个图像采集设备，也可以是两个或者多个图像采集设备共同组成的图像采集系统。6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的非接触式壁厚测量系统，其特征在于，所述图像采集设备的标定方法包括但不限于传统的标定方法、基于主动视觉的标定方法、自标定方法。凡是可以对图像采集设备进行标定，确定实际空间位置与图像采集设备的成像平面上图像位置之间的转换关系和图像采集设备内参数的标定方法均在本发明的精神范围之内。7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的非接触式壁厚测量系统，其测量原理包括以下步骤：对所述图像采集设备进行标定；利用激光投影器向被测管材柱面和截面投射特征标记物；利用图像采集设备对被测管材表面进行图像采集，并传输到主机；利用主机对采集到的图像进行预处理，得到清晰的图像；基于特征提取算法对预处理后的图像进行特征提取；基于特征匹配算法对提取的特征进行匹配；基于三维重建算法对匹配后的图像进行三维重建，恢复被测管材的柱面和截面的空间位置信息。对所述被测管材的柱面进行拟合，进一步确定柱面的轴向向量；基于被测管材截面的空间位置信息和柱面轴向向量，计算截面轮廓在管材柱面轴向平面上的投影；计算壁厚值。过投影轮廓中心的直线与投影轮廓一侧交于两点，这两点之间的距离即为被测管材截面的实际厚度。2CN110567345A说明书1/4页基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量方法与系统技术领域[0001]本发明涉及厚度测量工具领域，具体涉及一种基于机器视觉的非接触式管材壁厚测量方法与系统。背景技术[0002]随着工业的发展，管材广泛应用于石油、造船、水电、化工、建筑、机械制造等领域。管材的壁厚是管材的尺寸指标之一，对管材的机械性能有着重要影响。例如，根据《JGJ130-2011建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》规定，钢管脚手架截面的直径和壁厚尺寸应当采用Φ48mm×3.5mm或者Φ51mm×3.0mm的规定。但现在许多生产厂家由于生产工艺粗糙造成管材壁厚不均或为了节省成本降低壁厚，造成市场管材质量参差不齐。如果使用的钢管壁厚不符合国家规定，则会降低钢管的承载能力，缩短使用寿命甚至酿成事故。[0003]目前，管材壁厚测量有常规测量方法和专门测量的仪器，常规的管材壁厚的测量方法是利用卡尺等量具反复测量并记录，这种测量方法花费的人力资源大而且测量精度不高，不适用于当前管材行业自动化的大趋势；而专门的测量仪器，利用超声波、电磁原理制成，比如管道壁厚测量仪。管道壁厚测量仪对厚度的测量，是由探头产生超声波脉冲透过耦合剂到达被测体，一部分超声信号被物