[发明专利]一种高精度非接触式管径测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种高精度非接触式管径测量方法及装置，属于数字图像处理领域，由准直光源、像屏，CCD图像采集系统、计算机组成，利用准直光将被测圆形管材投影在像屏上，利用CCD图像采集系统采集管材在像屏上投影，对数字图像进行竖直方向微分处理，找出图像灰度变化边界，与其他计算机视觉尺寸测量不同在于本发明设置了上下两个固定距离边界，固定上边界与被测管材下边界、固定下边界与管材上边界具有相似投影灰度图像，利用数字散斑相关算法对固定边界与管材边界进行数字散斑相关运算，实现了距离的亚像素量级测量；特别适用于流水线上管材直径快速、高精度检测；测量过程管材无需受力，还适用于柔性材料管材直径测量。

技术领域

本发明所涉及的是工业流水线管材直径非接触高精度测量方法及装置，特别是基于数字图像处理技术的相似管径高精度自动测量方法及装置。

背景技术

各种材质管材在日常生产、生活方面有着广泛的应用，而传统对管材直径高精度检测方法是利用卡尺或千分尺等工具手工进行测量，这种依靠人力完成测量，存在速度慢，劳动强度大，抽检率低等诸多不足。另外，若被测管材自身材质较易变形，则利用游标卡尺等接触方法测量，往往测量误差较大。

采用光学方法进行测量具有成本低、高速、非接触等优点。传统计算机图像处理方式测量其图像测量精度为像素量级，对于流水线管径偏差较小，测量精度要求较高的场合，往往不能满足需求，引入数字散斑相关算法可以提高图像测量精度到0.01像素，大大提高了尺寸测量精度。另外采用非接触测量方法不会导致测量过程中受力变形对测量结果产生影响。

发明内容

本发明为克服现有测量方式精度不高，难以实时在线测量的技术问题，提供了一种基于数字散斑相关计算方法高精度非接触式管径测量方法，在被测管材横截面的径向方向上设置与被测管材具有相似投影边界的第一挡板与第二挡板，所述第一挡板与第二挡板分别设置于被测管材的两侧，所述的被测管材轴心线、第一挡板、第二挡板共面，其特征在于：

1)使用平行光准直系统对被测管材、第一挡板、第二挡板进行垂直方向投影，该投影成像在像屏上；

2)使用CCD图像采集系统采集被测管材、第一挡板、第二挡板投影于像屏上的数字灰度图像；

3)对采集的数字灰度图像管径垂直方向做微分处理，分别找出第一挡板边界与被测管材的边界位置，第二挡板边界与被测管材的边界位置；

4)通过数字散斑相关算法分别计算第一挡板投影边界与被测管材相似投影边界处的像素距离、第二挡板投影边界与被测管材相似投影边界处的像素距离；

5)根据图像采集系统放大倍数、第一挡板投影边界与被测管材相似投影边界处的像素距离、第二挡板投影边界与管径相似投影边界处的像素距离计算被测管直径。

优选方案如下：采集的数字图像为上下挡板边缘与管径经平行光投影后的数字灰度图像，为保证相关运算精度，数字图像灰度等级不小于256。

被测管材置于具有与管材具有相似投影边界的挡光板中心，经平行光准直系统将被测管材边界与挡光板上下边界投影至像屏，利用远心镜头成像，通过CCD图像采集系统采集挡光板边界与管材投影的数字灰度图像，通过数字散斑相关算法计算管径上边缘到下挡板边界的距离，管径下边缘至上挡板边界的距离，根据系统放大倍数和两挡光板边界间距离计算管径直径。放置好被测管材，采集其投影数字图像，投影平面内沿管材轴线垂直方向移动被测管材x，采集移动后数字图像，对两幅数字图像中被测管材上边缘或下边缘进行数字散斑相关运算，计算两幅数字图像中管材移动像素数y，则系统放大倍数K＝x/y；当放置一根直径已知管材作为被测管时，系统放大倍数为K＝(d′+D)/(d′₁+d′₂)。