基于機器視覺的排輥成形焊管質量在線監控系統技術方案

一種檢測技術領域的基于機器視覺的排輥成形焊管質量在線監控系統，包括：ＬＥＤ光源發生器、光學調焦鏡頭、數字攝像機、工控機以及報警單元，ＬＥＤ光源發生器設置在排輥成形焊管的側上方，光學調焦鏡頭固定在排輥成形焊管的正上方，光學調焦鏡頭與數字攝像機輸入端相連，數字攝像機將由光學調焦鏡頭采集的圖像轉變為數字信號，并將數字信號傳輸給工控機，工控機對數字攝像機傳輸的圖像數字信號進行處理，并根據處理結果判斷是否啟動報警單元，并將判斷結果傳輸給報警單元。本發明專利技術實現了焊管排輥成形機組的實時、高效、高精度、非接觸式的質量在線監控。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種檢測
的系統，具體是一種基于機器視覺的排 輥成形焊管質量在線監控系統。
技術介紹
在直縫焊管加工中，排輥成形方式以其生產效率高、制造成本低、尺寸精 度高以及表面質量好等優點，逐漸成為目前最主要的生產工藝。然而在排輥成 形機組的成形段，帶鋼的邊部極易出現由于材料變形不均勻造成的"鼓包"、 "搭邊"等質量缺陷，由于排輥成形機組結構緊湊、空間狹小，目前對于此類 質量問題的檢查只能憑借人工目測完成，嚴重影響了生產線的生產效率并造成 大量的經濟損失。因此，迫切需要開發一種在線檢測焊管成形質量的實時監控 系統，開發焊管質量在線監控技術無論對于保證焊管產品質量的穩定性，還是 提高生產線的生產效率以及降低產品成本都具有重要作用。針對焊管機組生產線的快速生產特點，近年來以超聲波、渦流探傷為代表 的無損檢測技術在對焊管的焊縫質量及內部缺陷進行在線檢測方面得到了廣泛 的應用，但是迄今尚未發現有關焊管成形段質量在線監控系統的開發應用。基 于機器視覺的精密檢測技術是近年來檢測領域中迅速發展的一項新技術，基于 機器視覺的在線監測技術具有連續、快速、非接觸、無需與工件表面耦合、檢 測靈敏度高等特點，逐步取代人工視覺，用于檢測、識別的各種場合，特別是 高速、大批量、連續自動化生產中的質量檢査、對象辨識和尺寸測量等人工難 以完成的工作。因此，開發適合于焊管排輥成形機組的快速、連續生產特點的 基于機器視覺的質量在線監控系統是焊管生產中重要的質量控制方法，也必將 成為未來的發展方向。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利授權公告號CN 1603740A，名稱為 基于圖像識別的砂輪形貌動態檢測方法，該專利自述為首先進行固定位置處砂輪瞬態圖像的捕捉和存儲，拍攝砂輪在固定位置的瞬態圖像，拍攝的砂輪瞬 態圖像通過圖像采集卡進入計算機中，同時采集卡將砂輪瞬態圖像信號中的場 同步信號分離出來送入同步控制卡，同步控制卡發出信號給計算機使之凍結這 一場圖像，實現圖像的動態捕捉。其不足在于由于是采用同步控制卡實現凍 結砂輪瞬態圖像的捕捉，尚無法完成圖像的連續捕捉，因此僅能實現砂輪的動 態測量技術，而不能實現實時在線監控功能。
技術實現思路
本專利技術針對上述現有技術的不足，提出了一種基于機器視覺的排輥成形焊 管質量在線監控系統，使其采用數字攝像機進行圖像采集和工控機進行數字圖 像信號快速處理，實現焊管排輥成形質量實時、高效、高精度、非接觸式的在 線監控。本專利技術是通過以下技術方案實現的，本專利技術包括LED (發光二極管)光源 發生器、光學調焦鏡頭、數字攝像機、工控機以及報警單元，發光二極管光源 發生器設置在排輥成形焊管的側上方，提供攝像所需光線，光學調焦鏡頭固定 在排輥成形焊管的正上方，調整光學調焦鏡頭的焦距獲得清晰的圖像，光學調 焦鏡頭與數字攝像機輸入端相連，數字攝像機將由光學調焦鏡頭采集的排輥成 形焊管圖像轉變為數字信號，并將數字信號傳輸給工控機，工控機包括圖像信 息數字處理模塊和主控模塊，圖像信息數字處理模塊提取由數字攝像機傳輸的 圖像數字信號的特征值，并將特征值傳輸給主控模塊，同時圖像信息數字處理 模塊實現模式識別、缺陷分類；主控模塊完成對圖像的特征值的計算，并和設 定的閾值進行比較，判定是否啟動報警單元，同時實現參數設置和數據存儲。所述數字攝像機通過特種C接口與光學調焦鏡頭相連，數字攝像機通過 IEEE 1394輸出接口和工控機連接。所述的數字攝像機，包括圖像傳感器和模數轉換卡，圖像傳感器把接收的 光信號轉換為電荷信號，模數轉換卡接收圖像傳感器傳輸的電荷信號，并將電 荷信號轉變成數字信號。所述圖像信息數字處理模塊，包括DSP處理器(數字圖像信號處理器)和 FPGA處理器(現場可編程門陣列處理器)，DSP處理器采用Sobel (索貝爾)算 子進行特征點的提取，并采用邊緣檢測算法，以特征點鄰域灰度進行特征點的匹配計算，FPGA處理器作為DSP處理器的協處理器，通過完全并行的算法處理 技術，協同DSP處理器達到對圖像信號的加速計算，實現對圖像信號的快速、 實時處理，然后DSP處理器通過自適應技術實現對目標特征值的提取，最后將 特征值輸送到主控模塊。所述的主控模塊，包括主控程序子模塊、人機交互子模塊和數據庫子模 塊，其中主控程序子模塊負責對圖像信息數字處理模塊提取的特征值釆用數 字圖像信號處理技術進行計算，并將計算后的特征值與設定的閾值進行比較， 若特征值大于設定的域值，得到觸發信號，啟動報警單元，否則不啟動報警單 元，同時主控程序子模塊控制主控程序子模塊、人機交互子模塊和數據庫子模 塊之間的數據傳輸；人機交互子模塊實現主控程序子模塊中閾值的設定以及登 錄密碼、基本參數設置以及文件的命名；數據庫子模塊完成主控程序子模塊、 人機交互子模塊中數據的顯示、存儲、査詢操作。所述的報警單元包括發光二極管，報警單元接收工控機的主控模塊發出的 啟動信號，發光二極管發光發出報警信號。本專利技術工作時，光學調焦鏡頭和LED光源發生器分別固定在排輥成形悍管 的正上方和側上方，調整光學調焦鏡頭焦距和光源發生器光線的強度和角度， 完成對排輥成形焊管的變形帶鋼邊部構形的清晰捕獲，圖像傳感器將接收到的 光信號轉換為電荷信號，通過模數轉換卡轉變成數字信號，數字攝像機通過 IEEE1394輸出接口將數據輸送到圖像信息數字處理模塊，由圖像信息數字處理 模塊完成對目標特征值的提取，工控機的主控程序子模塊完成對特征值的計算， 并和設定閾值進行比較，判定是否啟動報警單元，數據庫子模塊同時通過數據 庫子模塊實現數據的查詢、顯示、存儲功能。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果(1)本專利技術把圖像采集和數 字圖像信號處理技術應用于焊管排輥成形過程監控領域，有效的突破了焊管排 輥機組變形區間長、機組結構復雜、空間狹小，難以實現在線質量監控的技術 難題；(2)本專利技術可以將焊管排輥成形機組的生產效率提高5%左右，實現了焊 管排輥成形機組的實時、高效、高精度、非接觸式的質量在線監控。附圖說明圖l為本專利技術的基本結構框圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明本實施例在以本專利技術技術方 案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本專利技術的保護范圍不 限于下述的實施例。本實施例在線檢測規格為508的排輥成形焊管。如圖1所示，本實施例包括LED (發光二極管)光源發生器、光學調焦鏡 頭、數字攝像機、工控機以及報警單元，發光二極管光源發生器設置在排輥成 形焊管的側上方，提供攝像所需光線，光學調焦鏡頭固定在排輥成形焊管的正 上方，調整光學調焦鏡頭的焦距獲得清晰的圖像，光學調焦鏡頭與數字攝像機 輸入端相連，數字攝像機將由光學調焦鏡頭采集的排輥成形焊管圖像轉變為數 字信號，并將數字信號傳輸給工控機，工控機包括圖像信息數字處理模塊和主 控模塊，圖像信息數字處理模塊提取由數字攝像機傳輸的圖像數字信號的特征 值，并將特征值傳輸給主控模塊，同時圖像信息數字處理模塊實現模式識別、 缺陷分類；主控模塊完成對圖像的特征值的計算，并和設定的閾值進行比較， 判定是否啟動報警單元，同時實現參數設置和數據存儲。所述的LED光源發生器，是機器視覺圖像處理專用的高亮度LED環形光源 發生器，LED光源發生本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于機器視覺的排輥成形焊管質量在線監控系統，包括：發光二極管光源發生器、光學調焦鏡頭、數字攝像機、工控機以及報警單元，其特征在于，發光二極管光源發生器設置在排輥成形焊管的側上方，提供攝像所需光線，光學調焦鏡頭固定在排輥成形焊管的正上方，調整光學調焦鏡頭的焦距獲得清晰的圖像，光學調焦鏡頭與數字攝像機輸入端相連，數字攝像機將由光學調焦鏡頭采集的排輥成形焊管圖像轉變為數字信號，并將數字信號傳輸給工控機，工控機包括圖像信息數字處理模塊和主控模塊，圖像信息數字處理模塊提取由數字攝像機傳輸的圖像數字信號的特征值，并將特征值傳輸給主控模塊，同時圖像信息數字處理模塊實現模式識別、缺陷分類；主控模塊完成對圖像的特征值的計算，并和設定的閾值進行比較，判定是否啟動報警單元，同時實現參數設置和數據存儲。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：萇群峰，李大永，尹忠慰，張少睿，彭穎紅，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]