[发明专利]使用CCD摄像头在线测量大口径无缝钢管外径的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于自动化仪表领域，特别涉及一种使用CCD摄像头在线测量大口径无缝钢管外径的方法及装置。主要用于大口径无缝钢管轧制生产线上，在线实时检测钢管的外径。

背景技术

目前小口径钢管(30mm以下)的在线测径技术比较成熟。它是基于远心光路的测量原理，能够消除被测物位置变化的影响。然而这种方法对于大口径钢管(80-1000mm)的外径测量不再适用。大口径钢管的测径一般采用的方法是：通过光学镜头，将钢管横向按一定的比率，在CCD元件的表面成像，根据所成像的大小计算钢管的外径。显然，如何消除钢管位置对成像尺寸的影响，是这项技术的关键。

在线测径仪在无缝钢管轧制线上是保证质量的关键设备。目前大口径无缝钢管的在线测径仪完全依靠进口。然而国外生产的测径仪价格昂贵，小规模的无缝钢管企业无法使用，只有几个有实力的无缝钢管厂随整条生产线一起引进。但是国外的在线测径仪也存在一定的问题。主要是对测量条件的要求比较严格，钢管在轧制过程中的上跳和偏心将产生较大的测量误差。实际的测量精度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种使用CCD摄像头在线测量大口径无缝钢管外径的方法及装置。在保证测量速度的前提下，进一步提高检测精度。消除钢管位置的变化，如：钢管在轧制过程中的上跳和偏心等，对测量结果的影响。

本发明的技术方案是：

一种使用CCD摄像头在线测量大口径无缝钢管外径的装置，其特征在于：有两个CCD摄像头分别设置在大口径无缝钢管轧制线上方，在大口径无缝钢管轧制线上方分别设置两个背景灯箱，两个CCD摄像头分别与两个背景灯箱相配合，两个CCD摄像头与两个背景灯箱装在测量框架上，两个CCD摄像头分别与两个背景灯箱连接现场操作箱，场操作箱连接RS-422通信电缆或光纤，通信电缆或光纤连接在中心站的工控机；测量框架上配有冷却循环水系统和压缩空气管道和220V交流净化电源。

所述的使用CCD摄像头在线测量大口径无缝钢管外径的方法，其特征在于：

根据双目立体视觉测量原理：本项目拟采用两个CCD镜头对管材同时进行测量，两个CCD就像人的双眼，可以形成立体视觉，这样就可以得到足够的信息判断被测管子位置变化，从而修正基于管子位置变化所引起的几何误差，修正和消除距离变化对测量的影响；

(1)成像的几何关系

物像公式：1l′+1l=1f]]>

式中f为焦距，l为物距，l’为像距；

物距：l=(bB+1)f]]>

式中B为物面宽度，b为像面上探测器宽度；

(2)双镜头立体视角对物距变化引起误差的修正

B为物宽，b为像宽，l为物距，Δl为被测物在CCD1光轴上的位置变化，Δb为物距变化导致在CCD1上的像宽变化量；

当被测钢管位置变化时，CCD1物距的变化量Δl可由CCD2的中心位变化量Δl’求得：

Δl＝Δl’/sinθ

根据成像公式可算出像宽的变化量：

Δb＝Δl*(b+B)/l

现场标定方法

采用二维散点插值原理，在工控机高速运算能力的基础上，对外径的计算结果进行修正；即调用Matlab软件中的griddata插值函数完成复杂的数学计算。

本发明效果是：

本发明用于大口径无缝钢管外径测量的智能摄像头将双目视觉原理应用于大口径无缝钢管外径的在线测量。

实际达到的技术指标如下：

测量范围：80-1000mm

测量精度：静态＜±0.2mm，动态＜±0.3mm

测量周期：最小5ms

被测物温度：20-1200℃

摄像头与主机接口方式：RS-422串行通信