无缝钢管直线度视觉准直在线实时测量系统

    目前,国内外测量大尺寸直线度的方法,主要有:1)激光准直法;2)自准直光管检测法;3)拉线法;4)坐标测量法等.前两种方法分别以激光和白光作为直线基准,根据靶标或反射镜在被测直线方向逐点移动测出直线度误差;第三种方法以拉紧的丝线(如细钢丝)作为直线基准,采用适当的手段(如电容、电感)测量出直线度误差.上述测量方法只适用于离线抽检,不能进行在线实时自动测量.如对大型无缝钢管轴心线直线度在线实时自动检测,国外至今没有很好的解决,国内无缝钢管生产厂家也没有合适的测量手段,而是采用目测的方法测出钢管圆柱外表面若干母线的直线度,以估计出轴线在任意方向上的直线度.因此,作者进行了无缝钢管直线度视觉准直在线实时测量系统的研究.

    1　测量原理

　　对于象无缝钢管之类零件直线度的检测,根据采样定理,只要能够测出被测直线(轴心线)上若干点在三维空间坐标系中的坐标,则可以根据直线度评定原则,用计算机快速实时地评定出直线度误差.目前,三维物体空间位置的非接触测量方法有多种,如激光三角法,利用结构光传感器构成的视觉检测法等.其中视觉检测方法具有大量程、非接触、测量速度快、系统柔性好、精度适中的特点,特别适合于产品的几何参数检测与质量监控领域.若用多个线结构光传感器和计算机组成的视觉准直系统,可方便地测量出大型零件的直线度误差.

　　在被测直线方向上分布若干个上述视觉传感器,得到被测工件直线方向上若干点的三维坐标值,并与准直系统中的空间虚拟基准直线进行比对,重构出直线度误差曲线,经误差评定即可求出直线度误差.

　　无缝钢管一般长15 m左右,测量直线度主要是为了钢管两端螺纹的加工.根据加工的要求,只需要测量两端1 m范围内的直线度.但是,同一生产线上无缝钢管的产品规格较多,为了提高测量系统的柔性,可采用两端定位,且分别在两端1 m内各布置5个激光视觉传感器,分段同时测量的方案,如图1所示.

    由半导体激光器LD发出一束光平面,它与无缝钢管相截后,在钢管外圆表面形成一条椭圆弧,由CCD摄像机接收各椭圆弧的图像,经计算机实时图像处理求得各椭圆弧中心在世界坐标系中的坐标.

　　测量时钢管由圆柱支承导轨支承.当钢管由生产线上的传输机构传输到支承导轨上后,由光电探测器通知计算机.在计算机控制下,使液压传动机构带动钢管与一端定位开关相接触,此时定位开关向计算机发出测量脉冲信号,经过1 min左右的延时,待钢管稳定后,由计算机控制该端5个视觉传感器,快速采集5个光平面与钢管相截时的椭圆弧图像.尔后,计算机控制液压传动机构带动钢管移动到另一端,并采集该端5个传感器的测量信号.最后计算机对10幅图像进行处理,并经前述算法,求出钢管的直线度误差.当钢管直线度误差超差时发出报警声,并控制生产线上的传动机构,使钢管落入不合格区域.