钢管在线视觉测长系统设计

　　1 前 言

　　在我国石油和天然气钻探行业中, 每年需要耗用大量的采油钢管, 而且需根据所使用钢管的长度和重量来测算平均壁厚和米重。因此,钢管在生产过程中, 其长度和重量是必须获得的参数。目前, 重量参数可通过电子称重仪来比较精确地获得, 长度测量有光电检测和基于计算机视觉的检测两种方式。

　　光电检测是当待测物左端经过测试线的时候, 光电检测系统[1]发出信号, 并通过I/O 接口传送8051单片机系统。根据检测钢管与哪根测试线相遇, 即可得到其长度。该方法对于长度过长的钢管, 需要相应地增加点光源和光电传感器数量, 增加相应的译码芯片来扩展单片机的I/O端口, 总的来说该方法具有成本低的优点。但由于测试线测量的是钢管的局部点,一旦钢管端部有毛刺缺口等现象, 则无法精确测得钢管长度。

　　视觉检测是通过线阵CCD摄像机采集钢管图像, 检测其头、尾部边缘, 根据像素与毫米的比例系数调整得到钢管的实际长度[2,3]。该方法对于图像比较模糊的情况将无法精确检测钢管头、尾部边缘, 现场环境造成摄像机抖动将无法根据采集到的钢管图像定位头、尾部边缘,同样端部有毛刺或缺口时也将无法精确测量。因此, 该方法对于复杂环境的生产现场也存在适应性差的弱点。

　　光电、视觉检测方法均具有远距离、无干扰测量优点, 特别适合于工业现场使用。重要的是, 如何保证高的测量精度, 及时、快速地进行测长, 防止工业现场中出现的各种干扰,是钢管生产行业急需解决的问题。

　　2 测长系统设计

　　新的测长系统设计结构如图1 所示。该系统由图像采集模块, 图像处理工控机, 控制模块和参照物模块等几大部分组成。工控机对图像采集模块得到的钢管头、尾部图像进行识别和钢管长度计算, 并作出是否合格的判断, 若不合格则发出控制信号使托架停止输送钢管,报警灯闪亮, 等待现场工人处理。合格则继续对下一根钢管进行测长。

　　3 测长原理

　　与传统的线阵CCD视觉测长方法不同的是, 本系统采用面阵摄像机采集图像方案, 克服了因摄像机抖动偏移而无法采集到钢管图像的问题。钢管头部几乎处于一个固定范围内,不同长度钢管尾部位置有所不同。为解决一般的面阵摄像机分辨率差, 测量范围有限的问题,系统采用11个面阵摄像机, 其中一个用来采集钢管头部图像, 其余10 个用来采集钢管尾部图像。工控机对采集模块得到的图像 ( 见图2) 进行处理。

　　现以头部边缘检测为例, 介绍其处理过程(尾部图像处理与此类似):