一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法,包括：通過CCD照相機(jī)每間隔預(yù)定時(shí)間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時(shí)間間隔相同的圖像序列；對所述圖像序列中的圖像進(jìn)行中值濾波；對中值濾波后的圖像進(jìn)行Gamma變換處理以剔除背景；對圖像進(jìn)行標(biāo)定；利用邊緣搜索算法確定邊緣；根據(jù)圖像標(biāo)定和邊緣檢測計(jì)算出鋼管移動(dòng)的實(shí)際距離，對距離數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘法曲線擬合，計(jì)算出直線的斜率即為鋼管的移動(dòng)速度。上述優(yōu)于傳統(tǒng)的接觸式和非接觸式測速方法，而且能夠很好的適用于工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，提高測量精度，節(jié)約大量人力物力。
【專利說明】一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3PE防腐可使埋地管道的壽命達(dá)到50年，目前在國際上被認(rèn)為是最先進(jìn)的管道外防腐技術(shù)，它已成為今后管道外防腐層的發(fā)展方向。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常需要對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度進(jìn)行精確測量。在對鋼管進(jìn)行3PE防腐處理的過程中，鋼管的移動(dòng)速度直接影響到生產(chǎn)線的產(chǎn)量和效率；且精確測量鋼管的運(yùn)動(dòng)速度也實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)系統(tǒng)真正意義上的閉環(huán)控制，從而保證3PE鋼管防腐生產(chǎn)系統(tǒng)的高速、穩(wěn)定運(yùn)行。
[0003]隨著科技的發(fā)展和市場需求的增加，傳統(tǒng)的3PE防腐生產(chǎn)系統(tǒng)亟待改進(jìn)，以提高產(chǎn)能，速度的準(zhǔn)確測量成為一大難題，而且現(xiàn)場噪聲比較大，粉塵嚴(yán)重，燈光效果差等，更是加大了測速的難度。現(xiàn)有的3PE涂敷作業(yè)線中，鋼管是被膠輪以一定角度擠壓著旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的，現(xiàn)場工人根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)采用手動(dòng)的測速方法。該方法主要分為兩步:一是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定膠輪轉(zhuǎn)速，二是用在空間的同一個(gè)位置用標(biāo)記筆對運(yùn)動(dòng)的鋼管做標(biāo)記，待鋼管轉(zhuǎn)過一圈觀察標(biāo)記的兩條平行線的距離是否等于鋼管的螺紋寬度。這樣測速不僅效率低，而且測得的數(shù)據(jù)誤差比較大，限制了鋼管的速度。
[0004]目前工業(yè)界廣泛應(yīng)用的測速系統(tǒng)主要分為兩類:接觸式和非接觸式測速:
[0005]接觸輥式速度檢測法是應(yīng)用最廣泛的一種接觸式測速方法，把測量輥接觸在行進(jìn)的物體上，被測物體以一定速度行進(jìn)并帶動(dòng)測量輥轉(zhuǎn)動(dòng)，由測量輥的轉(zhuǎn)速和周長求得物體的速度。在3PE防腐生產(chǎn)的過程中，鋼管是旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的，采用接觸輥法測量速度會(huì)產(chǎn)生扭矩，對測量輥和鋼管造成損傷。
[0006]非接觸式測速方法中使用比較多的是激光測速，該方法能通過激光對物體運(yùn)行速度的測量，它的基本原理是對被測物體進(jìn)行兩次有特定時(shí)間間隔的激光測距，取得在該一時(shí)段內(nèi)被測物體的移動(dòng)距離，從而得到該被測物體的移動(dòng)速度，同時(shí)它也是一種新型的測速測量技術(shù)。在3PE防腐生產(chǎn)的過程中，工業(yè)現(xiàn)場會(huì)產(chǎn)生電場、粉塵、高頻噪聲等影響激光測速的精度，而且在鋼管體上有螺紋，嚴(yán)重影響激光測速?，F(xiàn)有的測速方法已不適合防腐環(huán)境的測速，因此發(fā)明了一種基于工業(yè)CCD的3PE防腐過程鋼管非接觸式測速系統(tǒng)，該測速系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)，測量精度高，能夠有效適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，在3PE防腐處理時(shí)鋼管同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)和位移的情況下能夠精確對鋼管運(yùn)行速度進(jìn)行監(jiān)測。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，包括:
[0009]步驟1、通過CXD照相機(jī)每間隔預(yù)定時(shí)間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時(shí)間間隔相同的圖像序列；
[0010]步驟2、對所述圖像序列中的圖像進(jìn)行中值濾波；[0011]步驟3、對中值濾波后的圖像進(jìn)行Ga_a變換處理以剔除背景；
[0012]步驟4、對圖像進(jìn)行標(biāo)定；
[0013]步驟5、利用邊緣搜索算法確定邊緣；
[0014]步驟6、根據(jù)圖像標(biāo)定和邊緣檢測計(jì)算出鋼管移動(dòng)的實(shí)際距離，對距離數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘法曲線擬合，計(jì)算出直線的斜率即為鋼管的移動(dòng)速度。
[0015]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟I具體為:
[0016]步驟11、將CXD照相機(jī)固定在支架上，并使所述C⑶照相機(jī)的拍攝方向垂直于所述鋼管的軸向并對準(zhǔn)所述鋼管；
[0017]步驟12、每間隔預(yù)定時(shí)間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時(shí)間間隔相同的圖像序列。
[0018]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟2具體為:
[0019]步驟21、將模板在圖像中漫游，并將模板中心與圖像中心的一個(gè)像素的位置重合；
[0020]步驟22、讀取模板內(nèi)的各對應(yīng)像素的灰度值并進(jìn)行排序，取排序的灰度值中的中間值作為所述模板中心的該一個(gè)像素的值；
[0021]步驟23、采用以下公式對圖像進(jìn)行中值濾波
[0022]g (x, y) = median {f (x~k, y-1)}, (k, i e w)`[0023]其中f (X，y)和g(x，y)分別為原始圖像和處理后的圖像，w為二維模板，k、i為二位模板中像素值的坐標(biāo)。
[0024]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟3具體為:
[0025]步驟31、增大圖像的Ga_a值以使圖像整體變暗并使背景部分的灰度值降低；
[0026]步驟32、增大圖像的對比度以使圖像進(jìn)一步變暗并使背景部分的灰度值為O ;
[0027]步驟33、減小圖像的Gamma值以使物體部分明顯變亮并使背景部分灰度值依舊是O0
[0028]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟4具體為:
[0029]步驟41、確定CXD相機(jī)的視場；
[0030]步驟42、在視場內(nèi)設(shè)定一個(gè)圓點(diǎn)半徑及圓點(diǎn)邊距的像素值；
[0031]步驟43、根據(jù)CCD相機(jī)的像素值確定視場內(nèi)的圓點(diǎn)的個(gè)數(shù)，根據(jù)視場的實(shí)際距離除以圓點(diǎn)個(gè)數(shù)計(jì)算出每一圓點(diǎn)的實(shí)際大??；
[0032]步驟44、生成標(biāo)定板。
[0033]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟5具體為:
[0034]步驟51、對經(jīng)高斯函數(shù)平滑處理后的圖像f (X)在X = ο處做Taylor級數(shù)展開:
【權(quán)利要求】
1.一種鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，包括: 步驟1、通過CCD照相機(jī)每間隔預(yù)定時(shí)間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時(shí)間間隔相同的圖像序列； 步驟2、對所述圖像序列中的圖像進(jìn)行中值濾波； 步驟3、對中值濾波后的圖像進(jìn)行Ga_a變換處理以剔除背景； 步驟4、對圖像進(jìn)行標(biāo)定； 步驟5、利用邊緣搜索算法確定邊緣； 步驟6、根據(jù)圖像標(biāo)定和邊緣檢測計(jì)算出鋼管移動(dòng)的實(shí)際距離，對距離數(shù)據(jù)運(yùn)用最小二乘法曲線擬合，計(jì)算出直線的斜率即為鋼管的移動(dòng)速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟I具體為: 步驟11、將CCD照相機(jī)固定在支架上，并使所述CCD照相機(jī)的拍攝方向垂直于所述鋼管的軸向并對準(zhǔn)所述鋼管； 步驟12、每間隔預(yù)定時(shí)間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時(shí)間間隔相同的圖像序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟2具體為: 步驟21、將模板在圖像中 漫游，并將模板中心與圖像中心的一個(gè)像素的位置重合； 步驟22、讀取模板內(nèi)的各對應(yīng)像素的灰度值并進(jìn)行排序，取排序的灰度值中的中間值作為所述模板中心的該一個(gè)像素的值； 步驟23、采用以下公式對圖像進(jìn)行中值濾波 g (X，y) = median {f (χ-k, y-1)}, (k, i e w) 其中f (x，y)和g(x，y)分別為原始圖像和處理后的圖像，w為二維模板，k、i為二位模板中像素值的坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟3具體為: 步驟31、增大圖像的Ga_a值以使圖像整體變暗并使背景部分的灰度值降低； 步驟32、增大圖像的對比度以使圖像進(jìn)一步變暗并使背景部分的灰度值為O ; 步驟33、減小圖像的Gamma值以使物體部分明顯變亮并使背景部分灰度值依舊是O。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟4具體為: 步驟41、確定CCD相機(jī)的視場； 步驟42、在視場內(nèi)設(shè)定一個(gè)圓點(diǎn)半徑及圓點(diǎn)邊距的像素值； 步驟43、根據(jù)CCD相機(jī)的像素值確定視場內(nèi)的圓點(diǎn)的個(gè)數(shù)，根據(jù)視場的實(shí)際距離除以圓點(diǎn)個(gè)數(shù)計(jì)算出每一圓點(diǎn)的實(shí)際大??； 步驟44、生成標(biāo)定板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟5具體為: 步驟51、對經(jīng)高斯函數(shù)平滑處理后的圖像f(x)在X =。處做Taylor級數(shù)展開:
/(.?) = f(a) + f(a)(x -a) + ^/'{α)(χ- - af + ,.....2⑴ 其中，f (a)與f’ (a)分別是信號(hào)f (X)在x=a處的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)； 當(dāng)f(a) = O時(shí),信號(hào)f (X)在x=a處存在極值點(diǎn)，當(dāng)f’ (a)在x=a處改變符號(hào)時(shí),則x=a為信號(hào)f (X)的拐點(diǎn)。對于一維信號(hào)，a代表邊緣點(diǎn)的橫坐標(biāo):當(dāng)f' (a) =O, f’ ’ (a) > 0,邊緣點(diǎn)為局部極小值點(diǎn)； 當(dāng)f (a) =0, f (a) < O,邊緣點(diǎn)為局部極大值點(diǎn)； 當(dāng)f，’(aOf’ ’ (a.) < 0，邊緣點(diǎn)為拐點(diǎn)； 步驟52、采用Sobel算子進(jìn)行邊緣檢測，其中Sobel算子的表達(dá)式:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋼管運(yùn)行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟5還包括:當(dāng)檢測不到圖像的邊緣時(shí)，忽略該圖像對應(yīng)的時(shí)間和移動(dòng)距離。
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK103810676SQ201410001544
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】楊旭, 宗大橋, 李江昀, 文博, 丁大偉, 童朝南 申請人:北京科技大學(xué)