一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法,包括：通過CCD照相機每間隔預定時間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時間間隔相同的圖像序列；對所述圖像序列中的圖像進行中值濾波；對中值濾波后的圖像進行Gamma變換處理以剔除背景；對圖像進行標定；利用邊緣搜索算法確定邊緣；根據(jù)圖像標定和邊緣檢測計算出鋼管移動的實際距離，對距離數(shù)據(jù)運用最小二乘法曲線擬合，計算出直線的斜率即為鋼管的移動速度。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】一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)【技術領域】，特別是指一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002]3PE防腐可使埋地管道的壽命達到50年，目前在國際上被認為是最先進的管道外防腐技術，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，常常需要對運動目標的速度進行精確測量。在對鋼管進行3PE防腐處理的過程中，鋼管的移動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動速度也實現(xiàn)了傳動系統(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，以提高產(chǎn)能，速度的準確測量成為一大難題，而且現(xiàn)場噪聲比較大，粉塵嚴重，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前進的，現(xiàn)場工人根據(jù)多年經(jīng)驗采用手動的測速方法。該方法主要分為兩步:一是根據(jù)經(jīng)驗設定膠輪轉速，二是用在空間的同一個位置用標記筆對運動的鋼管做標記，待鋼管轉過一圈觀察標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用最廣泛的一種接觸式測速方法，把測量輥接觸在行進的物體上，被測物體以一定速度行進并帶動測量輥轉動，由測量輥的轉速和周長求得物體的速度。在3PE防腐生產(chǎn)的過程中，鋼管是旋轉前進的，采用接觸輥法測量速度會產(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行速度的測量，它的基本原理是對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，取得在該一時段內被測物體的移動距離，從而得到該被測物體的移動速度，同時它也是一種新型的測速測量技術。在3PE防腐生產(chǎn)的過程中，工業(yè)現(xiàn)場會產(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，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)明內容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法，在3PE防腐處理時鋼管同時發(fā)生轉動和位移的情況下能夠精確對鋼管運行速度進行監(jiān)測。
[0008]為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提出了一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法，包括:
[0009]步驟1、通過CXD照相機每間隔預定時間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時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行中值濾波；[0011]步驟3、對中值濾波后的圖像進行Ga_a變換處理以剔除背景；
[0012]步驟4、對圖像進行標定；
[0013]步驟5、利用邊緣搜索算法確定邊緣；
[0014]步驟6、根據(jù)圖像標定和邊緣檢測計算出鋼管移動的實際距離，對距離數(shù)據(jù)運用最小二乘法曲線擬合，計算出直線的斜率即為鋼管的移動速度。
[0015]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟I具體為:
[0016]步驟11、將CXD照相機固定在支架上，并使所述C⑶照相機的拍攝方向垂直于所述鋼管的軸向并對準所述鋼管；
[0017]步驟12、每間隔預定時間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時間間隔相同的圖像序列。
[0018]作為上述技術方案的優(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像素的位置重合；
[0020]步驟22、讀取模板內的各對應像素的灰度值并進行排序，取排序的灰度值中的中間值作為所述模板中心的該一個像素的值；
[0021]步驟23、采用以下公式對圖像進行中值濾波
[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。
[0024]作為上述技術方案的優(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]作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟4具體為:
[0029]步驟41、確定CXD相機的視場；
[0030]步驟42、在視場內設定一個圓點半徑及圓點邊距的像素值；
[0031]步驟43、根據(jù)CCD相機的像素值確定視場內的圓點的個數(shù)，根據(jù)視場的實際距離除以圓點個數(shù)計算出每一圓點的實際大小；
[0032]步驟44、生成標定板。
[0033]作為上述技術方案的優(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:
【權利要求】
1.一種鋼管運行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，包括: 步驟1、通過CCD照相機每間隔預定時間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時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行中值濾波； 步驟3、對中值濾波后的圖像進行Ga_a變換處理以剔除背景； 步驟4、對圖像進行標定； 步驟5、利用邊緣搜索算法確定邊緣； 步驟6、根據(jù)圖像標定和邊緣檢測計算出鋼管移動的實際距離，對距離數(shù)據(jù)運用最小二乘法曲線擬合，計算出直線的斜率即為鋼管的移動速度。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋼管運行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟I具體為: 步驟11、將CCD照相機固定在支架上，并使所述CCD照相機的拍攝方向垂直于所述鋼管的軸向并對準所述鋼管； 步驟12、每間隔預定時間對鋼管拍攝一張照片，以獲取時間間隔相同的圖像序列。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋼管運行速度的監(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像素的位置重合； 步驟22、讀取模板內的各對應像素的灰度值并進行排序，取排序的灰度值中的中間值作為所述模板中心的該一個像素的值； 步驟23、采用以下公式對圖像進行中值濾波 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。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋼管運行速度的監(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)權利要求1所述的鋼管運行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟4具體為: 步驟41、確定CCD相機的視場； 步驟42、在視場內設定一個圓點半徑及圓點邊距的像素值； 步驟43、根據(jù)CCD相機的像素值確定視場內的圓點的個數(shù)，根據(jù)視場的實際距離除以圓點個數(shù)計算出每一圓點的實際大??； 步驟44、生成標定板。
6.根據(jù)權利要求1所述的鋼管運行速度的監(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f (X)在x=a處的一階導數(shù)和二階導數(shù)； 當f(a) = O時,信號f (X)在x=a處存在極值點，當f’ (a)在x=a處改變符號時,則x=a為信號f (X)的拐點。對于一維信號，a代表邊緣點的橫坐標:當f' (a) =O, f’ ’ (a) > 0,邊緣點為局部極小值點； 當f (a) =0, f (a) < O,邊緣點為局部極大值點； 當f，’(aOf’ ’ (a.) < 0，邊緣點為拐點； 步驟52、采用Sobel算子進行邊緣檢測，其中Sobel算子的表達式:
7.根據(jù)權利要求6所述的鋼管運行速度的監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟5還包括:當檢測不到圖像的邊緣時，忽略該圖像對應的時間和移動距離。
【文檔編號】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