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1、(10)申请公布号 CN 102980892 A (43)申请公布日 2013.03.20 CN 102980892 A *CN102980892A* (21)申请号 201210454875.X (22)申请日 2012.11.13 G01N 21/88(2006.01) G01B 11/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 胡洁 黄海清 戚进 谷朝臣 刘超 (74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人 郭国中 (54) 发明名称 钢管在线检测系统及方法 (57) 摘要 本发明涉及。
2、一种钢管在线检测系统及方法， 该系统包括 ： 管口图像采集装置、 管壁图像采集 装置、 上位机模块和电源， 管口图像采集装置和管 壁图像采集装置均与上位机模块连接， 用以实时 采集钢管管口图像及管壁图像并发送至上位机模 块 ； 上位机模块用以对采集到的图像进行分析， 剔除不合格钢管， 统计钢管管口及管壁参数合格 率 ； 电源分别与管口图像采集装置、 管壁图像采 集装置和上位机模块连接， 用以为管口图像采集 装置、 管壁图像采集装置和上位机模块提供电力。 本发明具有无需人工干扰、 准确性高， 精度高、 生 产效率高， 降低劳动强度、 实时性高、 实用性强且 成本低廉的优点。 (51)Int.Cl。
3、. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/2 页 2 1. 一种钢管在线检测系统， 其特征在于， 包括 ： 管口图像采集装置、 管壁图像采集装 置、 上位机模块和电源， 所述管口图像采集装置和管壁图像采集装置均与所述上位机模块 连接， 用以实时采集钢管管口图像及管壁图像并发送至所述上位机模块 ； 所述上位机模块 用以对采集到的图像进行分析， 剔除不合格钢管， 统计钢管管口及管壁参数合格率 ； 所述电 源分别与所述管口图像采集装置、 管壁图像采集装置和上位机模块连接， 用。
4、以为所述管口 图像采集装置、 管壁图像采集装置和上位机模块提供电力 ； 其中， 所述上位机模块进一步包 括 ： 人机交互处理单元 ： 用以接受用户的操作， 实现初始化工作及参数设置， 并实时显示检 测信息及检测结果 ； 开关单元 ： 分别与所述人机交互处理单元和管口图像采集装置以及管壁图像采集装置 连接， 用以根据接受到的用户操作控制所述管口图像采集装置或管壁图像采集装置运行 ； 管口图像处理单元 ： 与所述管口图像采集装置连接， 用以对采集到的图像进行分析处 理， 判断管口图像的分割以及连通区域， 获取管口的区域位置， 对该连通区域进行椭圆拟 合， 并与预先存储的标准管口椭圆模板比对， 得到。
5、管口的尺寸以及缺陷 ； 管壁图像处理单元 ： 与所述管壁图像采集装置连接， 用以对采集到的图像进行分析处 理， 判断管壁图像的分割以及连通区域， 获取管壁的区域位置， 对该连通区域进行区域连接 和拟合， 得到管壁的整个连通区域， 通过这个连通区域拟合成管壁的圆柱形区域， 再通过这 个拟合的圆柱形区域与预先存储的标准管壁的圆柱形模板进行比对， 获取管壁缺陷值 ； 剔除控制单元 ： 分别与所述管口图像处理单元和管壁图像处理单元连接， 根据所述管 口图像处理单元和管壁图像处理单元得到的管口和管壁缺陷的检测结果， 剔除存在缺陷的 不合格钢管 ； 统计处理单元 ： 与所述剔除控制单元连接， 用以根据管口。
6、图像处理单元和管壁图像处 理单元的比较结果， 统计一个批次的钢管合格率并将统计结果发送至数据库和人机交互处 理单元 ； 数据库 ： 用以存储标准管口椭圆模板和标准管壁的圆柱形模板， 以及， 存储所述统计处 理单元得到的一个批次的钢管合格率。 2. 如权利要求 1 所述的钢管在线检测系统， 其特征在于， 所述管口图像采集装置和管 壁图像采集装置采用 CCD 彩色相机或 CMOS 彩色相机。 3.如权利要求1所述的钢管在线检测系统， 其特征在于， 所述统计处理单元以excel图 表的形式将统计的一个批次的钢管合格生成报表发送至所述数据库和人机交互处理单元。 4. 一种钢管在线检测方法， 其特征在于。
7、， 包括以下步骤 ： （1） 接受用户的操作， 实现初始化工作及参数设置 ； （2） 根据用户的操作， 驱动管口图像采集装置或管壁图像采集装置实时采集钢管管口 图像或管壁图像 ； （3） 对采集到的管口图像进行分析处理， 判断管口图像的分割以及连通区域， 获取管口 的区域位置， 对该连通区域进行椭圆拟合， 并与预先存储的标准管口椭圆模板比对， 得到管 口的尺寸以及缺陷 ； （4） 对采集到的管壁图像进行分析处理， 判断管壁图像的分割以及连通区域， 获取管壁 的区域位置， 对该连通区域进行区域连接和拟合， 得到管壁的整个连通区域， 通过图像的边 权 利 要 求 书 CN 102980892 A 。
8、2 2/2 页 3 缘阶跃值获取管壁缺陷值 ； （5） 根据步骤 （3） 与步骤 （4） 得到的管口和管壁缺陷的检测结果， 剔除存在缺陷的不合 格钢管 ； （6） 根据剔除处理单元的比较结果， 统计一个批次的钢管合格率并将统计结果发送至 数据库和人机交互处理单元。 5. 如权利要求 4 所述的钢管在线检测方法， 其特征在于， 步骤 （1） 中的参数设置包括 ： 管口半径、 管壁系数、 HSV 阈值、 分割阈值、 边界算子、 增强算子和拟合系数。 权 利 要 求 书 CN 102980892 A 3 1/5 页 4 钢管在线检测系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及钢管检测领域， 具体涉及一。
9、种钢管在线检测系统及方法。 背景技术 0002 钢管是钢铁企业轧钢厂生产的一类主要产品， 广泛用作建筑钢筋、 机械制造、 金属 原材料等。在钢管的生产过程中， 钢管质量检测是最重要的一个环节。有效的钢锭的质量 检测能保证其生产效率和产品质量， 同时也是企业获得经济效益的有力保障。 0003 传统的钢管检测方法采用人工检测， 通过工人在流水线上观察， 剔除有缺陷的不 合格钢管。 然而， 这种检测方法完全依靠工人的经验判断钢管缺陷程度， 判定钢管是否达到 合格品标准， 存在准确性低、 劳动强度大、 检测效率低的缺点。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种钢管在线检测系统， 以解决现有人工检。
10、测钢管缺陷方 法存在生产效率低， 劳动强度大， 准确性低的技术问题。 0005 本发明的另一目的在于提供一种钢管在线检测方法， 以解决现有人工检测钢管缺 陷方法存在生产效率低， 劳动强度大， 准确性低的技术问题。 0006 为达到上述目的， 本发明提供一种钢管在线检测系统， 包括 ： 管口图像采集装置、 管壁图像采集装置、 上位机模块和电源， 管口图像采集装置和管壁图像采集装置均与上位 机模块连接， 用以实时采集钢管管口图像及管壁图像并发送至上位机模块 ； 上位机模块用 以对采集到的图像进行分析， 剔除不合格钢管， 统计钢管管口及管壁参数合格率 ； 电源分别 与管口图像采集装置、 管壁图像采集。
11、装置和上位机模块连接， 用以为管口图像采集装置、 管 壁图像采集装置和上位机模块提供电力 ； 其中， 上位机模块进一步包括 ： 0007 人机交互处理单元 ： 用以接受用户的操作， 实现初始化工作及参数设置， 并实时显 示检测信息及检测结果。 0008 开关单元 ： 分别与人机交互处理单元和管口图像采集装置以及管壁图像采集装置 连接， 用以根据接受到的用户操作控制管口图像采集装置或管壁图像采集装置运行。 0009 管口图像处理单元 ： 与管口图像采集装置连接， 用以对采集到的图像进行分析处 理， 判断管口图像的分割以及连通区域， 获取管口的区域位置， 对该连通区域进行椭圆拟 合， 并与预先存储。
12、的标准管口椭圆模板比对， 得到管口的尺寸以及缺陷。 0010 管壁图像处理单元 ： 与管壁图像采集装置连接， 用以对采集到的图像进行分析处 理， 判断管壁图像的分割以及连通区域， 获取管壁的区域位置， 对该连通区域进行区域连接 和拟合， 得到管壁的整个连通区域， 通过这个连通区域拟合成管壁的圆柱形区域， 通过这个 拟合的圆柱形区域与预先存储的标准管壁的圆柱形模板进行比对， 获取管壁缺陷值 ； 0011 剔除控制单元 ： 分别与管口图像处理单元和管壁图像处理单元连接， 根据管口图 像处理单元和管壁图像处理单元得到的管口和管壁缺陷的检测结果， 剔除存在缺陷的不合 格钢管。 说 明 书 CN 102。
13、980892 A 4 2/5 页 5 0012 统计处理单元 ： 与剔除控制单元连接， 用以根据管口图像处理单元和管壁图像处 理单元的比较结果， 统计一个批次的钢管合格率并将统计结果发送至数据库和人机交互处 理单元。 0013 数据库 ： 用以存储标准管口椭圆模板和标准管壁的圆柱形模板， 以及， 存储统计处 理单元得到的一个批次的钢管合格率。 0014 依照本发明较佳实施例所述的钢管在线检测系统， 该管口图像采集装置和管壁图 像采集装置采用 CCD 彩色相机或 CMOS 彩色相机。 0015 依照本发明较佳实施例所述的钢管在线检测系统， 该统计处理单元以 excel 图表 的形式将统计的一个批。
14、次的钢管合格生成报表发送至数据库和人机交互处理单元。 0016 为达到上述目的， 本发明还提供一种钢管在线检测方法， 包括以下步骤 ： 0017 （1） 接受用户的操作， 实现初始化工作及参数设置 ； 0018 （2） 根据用户的操作， 驱动管口图像采集装置或管壁图像采集装置实时采集钢管 管口图像或管壁图像 ； 0019 （3） 对采集到的管口图像进行分析处理， 判断管口图像的分割以及连通区域， 获取 管口的区域位置， 对该连通区域进行椭圆拟合， 并与预先存储的标准管口椭圆模板比对， 得 到管口的尺寸以及缺陷 ； 0020 （4） 对采集到的管壁图像进行分析处理， 判断管壁图像的分割以及连通区。
15、域， 获取 管壁的区域位置， 对该连通区域进行区域连接和拟合， 得到管壁的整个连通区域， 通过图像 的边缘阶跃值获取管壁缺陷值 ； 0021 （5） 根据步骤 （3） 与步骤 （4） 得到的管口和管壁缺陷的检测结果， 剔除存在缺陷的 不合格钢管 ； 0022 （6） 根据剔除处理单元的比较结果， 统计一个批次的钢管合格率并将统计结果发 送至数据库和人机交互处理单元。 0023 依照本发明较佳实施例所述的钢管在线检测方法， 步骤 （1） 中的参数设置包括 ： 管口半径、 管壁系数、 HSV 阈值、 分割阈值、 边界算子、 增强算子和拟合系数。 0024 本发明的钢管在线检测系统及方法采用图像方法。
16、对钢管进行检测， 运行速度快、 计数准确， 实现了智能判别钢管缺陷并统计合格率情况。本发明通过图像采集及分析获取 钢管的缺陷情况， 实时显示检测信息及检测结果并将统计结果存储于数据库中。本发明将 采用图像方法实现钢管的在线实时检测， 并生成报表输入到数据库中存储， 系统操作方便， 且大大提高了测量的准确度及测量效率， 降低了劳动强度。 并且， 本发明还通过数据库的交 互处理提供方便的查询处理， 方便后续查询， 进一步提高了准确性。另外， 本发明只需要两 台CMOS相机或CCD相机采集图像， 装置的造价低廉， 并节省了大量的人力物力成本， 有效降 低了生产成本。因此， 与现有技术相比， 本发明极。
17、大地提高了检测的速度和准确率， 降低了 劳动强度， 减少了检测的成本。具有无需人工干扰、 准确性高， 精度高、 生产效率高， 降低劳 动强度、 实时性高、 实用性强且成本低廉的优点。 附图说明 0025 图 1 为本发明钢管在线检测系统的结构示意图 ； 0026 图 2 为本发明实施例统计得到的钢管检测各批次合格率列表示意图。 说 明 书 CN 102980892 A 5 3/5 页 6 具体实施方式 0027 以下结合附图， 具体说明本发明。 0028 一种钢管在线检测系统， 包括 ： 管口图像采集装置 1、 管壁图像采集装置 2、 上位机 模块 3 和电源 4， 管口图像采集装置 1 和管。
18、壁图像采集装置 2 采用 CCD 彩色相机或 CMOS 彩 色相机， 两者均与上位机模块 3 连接， 用以实时采集钢管管口图像及管壁图像并发送至上 位机模块 3 ； 上位机模块 3 用以对采集到的图像进行分析， 剔除不合格钢管， 统计钢管管口 及管壁参数合格率 ； 电源 4 分别与管口图像采集装置 1、 管壁图像采集装置 2 和上位机模块 3 连接， 用以为管口图像采集装置 1、 管壁图像采集装置 2 和上位机模块 3 提供电力。其中， 上位机模块 3 进一步包括 ： 0029 人机交互处理单元 31 ： 用以接受用户的操作， 实现初始化工作及参数设置， 并实 时显示检测信息及检测结果。 00。
19、30 参数设置包括 ： 管口半径、 管壁系数、 HSV 阈值、 分割阈值、 边界算子、 增强算子和 拟合系数。管口半径值给出的是所测管口尺寸与标准尺寸的比例系数， 用以实现从标准尺 寸转换为所测尺寸， 该值取值范围为 0.21， 为 1 时表示和标准尺寸相同， 用于管口缺陷检 测。管壁系数给出的是所测管壁尺寸与标准尺寸的比例系数， 用以实现从标准尺寸转换为 所测尺寸， 该值取值范围为 0.21， 为 1 时表示和标准尺寸相同， 用于管壁缺陷检测。HSV 阈 值是色彩空间的分割阈值， 表示从 RGB 图像转换为 HSV 色彩空间图像， 通过设置 HSV 阈值来 实现所需要的连通区域的分割。 取值。
20、为01， 在管口和管壁的图像色彩分割中都有使用。 分 割强度阈值， 阈值设置的越大则越小的区域被分割到连通区域中。取值为 01， 在管口和管 壁的连通区域分割中都有使用。 边界算子为边界拟合算子， 是拟合区域边界时使用的， 边界 算子值越大则拟合的边界越光滑。 取值为28， 主要是用于管口的边界拟合。 增强算子为图 像增强操作的算子， 当图像的整体色彩失衡以及各区域的对比度差异较大时， 该参数需要 设置较大。取值为 01， 主要用于调整采集图像的显示效果。拟合系数为最终拟合为椭圆 的相关系数， 该值越大拟合出来的边界越光滑。取值为 01， 主要是用于管口的椭圆口径拟 合。 0031 开关单元 。
21、32 ： 至少包括两个光电开关， 分别与人机交互处理单元 31 和管口图像采 集装置 1 以及管壁图像采集装置 2 连接， 用以根据接受到的用户操作控制管口图像采集装 置 1 或管壁图像采集装置 2 运行。 0032 管口图像处理单元 33 ： 与管口图像采集装置 1 连接， 用以对采集到的图像进行分 析处理， 判断管口图像的分割以及连通区域， 获取管口的区域位置， 对该连通区域进行椭圆 拟合， 并与预先存储的标准管口椭圆模板比对， 得到管口的尺寸以及缺陷。 0033 管壁图像处理单元 34 ： 与管壁图像采集装置 2 连接， 用以对采集到的图像进行分 析处理， 判断管壁图像的分割以及连通区域。
22、， 获取管壁的区域位置， 对该连通区域进行区域 连接和拟合， 得到管壁的整个连通区域， 通过这个连通区域拟合成管壁的圆柱形区域， 通过 这个拟合的圆柱形区域与预先存储的标准管壁的圆柱形模板进行比对， 获取管壁缺陷值。 0034 剔除控制单元 35 ： 分别与管口图像处理单元 33 和管壁图像处理单元 34 连接， 根 据管口图像处理单元 33 和管壁图像处理单元 34 得到的管口和管壁缺陷的检测结果， 剔除 存在缺陷的不合格钢管。 说 明 书 CN 102980892 A 6 4/5 页 7 0035 统计处理单元 36 ： 与剔除控制单元 35 连接， 用以根据管口图像处理单元 33 和管 。
23、壁图像处理单元 34 的比较结果， 统计一个批次的钢管合格率并将统计结果发送至数据库 和人机交互处理单元。 0036 统计处理单元 36 以 excel 图表的形式将统计的一个批次的钢管合格生成报表发 送至数据库和人机交互处理单元。 0037 数据库 37 ： 用以存储标准管口椭圆模板和标准管壁的圆柱形模板， 以及， 存储统 计处理单元 36 得到的一个批次的钢管合格率。 0038 基于上述的系统， 本发明还提供一种钢管在线检测方法， 包括以下步骤 ： 0039 （1） 接受用户的操作， 实现初始化工作及参数设置。 0040 参数设置包括 ： 管口半径、 管壁系数、 HSV 阈值、 分割阈值、。
24、 边界算子、 增强算子和 拟合系数。 0041 （2） 根据用户的操作， 驱动管口图像采集装置或管壁图像采集装置实时采集钢管 管口图像或管壁图像。 0042 开关单元 32 接受用户的操作， 触发相关光电开关， 驱动管口图像采集装置 1 或管 壁图像采集装置 2 实时采集钢管管口图像或管壁图像。 0043 （3） 对采集到的管口图像进行分析处理， 判断管口图像的分割以及连通区域， 获取 管口的区域位置， 对该连通区域进行椭圆拟合， 并与预先存储的标准管口椭圆模板比对， 得 到管口的尺寸以及缺陷。 0044 管口图像处理单元 33 对采集到的图像进行分析处理， 判断管口图像的分割以及 连通区域，。
25、 获取管口的区域位置， 对该连通区域进行椭圆拟合， 并与预先存储的标准管口椭 圆模板比对， 得到管口的尺寸以及缺陷。 0045 （4） 对采集到的管壁图像进行分析处理， 判断管壁图像的分割以及连通区域， 获取 管壁的区域位置， 对该连通区域进行区域连接和拟合， 得到管壁的整个连通区域， 通过图像 的边缘阶跃值获取管壁缺陷值。 0046 管壁图像处理单元 34 对采集到的图像进行分析处理， 判断管壁图像的分割以及 连通区域， 获取管壁的区域位置， 对该连通区域进行区域连接和拟合， 得到管壁的整个连通 区域， 通过这个连通区域拟合成管壁的圆柱形区域， 通过这个拟合的圆柱形区域与预先存 储的标准管壁。
26、的圆柱形模板进行比对， 获取管壁缺陷值。 0047 （5） 根据步骤 （3） 与步骤 （4） 得到的管口和管壁缺陷的检测结果， 剔除存在缺陷的 不合格钢管。 0048 （6） 根据剔除处理单元的比较结果， 统计一个批次的钢管合格率并将统计结果发 送至数据库和人机交互处理单元。 0049 统计处理单元 36 以 excel 图表的形式将统计的一个批次的钢管合格生成报表发 送至数据库 37 和人机交互处理单元 32 进行存储和显示。如图 2 所示， 其为本发明实施例 统计得到的钢管检测各批次合格率列表示意图， 该表给出了各批次钢管检测合格率统计。 0050 本发明将采用图像方法实现钢管的在线实时检。
27、测， 并生成报表输入到数据库中存 储， 系统操作方便， 且大大提高了测量的准确度及测量效率， 降低了劳动强度。 并且， 本发明 还通过数据库的交互处理提供方便的查询处理， 方便后续查询， 进一步提高了准确性。另 外， 本发明只需要两台CMOS相机或CCD相机采集图像， 装置的造价低廉， 并节省了大量的人 说 明 书 CN 102980892 A 7 5/5 页 8 力物力成本， 有效降低了生产成本。因此， 与现有技术相比， 本发明极大地提高了检测的速 度和准确率， 降低了劳动强度， 减少了检测的成本。具有无需人工干扰、 准确性高， 精度高、 生产效率高， 降低劳动强度、 实时性高、 实用性强且成本低廉的优点。 0051 以上所述， 仅是本发明的较佳实施实例而已， 并非对本发明做任何形式上的限制， 任何未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简 单修改、 等同变化与修饰， 均属于本发明技术方案的范围。 说 明 书 CN 102980892 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102980892 A 9 。