【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料表面边界分析，具体为一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法及装置。
技术介绍
1、近年来国内自动化产线升级需求巨大，对不同材质、规格的小口径管坡口加工后管端，为了保证自动组对焊接的可靠性和合格率，需对来自备料中心的长管和短管完成两端坡口质量检查。不焊接前进行管端坡口质量检查及内孔去毛刺。要求测量精度在100um左右，测量完成后，如何快速获取坡口参数，分析管子的加工质量，直接影响到产线的生产效率和质量。
2、公开号cn110196252b公开的一种坡口缺陷检测系统，包括：视觉组件，包括环形光源和位于环形光源后方的镜头、相机，环形光源适于对坡口进行环形光打光，镜头和相机适于采集坡口图像；传动组件，适于带动管状元件移动，以使管状元件位于环形光源的前方且与环形光源同轴；计算设备，与相机相连，适于获取坡口图像，以及根据坡口图像来检测坡口的缺陷。
3、该技术只是通过对光源的处理和对图像的处理，来实现对坡口缺陷的检测，只能判断坡口是否存在表面缺陷，而对于如同心度、壁厚等坡口的尺寸参数无法进行计量检测，因此不能较为精准的判断管道坡口的加工质量。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法及装置，解决了现有管道坡口检测技术存在的问题。
2、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，具体包括以下步骤：
3、s1、将标准件
4、s2、在检测系统正式检测前，使用标准件管道采集坡口参数，并通过智能校准模型自动调整相机参数，使检测的标准件管道坡口参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内；
5、s3、启动相机检测待检测管道，获取待检测管道坡口的3d测量参数；
6、s4、沿着x轴按照设定宽度遍历切片，截取坡口的每个断面的点云数据；
7、s5、沿着圆心在yz平面按照设定角度遍历每个切片，获取坡口外径点云边界和内径点云边界；
8、s6、通过点云边界求坡口内环圆心、坡口外环圆心以及内环、外环直径；
9、s7、利用坡口边界参数计算获得同心度位置偏差和壁厚偏差，并在超出阈值时进行预警；
10、s8、在连续三根管道检测前需要进行步骤s2的校准时，使用标准件管道进行校验，并通过智能校准模型自动校准相机位置。
11、优选的，步骤s2具体包括：在检测系统正式检测前，将标准件管道放置在管道定位件上，通过z轴直线模组和水平驱动组件带动3d扫描检测相机移动到指定位置，使3d扫描检测相机的视场覆盖整个管道坡口，根据扫描得到的管道坡口数据，通过智能校准模型自动调整3d扫描检测相机的横滚角、航向角以及在xyz坐标轴上的安装位置偏差，将采集到的坡口3d数据的测量参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内。
12、优选的，将采集到的坡口3d数据的测量参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内的步骤包括：按照3d扫描检测相机在3个坐标轴上的安装位置偏差至相机本身参数的优先权顺序，其中3个坐标轴上的安装位置偏差按照x轴至y轴至z轴的优先权顺序，3d扫描检测相机本身参数按照横滚角至航向角的优先权顺序，依次调整各项参数，并记录坡口3d数据的测量参数与标准件关键参数实际区间的误差值变化曲线，对比误差值，以误差值绝对值最小的点对应的调整参数为正确参数，再调整下一项参数，直至坡口3d数据的测量参数标定至标准件关键参数实际区间内。
13、优选的，设3d扫描检测相机初始的位置为p0= (x0, y0, z0)，3d扫描检测相机校准后的位置为 p1= (x1, y1, z1)，则智能校准模型对于3d扫描检测相机物理位置的校准公式为：
14、 p1= p0+δp；
15、其中δp= (δx，δy，δz)，δx表示x轴安装位置偏差，δy表示y轴安装位置偏差，δz表示z轴安装位置偏差；
16、设3d扫描检测相机本身参数为：
17、绕x轴旋转的横滚角：θx；
18、绕z轴旋转的航向角：θz；
19、对于旋转的校准，使用旋转矩阵r，设初始的旋转矩阵为r0，横滚角和航向角对应的旋转矩阵分别为rx(θx)和rz(θz)，则校准后的旋转矩阵r为：
20、；
21、其中rx(θx)和rz(θz)分别是绕x轴和z轴旋转的旋转矩阵，通过罗德里格斯旋转公式或旋转矩阵的一般形式来表示；
22、在参数调整过程中，记录每一步调整后的误差值ei，其中i表示调整参数的序号，假设总共有n个参数需要调整，目标是找到一组参数δp=(δx,δy,δz)和(θx,θz)使得误差值e最小，误差值e使用均方误差或平均绝对误差作为误差度量，通过优化算法实现。
23、优选的，步骤s4中，设管道的长度方向为x轴，垂直方向为z轴，水平运动方向为y轴，沿着x轴按照设定宽度遍历切片，在zy平面截取坡口的每个断面的点云数据，并对获取的点云数据进行滤波和去噪处理。
24、优选的，步骤s5具体包括：
25、s5.1通过最小二乘法拟合每个切片点云数据：
26、对每个切片中的点云数据(yi,zi)，使用最小二乘法拟合圆的方程：
27、；
28、其中，m是每个切片中的点数，其中(h,k)是圆心坐标，r是半径；
29、s5.2沿着圆心在yz平面遍历每个切片：设定遍历角度的步长δθ，对于每个遍历角度θ∈（0，2π），计算对应的半径r；
30、s5.3计算每个角度下点云的最小半径和最大半径：
31、对于每个角度θj，j表示为角度θ的第j个数据，通过遍历切片点云并计算点到圆心的距离来确定最小半径rminj和最大半径rmaxj，点到圆心的距离通过欧式距离公式表示：
32、；
33、对于每个角度θj，找到所有di中的最小值和最大值，即rminj和rmaxj；
34、s5.4确定坡口点云边界：
35、将每个角度最小半径rmin建立最小半径点云集（r1，r2，...，rm），最小半径点云集连成的曲线为内径点云边界，将每个角度最大半径rmax建立最大半径点云集（r1，r2，...，rm），最大半径点云集连成的曲线为坡口外径点云边界。
36、优选的，步骤s6具体包括：拟合内外点云边界，通过最小二乘法拟合内外环圆心，计算内外环直径。
37、优选的，步骤s7具体包括：
38、s7.1分析同心度、壁厚波动曲线，根据内外环圆心位置，统计分析同心度位置偏差；
39、分别设定坡口内外圆的圆心位置坐标 (h内，k内) 和 (h外，k外)，其中h内和h外分别表示坡口内外圆圆心在y轴上的坐标，k内和k外分别表示坡口内外本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：步骤S2具体包括：在检测系统正式检测前，将标准件管道放置在管道定位件上，通过Z轴直线模组和水平驱动组件带动3D扫描检测相机移动到指定位置，使3D扫描检测相机的视场覆盖整个管道坡口，根据扫描得到的管道坡口数据，通过智能校准模型自动调整3D扫描检测相机的横滚角、航向角以及在XYZ坐标轴上的安装位置偏差，将采集到的坡口3D数据的测量参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内。
3.根据权利要求2所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：将采集到的坡口3D数据的测量参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内的步骤包括：按照3D扫描检测相机在3个坐标轴上的安装位置偏差至相机本身参数的优先权顺序，其中3个坐标轴上的安装位置偏差按照X轴至Y轴至Z轴的优先权顺序，3D扫描检测相机本身参数按照横滚角至航向角的优先权顺序，依次调整各项参数，并记录坡口3D数据的测量参数与标准件关键参数实际区间的误差
4.根据权利要求3所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：设3D扫描检测相机初始的位置为P0= (X0, Y0, Z0)，3D扫描检测相机校准后的位置为P1= (X1, Y1, Z1)，则智能校准模型对于3D扫描检测相机物理位置的校准公式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：步骤S4中，设管道的长度方向为X轴，垂直方向为Z轴，水平运动方向为Y轴，沿着X轴按照设定宽度遍历切片，在ZY平面截取坡口的每个断面的点云数据，并对获取的点云数据进行滤波和去噪处理。
6.根据权利要求5所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：步骤S5具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：步骤S6具体包括：拟合内外点云边界，通过最小二乘法拟合内外环圆心，计算内外环直径。
8.根据权利要求6所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：步骤S7具体包括：
9.一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测装置，其特征在于：包括：
10.根据权利要求9所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测装置，其特征在于：水平驱动组件包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：步骤s2具体包括：在检测系统正式检测前，将标准件管道放置在管道定位件上，通过z轴直线模组和水平驱动组件带动3d扫描检测相机移动到指定位置，使3d扫描检测相机的视场覆盖整个管道坡口，根据扫描得到的管道坡口数据，通过智能校准模型自动调整3d扫描检测相机的横滚角、航向角以及在xyz坐标轴上的安装位置偏差，将采集到的坡口3d数据的测量参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内。
3.根据权利要求2所述的一种基于三维成像的高精度小口径管坡口检测方法，其特征在于：将采集到的坡口3d数据的测量参数标定至标准件关键参数的实际区间范围内的步骤包括：按照3d扫描检测相机在3个坐标轴上的安装位置偏差至相机本身参数的优先权顺序，其中3个坐标轴上的安装位置偏差按照x轴至y轴至z轴的优先权顺序，3d扫描检测相机本身参数按照横滚角至航向角的优先权顺序，依次调整各项参数，并记录坡口3d数据的测量参数与标准件关键参数实际区间的误差值变化曲线，对比误差值，以误差值绝对值最小的点对应的调整参数为正确参数，再调整下一项参数，直至坡口3d数据的测量参数标定至标准件关键参数实际区间内。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：虞静，黄贵余，马伍军，黄陆君，王海兵，邹刘敏，
申请(专利权)人：四川吉埃智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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