本發明涉及無縫鋼管質量檢測技術，具體是一種無縫鋼管質量檢測裝置及檢測方法。

　　背景技術：

　　目前大部分無縫鋼管生產企業對無縫鋼管的表面缺陷的檢測，大部分企業還是以人工測量為準，不僅影響生產速度，且容易出現漏檢、錯檢的現象，從而造成較大的返工率，影響生產效率。因此如何快速準確的檢測無縫鋼管的表面缺陷，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。

　　無縫鋼管的質量包括：鋼管直徑大小和表面缺陷。

　　目前檢測領域的檢測方法都是針對某一種指標進行檢測。比如，只檢測直徑或只檢測表面缺陷信息。也就是將直徑檢測與表面缺陷檢測分開完成的，這樣檢測裝置至少需要兩套圖像采集系統。一套圖像采集系統采用背光方式用于無縫鋼管的直徑檢測、另一套圖像采集系統用明場照明方式用于無縫鋼管的表面缺陷檢測。兩套系統具有較高的硬件成本、且算法維護較為困難。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種無縫鋼管質量檢測裝置及檢測方法。這種裝置成本低、能快速準確的檢測無縫鋼管的表面缺陷。這種方法從一張待測圖片中，即可準確測量無縫鋼管直徑和表面缺陷信息，根據檢測結果即可判斷鋼管的質量。

　　實現本發明目的技術方案是：

　　一種無縫鋼管質量檢測裝置，包括機箱，與現有技術不同處在于，所述機箱上設有控制臺和與控制臺電連接的順序連接的第一傳送帶、第一旋轉臺、第一光源單元、工業相機、第二光源單元、第二旋轉臺和第二傳送帶，其中第一光源單元上設有第一環形光源與設在第二光源單元上的第二環形光源相向出光照射，且第一環形光源和第二環形光源的光照范圍部分重合，第一環形光源上開設有第一穿孔，第二環形光源上開設有第二穿孔，工業相機獲取穿過第一穿孔和第二穿孔之間的待檢測的無縫鋼管照片。

　　所述第一光源單元上設有第一光源支架，第一環形光源位于第一光源支架上上，并可相對第一光源支架在垂直于待檢測的無縫鋼管傳送方向上位移；所述第二光源單元設有第二光源支架，第二環形光源位于第二光源支架上，并可相對第二光源支架在垂直于待檢測的無縫鋼管傳送方向上位移。

　　所述控制臺上設有與工業相機電連接的顯示器。

　　所述第一旋轉臺和第二旋轉臺的結構相同，設有旋轉支架，所述旋轉支架上設有與旋轉支架轉動連接的第一旋轉滾輪和第二旋轉滾輪，第一旋轉滾輪、第二旋轉滾輪的旋轉中心與待檢測的無縫鋼管的輸送方向一致。

　　所述無縫鋼管質量檢測裝置工作過程為：

　　將待檢測的無縫鋼管橫放在第一傳送帶和第一旋轉臺上，通過控制臺啟動裝置，控制第一傳送帶和第二傳送帶向前運動、控制第一旋轉臺和第二旋轉臺側向旋轉運動，在第一傳送帶和第一旋轉臺的合力作用下，待檢測的無縫鋼管旋轉通過采像區域，即由第一光源單元、工業相機、第二光源單元組成的區域，通過工業相機采集包含鋼管表面的圖片，最后待測鋼管在第二傳送帶和第二旋轉臺的合力作用下，旋轉離開。

　　使用上述無縫鋼管質量檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

　　1）利用無縫鋼管質量檢測裝置，分別采集一張不含鋼管的圖片作為背景圖、采集一張待測鋼管的圖片作為待檢測圖像；

　　2）采用背景差法，將步驟1）的兩幅圖做差，得到差值圖；

　　3）采用大津法對步驟2）得到的差值圖做二值化處理，得到差值圖的二值圖；

　　4）采用7×7結構對步驟3）得到的二值圖中值濾波，然后用canny算子進行邊緣檢測，得到邊緣圖；

　　5）對步驟4）得到的邊緣圖做局部處理，找到直徑特征點對：以步驟4）中的邊緣圖中的非零點為中點，根據該中點坐標，取待測圖像的8領域，再分別以該8領域內的9個坐標為中點，分別求9個坐標的與其8領域內所有點的最大差值，得到9個差之后，比較這9個差值：如果最大差值成對出現，即為直徑特征對，將步驟4）邊緣圖中非直徑特征對坐標置0；

　　6）用最小二乘法將步驟5）中的直徑特征對擬合成兩條直線；

　　7）計算步驟6）得到的兩條直線間的距離的平均距離，即為待測鋼管的平均直徑；

　　8）計算步驟6）得到的兩條直線的中線；

　　9）保存中線左右64像素的圖像，作為檢測區域；

　　10）采用大津法將步驟9）得到的檢測區域二值化，得到二值化圖；

　　11）通過坐標變換，將步驟10）得到的的二值化圖拓展到步驟1）中待檢測圖像的大小，得到新的二值化圖；

　　12)提取步驟11）得到的新二值化圖的8連通分量，并保存各連通分量圖片；

　　13）用預先訓練好的分類器，對步驟12）提取的連通分量圖片進行分類，判斷各連通分量屬于背景還是缺陷；

　　14）結合步驟7）得到的鋼管的平均直徑和步驟13）得到的分類信息，即可判斷鋼管的質量，判斷依據是，如果平均直徑尺寸不在已知合格范圍內或者連通分量判斷為缺陷，則該鋼管檢測不合格，最后，在傳送帶和旋轉臺的持續作用下，可以通過工業相機6采集到鋼管表面全部圖片，將每張圖片重復步驟1）-步驟14），即可完成檢測。

　　步驟7）中所述的平均距離為：根據點到直線的距離公式，統計出其中一條直線上的全部點到另一條直線的全部距離，取這些距離的平均值即可。

　　步驟11）所述的坐標變換為：將步驟10）中的新二值化圖的各像素坐標加上步驟8）中的中線減去偏移值即可。

　　步驟13）中所述的分類器是通過svm訓練得到的，即依據步驟12）可以獲取多個連通分量圖片，通過人工選擇的方法將連通分量圖片分為缺陷和背景兩類,作為svm訓練的數據集。

　　本技術方案的有益效果:

　　1.本技術方案從一張待測圖片中檢測出鋼管直徑和表面缺陷信息，而傳統的方法無法從一張圖片中得到兩種檢測信息；

　　2.本技術方案在檢測直徑時提出尋找直徑特征對的方法，比傳統的方法有更高的精度，更具有創新性；

　　3.本技術方案在缺陷定位時，選取的是待測圖像中最有用的部分，該部分尺寸遠小于待測圖像尺寸，比傳統的方法具有更高的檢測速度和檢測精度；

　　4.本技術方案出的算法在處理小缺陷時，也比傳統的方法具有更高的精度。

　　這種裝置成本低、能快速準確的檢測無縫鋼管的表面缺陷。這種方法從一張待測圖片中，即可準確測量無縫鋼管直徑和表面缺陷信息，根據檢測結果即可判斷鋼管的質量。

　　附圖說明

　　圖1為實施例的結構示意圖；

　　圖2實施例中第一環光源單元的結構示意圖；

　　圖3為實施例中第二環光源單元的結構示意圖；

　　圖4為實施例中旋轉臺的結構示意圖；

　　圖5為實施例中的背景圖；

　　圖6為實施例中的待檢測無縫鋼管進入圖像采集區域時的圖片；

　　圖7為實施例中的差值圖；

　　圖8為實施例中的二值圖；

　　圖9為實施例中的邊緣圖；

　　圖10為實施例中的邊緣圖中雙邊緣處僅含直徑特征對的邊緣圖

　　圖11為實施例中的檢測區域圖；

　　圖12為實施例中的新二值化圖；

　　圖13為實施例中的拓展圖；

　　圖14為實施例中的結果顯示圖；

　　圖15為實施例的流程示意圖。

　　圖中，1.機箱2.控制臺3.第一傳送帶4.第一旋轉臺5.第一光源單元6.工業相機7.第二光源單元8.第二旋轉臺9.第二傳送帶10.顯示器11.第一穿孔12.第二穿孔13.第一光源支架14.第二光源支架15.旋轉支架16.第一旋轉滾輪17.第二旋轉滾輪5-1.第一環形光源7-1.第二環形光源。

　　具體實施方式

　　下面結合附圖和實施例對本發明的內容作進一步的闡述，但不是對本發明的限定。

　　實施例：

　　參照圖1，一種無縫鋼管質量檢測裝置，所述機箱1上設有控制臺2和與控制臺2電連接的順序連接的第一傳送帶3、第一旋轉臺4、第一光源單元5、工業相機6、第二光源單元7、第二旋轉臺8和第二傳送帶9，其中第一光源單元5上設有第一環形光源5-1與設在第二光源單元7上的第二環形光源7-1相向出光照射，且第一環形光源5-1和第二環形光源7-1的光照范圍部分重合，第一環形光源5-1上開設有第一穿孔11，第二環形光源7-1上開設有第二穿孔12，工業相機6獲取穿過第一穿孔11和第二穿孔12之間的待檢測的無縫鋼管照片。

　　所述第一光源單元5上設有第一光源支架13，第一環形光源5-1位于第一光源支架上13上，并可相對第一光源支架13在垂直于待檢測的無縫鋼管傳送方向上位移；所述第二光源單元7設有第二光源支架14，第二環形光源7-1位于第二光源支架14上，并可相對第二光源支架14在垂直于待檢測的無縫鋼管傳送方向上位移，如圖2、圖3所示。

　　所述控制臺2上設有與工業相機6電連接的顯示器10。

　　所述第一旋轉臺4和第二旋轉臺8的結構相同，設有旋轉支架15，所述旋轉支架15上設有與旋轉支架15轉動連接的第一旋轉滾輪16和第二旋轉滾輪17，第一旋轉滾輪16、第二旋轉滾輪17的旋轉中心與待檢測的無縫鋼管的輸送方向一致，如圖4所示。

　　所述無縫鋼管質量檢測裝置圖像采集過程為：

　　將待檢測的無縫鋼管橫放在第一傳送帶3和第一旋轉臺4上，通過控制臺2啟動裝置，控制第一傳送帶3和第二傳送帶9向前運動、控制第一旋轉臺4和第二旋轉臺8側向旋轉運動，在第一傳送帶3和第一旋轉臺4的合力作用下，待檢測的無縫鋼管旋轉通過采像區域，即由第一光源單元5、工業相機6、第二光源單元7組成的區域，通過工業相機6采集包含待檢測的無縫鋼管表面的圖片，最后待檢測的無縫鋼管在第二傳送帶9和第二旋轉臺8的合力作用下，旋轉離開。

　　參照圖15，使用上述無縫鋼管質量檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：

　　1）利用上述無縫鋼管質量檢測裝置，分別采集一張不含鋼管的圖片作為背景圖，如圖5所示、采集一張待測鋼管的圖片作為待檢測圖像，如圖6所示；

　　2）采用背景差法，將步驟1）的兩幅圖做差，得到差值圖，如圖7所示；

　　3）采用大津法對步驟2）得到的差值圖做二值化處理，得到差值圖的二值圖，如圖8所示；

　　4）采用7×7結構對步驟3）得到的二值圖中值濾波，然后用canny算子進行邊緣檢測，得到邊緣圖，如圖9所示；

　　5）對步驟4）得到的邊緣圖做局部處理，找到直徑特征點對：以步驟4）中的邊緣圖中的非零點為中點，根據該中點坐標，取待測圖像的8領域，再分別以該8領域內的9個坐標為中點，分別求9個坐標的與其8領域內所有點的最大差值，得到9個差之后，比較這9個差值：如果最大差值成對出現，即為直徑特征對，將步驟4）邊緣圖中雙邊緣附近處非直徑特征對坐標置0得到邊緣圖中雙邊緣處僅含直徑特征對的邊緣圖，如圖10所示；

　　6）用最小二乘法將步驟5）中的直徑特征對擬合成兩條直線；

　　7）計算步驟6）得到的兩條直線間的距離的平均距離，即為待測鋼管的平均直徑；

　　8）計算步驟6）得到的兩條直線的中線；

　　9）保存中線左右64像素的圖像，作為檢測區域，如圖11所示；

　　10）采用大津法將步驟9）得到的檢測區域二值化，得到二值化圖；

　　11）通過坐標變換，將步驟10）得到的的二值化圖拓展到步驟1）中待檢測圖像的大小，如圖13所示，得到新的二值化圖，如圖12所示；

　　12）提取步驟11）得到的新二值化圖的8連通分量，并保存各連通分量圖片；

　　13）用預先訓練好的分類器，對步驟12）提取的連通分量圖片進行分類，判斷各連通分量屬于背景還是缺陷；

　　14）結合步驟7）得到的鋼管的平均直徑和步驟13）得到的分類信息，即可判斷鋼管的質量，判斷依據為：如果平均直徑尺寸不在合格范圍或者連通分量判斷為缺陷，則該鋼管檢測不合格，判斷結果顯示在顯示器10上。

　　如圖14所示，該圖片標準的直徑應該是400pixel，檢測直徑是399.4876pixel直徑在合格范圍±1%內，但是由于有5個缺陷如附圖圖14中的黑色框，所以判定該鋼管質量不合格，最后，在傳送帶和旋轉臺的持續作用下，可以通過工業相機6采集到鋼管表面全部圖片，將每張圖片重復步驟1）-步驟14），即可完成檢測，由顯示器10顯示結果。

　　步驟7）中所述的平均距離為：根據點到直線的距離公式，統計出其中一條直線上的全部點到另一條直線的全部距離，取這些距離的平均值即可。

　　步驟11）所述的坐標變換為：將步驟10）中的新二值化圖的各像素坐標加上步驟8）中的中線減去偏移值64個即可。

　　步驟13）中所述的分類器是通過svm訓練得到的，即依據步驟12）可以獲取多個連通分量圖片，通過人工選擇的方法將連通分量圖片分為缺陷和背景兩類，作為svm訓練的數據集，本例用于svm訓練的數據集有300張圖片，其中缺陷和背景各150張。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明公開了一種無縫鋼管質量檢測裝置及檢測方法，所述方法包括：1）采集圖片；2）獲取差值圖；3）得到差值圖的二值圖；4）得到邊緣圖；5）找到直徑特征點對；6）將步驟5）中的直徑特征對擬合成兩條直線；7）計算待測鋼管的平均直徑；8）計算步驟6）得到的兩條直線的中線；9）保存檢測區域圖像；10）得到檢測區域二值化圖；11）得到新的二值化圖；12）保存各連通分量圖片；13）判斷各連通分量屬于背景還是缺陷；14）得到結論。這種方法從一張待測圖片中，即可準確測量無縫鋼管直徑和表面缺陷信息，根據檢測結果即可判斷鋼管的質量。本發明還公開了一種無縫鋼管質量檢測裝置。

　　技術研發人員：朱勇建;王澤;朱立新;唐楚柳;彭柯

　　受保護的技術使用者：廣西師范大學

　　技術研發日：2018.07.24

　　技術公布日：2018.10.16