针对高速螺纹钢表面缺陷检测技术难题的研究报告

网友投稿 274 2024-02-28


摘 要:针对高速螺纹钢表面缺陷检测技术难题,对螺纹钢表面尺寸的视觉检测方法进行研究。针对螺纹钢外形结构尺寸复杂的特点,通过对螺纹钢的侧面图像进行分析,获得其边缘图像后,提出了基于投影重心的亚像素边界定位方法,获得螺纹钢横肋高及内径的尺寸。通过分析螺纹钢的正面图像,获得其边缘图像后进行垂直投影,求出螺纹钢纵肋高度;在此基础上,通过对重心遍历,结合轮廓跟踪处理,计算出横肋与轴线夹角;结合与夹角的几何关系,计算得出螺纹钢横肋间距、横肋顶宽的尺寸。获取的螺纹钢表面结构尺寸为其缺陷检测奠定了基础。

针对高速螺纹钢表面缺陷检测技术难题的研究报告

螺纹钢作为现代化生产中重要的工业材料,在建筑、机械、交通、运输等行业都有着广泛的应用。其表面横肋、纵肋的相关尺寸如果不能达到国家标准的要求,将被视为尺寸缺陷,其产品肯定就是不合格的。随着市场对螺纹钢表面的质量要求越来越高,传统的人工离线测量的方法已经不能够满足现代化生产线的要求,因此,各种非接触的、无损伤的检测方法得到了越来越多的开发和利用[1]。目前,广泛使用的表面缺陷检测技术有涡流、 超声波、漏磁和磁粉等检测方法[2]。这些检测方法在螺纹钢表面的尺寸缺陷检测方面有很大的局限性,其存在检测精度不足,直观性差等缺点。因此,为了提高检测精度,满足不同尺寸的螺纹钢的要求,螺纹钢表面尺寸缺陷检测应用更加精确、智能机器视觉表面检测系统[3,4]。

根据螺纹钢尺寸国家标准的要求(GB 1499.2-2007),需要对螺纹钢横肋高及内径、纵肋高度、横肋与轴线夹角、横肋间距和横肋顶宽6个尺寸参数进行计算。

为了获得横肋、纵肋全部的尺寸信息,在螺纹钢成像时需要分别获得螺纹钢侧面和正面的图像,且获取的图像范围宽于螺纹钢直径。 要计算螺纹钢表面尺寸,检测螺纹钢表面尺寸缺陷,首先要把螺纹钢从背景中分割出来[5],然后在螺纹钢范围内对表面尺寸进行计算求出。螺纹钢外形结构复杂,需要测量的参数较多,其主要的外形尺寸有9个(如图1所示),包括螺纹钢横肋高度、螺纹钢内径、纵肋高度、横肋与轴线夹角、横肋间距、横肋顶宽、纵肋顶宽、纵肋斜角和横肋斜角。为了便于计算各参数,需要对螺纹钢的侧面和正面图像进行联合处理[6,7]。

图1 螺纹钢的部分外形尺寸

基于以上情形,对复杂光照条件下螺纹钢缺陷图像的检测方法进行研究。在获得螺纹钢侧面、正面图像后,先对螺纹钢侧面图像进行处理,计算出螺纹钢横肋高及内径的值;再对螺纹钢正面图像进行处理,得出螺纹钢纵肋高度、横肋与轴线夹角、横肋间距、横肋顶宽的值;从而为螺纹钢表面尺寸缺陷的机器视觉检测奠定了基础。

1 螺纹钢侧面图像处理

图2 螺纹钢部分侧面处理图像

从侧面图像2(a)中可以看出,由于其横肋的均匀分布,二值化后的图像边缘呈现细小的锯齿状(如图2(b)所示)。锯齿顶部由横肋顶部构成,而锯齿底部为螺纹钢的内径边缘。因此,要求横肋的高和螺纹钢的内径,首先要精确定位锯齿状的边缘。由于涉及到定位问题,在求取边缘时精确性就很重要,因此,在二值化之前,首先对原始图像进行中值滤波,剔除边界噪声,再使用OTSU进行分割。边缘的获取选择了效果较好的Sobel算子,但是Sobel算子形成的边缘较粗,定位性不好,还需要对其进行细化(如图2(c)所示),以更能反映边缘位置信息。图2(d)是细化后的边缘定位情况,可以看出其能比较准确的反映边缘横肋的分布情况。

螺纹钢的边缘图像获得以后,下一步就是进行肋高和内径计算。一般说来,内径就是两条细化边缘的内侧最近距离,而横肋高就是边缘的横向宽度。但是,由于数字图像离散化后的精度缺失以及噪声的影响,其边缘锯齿并不是等高的,如果直接遍历横向宽度容易形成误差。鉴于此,本文提出了基于投影重心的亚像素边界定位方法。

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