钢管表面缺陷检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及管材检测技术领域，特别是一种钢管表面缺陷检测装置及检测方法。

背景技术

钢管的表面质量是评价钢管等级的一项重要指标，钢管表面质量的好坏也将直接影响产品的质量和性能。

但是，企业在生产钢管的过程中，由于现场环境、设备等种种原因，钢管表面难以避免会出现划痕、辊印、裂纹、夹杂、锈斑、凹坑、麻面、擦伤等不同类型的缺陷。这些缺陷不仅影响产品的外观，而且会降低产品的性能。

目前，大部分钢管生产企业都是安排检验员在线检测钢管表面缺陷，一方面，人工检测效率较低，另一方面，人眼长时间工作容易疲劳，导致错、漏检率增大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种钢管表面缺陷检测装置及检测方法，它解决了目前人工检测钢管表面缺陷检测效率低，以及容易出现错漏检的问题。

本发明的技术方案是：钢管表面缺陷检测装置，包括钢管托辊机构、钢管、相机移动控制机构、相机、钢管夹紧转动机构及主控计算机；钢管托辊机构包括两条相互平行且水平布置的辊筒；钢管放置在钢管托辊机构的两条辊筒之间；相机移动控制机构设置在钢管托辊机构的正上方，并与相机连接，以驱动相机在两条辊筒中间的上方区域移动；钢管夹紧转动机构设置在钢管托辊机构的一端，并与钢管连接，以驱动钢管转动；主控计算机分别与相机、相机移动控制机构、钢管夹紧转动机构通信方式连接或电连接。

本发明进一步的技术方案是：钢管托辊机构还包括支承座、滑轨及电磁铁；辊筒两端通过轴承活动安装在支承座上；滑轨固定安装在地面上，并设在支承座下端，并与支承座滑配；电磁铁嵌入式安装在支承座底部，并正对滑轨，当电磁铁通电时，支承座与滑轨固定为一体，当电磁铁断电时，支承座可在滑轨内滑动。

本发明再进一步的技术方案是：钢管夹紧转动机构包括步进电机C、液压缸、导向套、轴向动杆、连杆、套管及夹紧组件；步进电机C固定安装在地面上，其机轴的中心线与钢管的中心线重合；液压缸的缸体与步进电机C的机轴固定连接，液压缸的活塞杆的中心线与钢管的中心线重合；导向套内部设有供轴向动杆插入的内孔，导向套外壁上呈环形均布焊接有多根导向杆；轴向动杆一端活动插装在导向套的内孔中，另一端与液压缸的活塞杆固定连接，其中心线与钢管的中心线重合，其转动时带动导向套同步转动；连杆一端铰接在轴向动杆的外壁上，另一端铰接在套管的外壁上；多根套管分别活动套装在导向套的每根导向杆上；夹紧组件包括橡胶垫座、橡胶垫及压力传感器；橡胶垫座焊固在套管远离导向套的一端；橡胶垫固定安装在橡胶垫座上；压力传感器嵌入式安装在橡胶垫内。

本发明更进一步的技术方案是：导向套的外壁上呈环形均布焊固有三根导向杆，相应的，套管的数量为三根。

本发明更进一步的技术方案是：相机移动控制机构包括平移组件和升降组件；平移组件包括丝杆A、螺母A和步进电机A；丝杆A两端通过轴承和轴承座活动安装在地面上，并呈水平布置；螺母A螺纹连接在丝杆A上；步进电机A直接或间接固定安装在地面上，并通过联轴器与丝杆A的一端连接；升降组件包括安装板、丝杆B、螺母B和步进电机B；安装板固定安装在螺母A上；丝杆B两端通过轴承和轴承座活动安装在安装板上；螺母B螺纹连接在丝杆B上；步进电机B固定安装在安装板上，并通过联轴器与丝杆B连接；相机固定安装在螺母B上。

本发明的技术方案是：钢管表面缺陷检测方法，应用于上述的钢管表面缺陷检测装置，步骤如下：

S01，预设项目：a、在主控计算机中存入标准照片样本，标准照片样本中不存在任何形式的表面缺陷；b设定待检测钢管与标准照片进行比对的相似程度百分比数值为X，设定X≥90%作为评判标准；c、设定相机与钢管表面的最短直线距离为L，预先测定不同的L数值所对应的检测精度，以及不同的L数值所对应的相机拍摄范围，然后在主控计算机中建立检测精度—距离L—相机拍摄范围—网格划分密度这四者的对应关系；

本步骤中，a、b、c分步骤不分先后次序；

S02，钢管分段：在主控计算机中输入待检测的钢管的长度和所需的检测精度；主控计算机依次进行以下控制：a、根据检测精度与距离L的对应关系，控制升降组件的步进电机B启动，驱动相机移动至对应的距离L位置；b、根据距离L与相机拍摄范围的对应关系，确定当前相机的最大拍摄范围；c、根据当前相机的最大拍摄范围将待检测的钢管轴向均分为n节段，并确保每个节段可被当前相机的最大拍摄范围完整覆盖；

S03，夹紧钢管：

a、将待检测的钢管放置在两条辊筒之间，使待检测的钢管被两条辊筒所支承，并确保夹紧组件位于钢管内孔中；

b、通过主控计算机控制液压缸的活塞杆伸出，带动轴向动杆沿导向套的内孔做直线移动，进而通过连杆带动套管沿导向杆做直线移动，使橡胶垫压紧在钢管内壁上，当压力传感器检测达到预设的压紧力时，液压缸停止动作，钢管被夹紧；

S04，获取钢管表面图像：

c、主控计算机控制平移组件的步进电机A启动，驱动相机移动至目标节段的中部上方；

d、主控计算机先启动相机对目标节段进行第一次拍照，然后控制步进电机C启动，驱动钢管顺时针转动90°，再启动相机对目标节段进行第二次拍照，接着控制步进电机C启动，驱动钢管顺时针转动90°，再启动相机对目标阶段进行第三次拍照，然后控制步进电机C启动，驱动钢管顺时针转动90°，再启动相机对目标节段进行第四次拍照，共获取目标节段的4张照片，4张图片均为弧面照片；

e、主控计算机将4张弧面照片展开为4张平面照片，再对4张平面照片进行合成，得到目标节段的外圆面的平面展开图；

g、重复c、d、e步骤，获取其它节段的外圆面的平面展开图；

S05，图像比对：

a、主控计算机对每个节段进行编号，再按照检测精度与网格划分密度之间的对应关系，对每个节段的平面展开图进行网格式划分；

b、将划分后的每一网格图像与标准照片样本进行比对，以X≥90%作为评判标准，并通过显示器显示网格缩略图；在网格缩略图中，未比对的网格显示灰色，满足评判标准的网格显示绿色，不满足评判标准的网格显示红色。

本发明进一步的技术方案是：S01步骤中，在待检测的钢管批次中，选择无表面缺陷的钢管进行拍照，得到标准照片样本，拍照时采用4000K色温的光源提供照明，用于拍照的钢管表面的光照强度为800～1000勒克斯。

本发明再进一步的技术方案是：S05步骤中，点击网格缩略图中的任意网格即弹出该网格的实拍图；

本发明更进一步的技术方案是：S05步骤中，3个及以上斜向相邻或直接相邻的网格均不满足评判标准时，则在网格缩略图中以高亮红色突出显示。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

其可代替人工进行钢管表面质量检测，适应不同管径、不同长度、不同检测精度要求的表面质量检测。相比人工检测，检测效率更高，错漏检率大大降低。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的A部放大图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为本发明中的各部件电连接关系示意图。

说明：图1中并未示出钢管夹紧转动机构。

具体实施方式

实施例1：

如图1-5所示，钢管表面缺陷检测装置，包括钢管托辊机构、钢管2、相机移动控制机构、相机4、钢管夹紧转动机构及主控计算机6。

钢管托辊机构包括辊筒11、支承座12、滑轨13及电磁铁14。辊筒11的数量为两条，两条辊筒11相互平行且水平布置，辊筒11两端通过轴承活动安装在支承座12上。滑轨13固定安装在地面上，并设在支承座12下端，并与支承座12滑配。电磁铁14嵌入式安装在支承座12底部，并正对滑轨13，当电磁铁14通电时，支承座12与滑轨13固定为一体，当电磁铁14断电时，支承座12可在滑轨13内滑动。在钢管托辊机构中，通过调节支承座12在滑轨13内的位置，即可调节两条辊筒11之间的间距，以满足不同管径的钢管的放置要求。

钢管2放置在钢管托辊机构的两条辊筒11之间。

相机移动控制机构设置在钢管托辊机构的正上方，并与相机4连接，以驱动相机在两条辊筒中间的上方区域移动。相机移动控制机构包括平移组件和升降组件。平移组件包括丝杆A31、螺母A32和步进电机A33。丝杆A31两端通过轴承和轴承座活动安装在地面上，并呈水平布置。螺母A32螺纹连接在丝杆A31上。步进电机A33直接或间接固定安装在地面上，并通过联轴器与丝杆A31的一端连接，步进电机A33的机轴转动带动丝杆A31转动，进而带动螺母A32在丝杆A31上移动。升降组件包括安装板34、丝杆B35、螺母B36和步进电机B37。安装板34固定安装在螺母A32上。丝杆B35两端通过轴承和轴承座活动安装在安装板34上。螺母B36螺纹连接在丝杆B35上。步进电机B37固定安装在安装板34上，并通过联轴器与丝杆B35连接，步进电机B37的机轴转动带动丝杆B35转动，进而带动螺母B36在丝杆B35上移动。

相机4固定安装在螺母B36上。

钢管夹紧转动机构设置在钢管托辊机构的一端，并与钢管2连接，以驱动钢管2转动。钢管夹紧转动机构包括步进电机C51、液压缸52、导向套53、轴向动杆54、连杆55、套管56及夹紧组件。步进电机C51固定安装在地面上，其机轴的中心线与钢管2的中心线重合。液压缸52的缸体与步进电机C51的机轴固定连接，液压缸52的活塞杆的中心线与钢管2的中心线重合。导向套53内部设有供轴向动杆54插入的内孔531，导向套53外壁上呈环形均布焊接有多根导向杆532。轴向动杆54一端活动插装在导向套53的内孔531中，另一端与液压缸52的活塞杆固定连接，其中心线与钢管2的中心线重合。连杆55一端铰接在轴向动杆54的外壁上，另一端铰接在套管56的外壁上。多根套管56分别活动套装在导向套53的每根导向杆532上。夹紧组件包括橡胶垫座57、橡胶垫58及压力传感器59。橡胶垫座57焊固在套管56的一端，并位于套管56远离导向套53的一端上。橡胶垫58固定安装在橡胶垫座57上。压力传感器59嵌入式安装在橡胶垫58内。钢管夹紧转动机构中，连杆55、套管56和夹紧组件均伸入到钢管2的内孔中，需要夹紧钢管时，液压缸52的活塞杆伸出，驱动套管56沿着导向杆532向远离导向套53的方向移动，直至橡胶垫58挤压在钢管2内壁上，压紧力则通过压力传感器59检测。

主控计算机6分别与相机4、步进电机A33、步进电机B37、步进电机C51、液压缸52通信方式连接或电连接。

优选，导向套53的外壁上呈环形均布焊固有三根导向杆532，相应的，套管56的数量为三根。

优选，导向套53内孔中设有轴向延伸的导向条531，轴向动杆53上设有轴向延伸的导向槽，导向槽与导向条531相配合，即实现轴向动杆53转动时带动导向套53同步转动。

优选，轴向动杆54通过轴承和轴承座可转动的安装在地面上。

简述本发明的工作原理：

钢管表面缺陷检测装置用于钢管表面缺陷检测，步骤如下：

S01，预设项目：a、在主控计算机6中存入标准照片样本，标准照片样本中不存在任何形式的表面缺陷；b设定待检测钢管与标准照片进行比对的相似程度百分比数值为X，设定X≥90%作为评判标准；c、设定相机与钢管表面的最短直线距离为L，预先测定不同的L数值所对应的检测精度，以及不同的L数值所对应的相机拍摄范围，然后在主控计算机6中建立检测精度—距离L—相机拍摄范围—网格划分密度这四者的对应关系。

本步骤中，在待检测的钢管批次中，选择无表面缺陷的钢管进行拍照，得到标准照片样本，拍照时采用4000K色温的光源提供照明，用于拍照的钢管表面的光照强度为800～1000勒克斯。

本步骤中，a、b、c分步骤不分先后次序。

S02，钢管分段：在主控计算机6中输入待检测的钢管的长度和所需的检测精度；主控计算机6依次进行以下控制：a、根据检测精度与距离L的对应关系，控制升降组件的步进电机B37启动，驱动相机移动至对应的距离L位置；b、根据距离L与相机拍摄范围的对应关系，确定当前相机的最大拍摄范围；c、根据当前相机的最大拍摄范围将待检测的钢管轴向均分为n节段，并确保每个节段可被当前相机的最大拍摄范围完整覆盖。

S03，夹紧钢管：

a、将待检测的钢管放置在两条辊筒之间，使待检测的钢管被两条辊筒所支承，并确保夹紧组件位于钢管内孔中；

b、通过主控计算机6控制液压缸52的活塞杆伸出，带动轴向动杆54沿导向套53的内孔531做直线移动，进而通过连杆55带动套管56沿导向杆532做直线移动，使橡胶垫58压紧在钢管2内壁上，当压力传感器59检测达到预设的压紧力时，液压缸52停止动作，钢管2被夹紧。

S04，获取钢管表面图像：

c、主控计算机6控制平移组件的步进电机A33启动，驱动相机移动至目标节段的中部上方；

d、主控计算机6先启动相机对目标节段进行第一次拍照，然后控制步进电机C启动，驱动钢管顺时针转动90°，再启动相机对目标节段进行第二次拍照，接着控制步进电机C51启动，驱动钢管2顺时针转动90°，再启动相机4对目标阶段进行第三次拍照，然后控制步进电机C51启动，驱动钢管2顺时针转动90°，再启动相机4对目标节段进行第四次拍照，共获取目标节段的4张照片，4张图片均为弧面照片；

e、主控计算机6将4张弧面照片展开为4张平面照片，再对4张平面照片进行合成，得到目标节段的外圆面的平面展开图；

g、重复c、d、e步骤，获取其它节段的外圆面的平面展开图。

S05，图像比对：

a、主控计算机6对每个节段进行编号，再按照检测精度与网格划分密度之间的对应关系，对每个节段的平面展开图进行网格式划分；

b、将划分后的每一网格图像与标准照片样本进行比对，以X≥90%作为评判标准，并通过显示器显示网格缩略图；在网格缩略图中，未比对的网格显示灰色，对比后满足评判标准的网格显示绿色，对比后不满足评判标准的网格显示红色。

本步骤中，点击网格缩略图中的任意网格即弹出该网格的实拍图，便于工作人员复核/复查。

本步骤中，3个及以上斜向相邻或直接相邻的网格均不满足评判标准时，则在网格缩略图中以高亮红色突出显示，以提醒工作人员特别关注。