基于CCD激光測(cè)微傳感器的螺旋焊管周長(zhǎng)在線檢測(cè)技術(shù)

肖偉國(guó)，袁鵬哲，余 簫，張啟元，王祥海，張烈山,

(1.浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，浙江杭州 310000；2.山東一唯自動(dòng)化有限公司，山東棗莊 277100)

0 引言

螺旋焊管是油氣運(yùn)輸中的主要用管，在其生產(chǎn)加工過(guò)程中要隨時(shí)對(duì)其截面直徑或周長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)和分析，以即時(shí)調(diào)整管徑生產(chǎn)工藝，保證擴(kuò)徑管道的尺寸和圓度符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。目前大尺寸管道直徑(周長(zhǎng))測(cè)量方式主要分為2種，接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量[3]。接觸測(cè)量是傳統(tǒng)的管徑測(cè)量方式，多為人工直接測(cè)量，采用千分尺、卷尺和π尺等對(duì)螺旋焊管進(jìn)行接觸式測(cè)量，效率低，精度無(wú)法保證，不能滿足自動(dòng)化產(chǎn)線的需求[4]。非接觸測(cè)量多利用光電技術(shù)，通過(guò)激光掃描、計(jì)算機(jī)分析準(zhǔn)確計(jì)算出鋼管直徑等參數(shù)，成為了行業(yè)內(nèi)的研究熱點(diǎn)。

常用的非接觸測(cè)量方法有激光掃描法、機(jī)器視覺(jué)法、激光測(cè)距法。激光掃描法通過(guò)發(fā)射一組平行光動(dòng)態(tài)掃描被測(cè)鋼管，根據(jù)被遮擋的時(shí)間計(jì)算出鋼管直徑，是最常用的非接觸式測(cè)徑方法，已有公司基于此方法推出了管徑檢測(cè)設(shè)備，如德國(guó)的LAP公司的RDMS激光測(cè)徑儀、基恩士公司的LS-7000，康志遠(yuǎn)、付波等[5-6]自制的激光掃描測(cè)徑儀，此類設(shè)備能精確測(cè)量鋼管直徑，但是測(cè)量范圍有限，不能直接應(yīng)用于大直徑鋼管的測(cè)量中。機(jī)器視覺(jué)法利用 CCD 攝像機(jī)對(duì)被測(cè)鋼管進(jìn)行攝像，將拍攝的數(shù)字化圖像上傳至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行一定的數(shù)學(xué)分析計(jì)算出鋼管端面的幾何參數(shù)，精度較高。肖鵬等利用CCD相機(jī)對(duì)大直徑管狀物的直徑進(jìn)行測(cè)量,但是該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低，同樣不能適應(yīng)大尺寸螺旋管徑的在線測(cè)量[7-9]。激光測(cè)距法利用激光距離傳感器獲取鋼管的外表面數(shù)據(jù)，通過(guò)適當(dāng)?shù)乃惴ü烙?jì)出鋼管的直徑，黃雄飛等[10-11]采用激光測(cè)距法實(shí)現(xiàn)了圓柱工件的精確測(cè)量，但是測(cè)量裝置標(biāo)定困難，同時(shí)在測(cè)量過(guò)程中，鋼管轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有一定的振動(dòng)，會(huì)影響系統(tǒng)的測(cè)量精度，不能應(yīng)用于自動(dòng)化測(cè)量[12]。

目前，針對(duì)管道直徑、周長(zhǎng)測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)主要針對(duì)小口徑鋼管，在生產(chǎn)過(guò)程中在線檢測(cè)大直徑鋼管尺寸成為行業(yè)中急需解決的難題。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出了基于CCD測(cè)微傳感器的螺旋焊管周長(zhǎng)在線檢測(cè)方法。利用CCD測(cè)微傳感器對(duì)鋼管數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)最小二乘橢圓算法實(shí)現(xiàn)管道截面圓的快速擬合，從而計(jì)算出螺旋焊管的精確周長(zhǎng)及其他參數(shù)。

1 檢測(cè)系統(tǒng)原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

基于CCD激光測(cè)微傳感器螺旋焊管在線檢測(cè)系統(tǒng)主要由測(cè)量架和控制柜構(gòu)成，如圖1所示。該系統(tǒng)被安裝在成型機(jī)的下一個(gè)工位，能夠完全無(wú)縫融入整個(gè)螺旋焊管產(chǎn)線中，對(duì)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)不會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。其中測(cè)量架是該系統(tǒng)的核心部分，它集成了CCD測(cè)微傳感器、伺服系統(tǒng)等?？刂乒窦闪松衔粰C(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、電源等模塊。系統(tǒng)工作時(shí)，待測(cè)的螺旋焊管沿軸向通過(guò)測(cè)量架，上位機(jī)控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整測(cè)量架至測(cè)量位置，之后CCD測(cè)微傳感器采集此時(shí)鋼管截面的2個(gè)正交外徑數(shù)據(jù)并傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)經(jīng)過(guò)處理計(jì)算出實(shí)時(shí)周長(zhǎng)并顯示。

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)效果圖

測(cè)量架的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，它主要由CCD激光測(cè)微傳感器、底座、內(nèi)測(cè)量架、伺服電機(jī)、滑軌等組成，其整體呈龍門結(jié)構(gòu)。它被安裝在螺旋焊管軸向運(yùn)動(dòng)的垂直面上，安裝位置在成型工位之后。測(cè)量架上固定安裝4組CCD激光測(cè)微傳感器，上下左右各2組，可通過(guò)測(cè)量架上的安裝孔位調(diào)整位置，以適應(yīng)不同尺寸的測(cè)量需求。測(cè)量架整體固定在伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上，整體可隨著螺旋焊管水平和豎直方向移動(dòng)，消除因螺旋焊管在成型和軸向運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的晃動(dòng)而導(dǎo)致超出測(cè)微傳感器測(cè)量位置而引起的誤差。

圖2 測(cè)量架結(jié)構(gòu)示意圖

此外，為了精確測(cè)定螺旋焊管的水平前進(jìn)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的速度，在管道下方安裝了管道行進(jìn)速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)，如圖3所示。該機(jī)構(gòu)通過(guò)一個(gè)與角度編碼器耦合的滾輪與被測(cè)管道相接觸，滾輪與管道的接觸方向可由伺服電機(jī)調(diào)整，以適應(yīng)不同口徑的管道。該機(jī)構(gòu)可以計(jì)算出螺旋角方向管道的行進(jìn)速度，由該速度根據(jù)螺旋角可以分解為水平運(yùn)動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)速度2個(gè)分量。

圖3 螺旋焊管行進(jìn)速度檢測(cè)機(jī)構(gòu)

1.2 管道外徑測(cè)量原理

本文采用CCD激光測(cè)微傳感器實(shí)現(xiàn)管道外徑的測(cè)量。該傳感器由發(fā)射探頭和接收器組成，發(fā)射器與接收器安裝在同一平面上。發(fā)射探頭發(fā)出一組平行激光束，當(dāng)待測(cè)的螺旋焊管運(yùn)動(dòng)至發(fā)射器和接收器之間時(shí)，會(huì)有部分激光被螺旋焊管阻擋，而未被阻擋的激光最后被接收器接收。接收器利用線陣CCD作為敏感元件，接收光照的部分會(huì)引起CCD上的像素產(chǎn)生電荷變化，在信號(hào)處理電路的作用下，計(jì)算出線陣CCD未感光的像素長(zhǎng)度，從而得出鋼管被遮擋部分的長(zhǎng)度。

CCD測(cè)微傳感器最大的測(cè)量范圍一般為0～28 mm，不能直接用于測(cè)量大尺寸螺旋焊管。本文采用相對(duì)測(cè)量方法，采用2組CCD測(cè)微傳感器對(duì)管道外徑的小數(shù)部分進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合已標(biāo)定的大數(shù)部分即可計(jì)算出被測(cè)管道的外徑，其測(cè)量原理如圖4所示。

圖4 管道外徑測(cè)量原理示意圖

圖4中，H為CCD測(cè)微傳感器之間的安裝距離，d1、d2為接收器未被遮擋的光束寬度，所以被測(cè)螺旋焊管截面外徑D為

D=H-d1-d2

(1)

式中H可通過(guò)標(biāo)定獲得。

1.3 管道周長(zhǎng)測(cè)量原理

限于螺旋焊管的生產(chǎn)工藝，一般螺旋焊管的截面更接近橢圓，CCD測(cè)微傳感器測(cè)量得到的截面外徑D不能準(zhǔn)確反映螺旋焊管的截面形態(tài)。根據(jù)螺旋焊管的工藝特點(diǎn)，本文假設(shè)在管道生產(chǎn)過(guò)程中旋焊π/2的范圍內(nèi)其截面周長(zhǎng)不會(huì)發(fā)生變化。為保證測(cè)量系統(tǒng)精度，且能實(shí)時(shí)反映管徑(周長(zhǎng))的變化，本文采用多截面取值，擬合成橢圓，求出管道截面的周長(zhǎng)。

螺旋焊管周長(zhǎng)測(cè)量原理如圖5所示，圖5中點(diǎn)α、點(diǎn)β為檢測(cè)系統(tǒng)在截面F上測(cè)得水平方向直徑端點(diǎn)；點(diǎn)u、點(diǎn)v為檢測(cè)系統(tǒng)在截面F上測(cè)得的豎直方向直徑端點(diǎn)。

圖5 周長(zhǎng)測(cè)量原理示意圖

螺旋焊管在成型的過(guò)程中由于卷板機(jī)的拖動(dòng)會(huì)以一定的速度沿軸線方向移動(dòng)，同時(shí)沿鋼管圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量架整體固定在鋼管軸線的垂直面上，設(shè)定CCD測(cè)微傳感器以一定的采樣頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，就能夠采集截面F1、F2、…、Fn上的多組直徑端點(diǎn)：α1、β1、u1、v1；α2、β2、u2、v2；…；αn、βn、un、vn。這些點(diǎn)在螺旋鋼管上沿著一條螺旋線分布。當(dāng)螺旋焊管旋轉(zhuǎn)了π/2后，在軟件算法中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度和每個(gè)截面2條直徑的長(zhǎng)度構(gòu)造出二維坐標(biāo)點(diǎn)，即將這些不同截面的直徑端點(diǎn)全部投影到XOY平面內(nèi)，此時(shí)這些截面端點(diǎn)恰能覆蓋一整個(gè)圓周。最后通過(guò)最小二乘橢圓算法進(jìn)行擬合，可以計(jì)算出截面的周長(zhǎng)，實(shí)際計(jì)算所得的周長(zhǎng)即為一段鋼管的平均圓周周長(zhǎng)。以該值作為中間截面(即鋼管旋轉(zhuǎn)π/4時(shí)的被測(cè)截面)周長(zhǎng)的估計(jì)值。

為了實(shí)現(xiàn)截面周長(zhǎng)的實(shí)時(shí)輸出，本文采用預(yù)采π/2截面端點(diǎn)的方法，先擬合出初始的截面圓，然后每采集一個(gè)截面的端點(diǎn)便更新一次數(shù)據(jù)，以此匹配螺旋焊管的工藝過(guò)程。由于螺旋鋼管的尺寸一般由卷板機(jī)的卷折角度決定，該角度不會(huì)發(fā)生突變，所以在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)螺旋鋼管的外徑(或者周長(zhǎng))不會(huì)出現(xiàn)突變。因此，上述測(cè)量原理可以滿足對(duì)鋼管外徑(或者周長(zhǎng))狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

2 檢測(cè)算法

螺旋焊管周長(zhǎng)檢測(cè)算法流程如圖6所示，系統(tǒng)檢測(cè)到測(cè)量開(kāi)始信號(hào)后，先初始化傳感器存儲(chǔ)數(shù)組，每隔設(shè)定的時(shí)間間隔讀取1次CCD測(cè)微傳感器和螺旋管道轉(zhuǎn)速編碼器的測(cè)量值，當(dāng)螺旋焊管旋轉(zhuǎn)達(dá)到π/2則完成了傳感器數(shù)組的初始化；完成初始化后，開(kāi)始不斷讀取、更新傳感器數(shù)值；根據(jù)測(cè)速機(jī)構(gòu)測(cè)得的旋轉(zhuǎn)角度值和每個(gè)截面2條正交外徑的值構(gòu)造截面端點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)組；利用最小二乘橢圓擬合算法對(duì)坐標(biāo)數(shù)組進(jìn)行處理，得到截面橢圓的長(zhǎng)短軸；根據(jù)橢圓周長(zhǎng)計(jì)算方法，計(jì)算并顯示橢圓周長(zhǎng)；完成一次計(jì)算后，軟件檢測(cè)是否有結(jié)束測(cè)量指令，若沒(méi)有則根據(jù)設(shè)定的測(cè)量頻率等待一定的時(shí)間，繼續(xù)下一次的測(cè)量過(guò)程。每次讀取CCD測(cè)微傳感器數(shù)值前需要判斷測(cè)量架是否位于合適的位置，即判斷CCD接收器是否存在完全被遮擋或完全未被遮擋的情況。如測(cè)量架位置不合適，則需根據(jù)CCD傳感器讀數(shù)，判斷需要調(diào)整方向，并計(jì)算出伺服驅(qū)動(dòng)器的調(diào)整脈沖數(shù)。

圖6 周長(zhǎng)檢測(cè)算法流程圖

2.1 截面端點(diǎn)坐標(biāo)構(gòu)建

為對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘橢圓擬合算法，需要先將CCD激光測(cè)微傳感器采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)。螺旋焊管以角速度ω繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，CCD激光測(cè)微傳感器以一定的采樣頻率對(duì)鋼管截面的2條正交直徑數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，當(dāng)螺旋焊管轉(zhuǎn)動(dòng)θ角度時(shí)，α、β、u、v是CCD激光傳感器采集到的正交直徑與截面的交點(diǎn)，其中α、β和u、v的長(zhǎng)度是分別時(shí)D1和D2，D1、D2可表示為角度θ的函數(shù)，分別為D1(θ)、D2(θ)。則α、β、u、v的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)為

(2)

以螺旋焊管的轉(zhuǎn)動(dòng)中心O建立直角坐標(biāo)系XOY，將α、β、u、v的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直角坐標(biāo)為

(3)

2.2 最小二乘橢圓擬合

最小二乘法橢圓擬合是較常用的橢圓擬合方法[13]，利用最小二乘對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行橢圓擬合，橢圓方程的一般形式為

Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0

(4)

根據(jù)最小二乘原理，設(shè)采集的N組坐標(biāo)數(shù)據(jù)的殘余誤差平方和為F(A,B,C,D,E)，即有目標(biāo)函數(shù)：

(5)

為求得方程的最優(yōu)解，根據(jù)極值原理，應(yīng)使目標(biāo)函數(shù)各偏導(dǎo)數(shù)為0，即：

(6)

由此可以得方程：

(7)

利用高斯消元法求解該線性方程組，可求得各參數(shù)解。橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為

(8)

式中a、b為橢圓長(zhǎng)軸、短軸。

a、b可由一般方程參數(shù)A、B、C、D、E計(jì)算得到：

(9)

根據(jù)a、b的值可以精確計(jì)算橢圓的周長(zhǎng)。

2.3 周長(zhǎng)計(jì)算

一般用定積分計(jì)算橢圓周長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生橢圓積分，橢圓積分不能由初等函數(shù)表示，因此橢圓周長(zhǎng)沒(méi)有解析形式的計(jì)算公式。本文利用查表法計(jì)算橢圓周長(zhǎng)[14]，橢圓的橢圓離心率e為

e=a/b

(10)

利用查表法計(jì)算周長(zhǎng)時(shí)將離心率一百等分，將對(duì)應(yīng)的橢圓系數(shù)T存入上位機(jī)，將最小二乘橢圓擬合計(jì)算出離心率e，則橢圓周長(zhǎng)L為

L=T(a+b)

(11)

3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

為驗(yàn)證設(shè)計(jì)研究的螺旋焊管周長(zhǎng)在線檢測(cè)系統(tǒng)的可行性，本文搭建了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。螺旋焊管在線檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖7所示。其中測(cè)量架的尺寸及CCD傳感器安裝孔的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能夠適配管徑500～1 500 mm的管道測(cè)量要求。

圖7 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖

CCD激光測(cè)微傳感器選用基恩士IG-028，檢測(cè)寬度28 mm，在安裝距離1 500 mm條件下該傳感器的綜合測(cè)量精度為0.15 mm。CCD測(cè)微傳感器配備專用信號(hào)放大模塊IG-1050和數(shù)據(jù)通訊模塊DL-RS1A，上位機(jī)之間使用RS232串口進(jìn)行通信。采用多軸運(yùn)動(dòng)卡控制伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量架2個(gè)方向的位置調(diào)整。為了模擬實(shí)際螺旋焊管加工過(guò)程，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備了變頻電機(jī)和變頻器，驅(qū)動(dòng)螺旋焊管實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)。變頻器采用RS485串口與上位機(jī)連接，通信協(xié)議采用Modbus RTU協(xié)議，整體的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖8所示。

圖8 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

上位機(jī)軟件采用VB.NET進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用了模塊化設(shè)計(jì)思路，主要包括人機(jī)接口界面、數(shù)據(jù)通訊模塊、伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示模塊。實(shí)現(xiàn)了參數(shù)設(shè)置、過(guò)程監(jiān)控、異常判斷、算法處理以及結(jié)果顯示和保存。能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)及自動(dòng)測(cè)量，可將結(jié)果與MES數(shù)據(jù)系統(tǒng)同步。上位機(jī)軟件界面如圖9所示。

圖9 上位機(jī)測(cè)量軟件界面

4 實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)前需利用標(biāo)準(zhǔn)圓盤對(duì)CCD測(cè)微傳感器的安裝距離進(jìn)行標(biāo)定。圖10為實(shí)際標(biāo)定過(guò)程圖。圖中的圓盤共有3條直徑經(jīng)過(guò)計(jì)量檢定部門檢定。

圖10 CCD測(cè)微傳感器安裝距離標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

為了檢驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的可行性和準(zhǔn)確性，對(duì)螺旋焊管進(jìn)行了周長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。設(shè)定管道轉(zhuǎn)速為1.6 r/min，軸向運(yùn)動(dòng)速度為1 m/min。測(cè)量數(shù)據(jù)刷新速率為0.1 s/次，將周長(zhǎng)約為2 245 mm的樣管在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行連續(xù)在線測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。從圖11可以看出，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期，當(dāng)螺旋焊管轉(zhuǎn)動(dòng)超過(guò)π/2時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始擬合計(jì)算，顯示周長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果。

圖11 螺旋焊管周長(zhǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了研究測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性，在相同環(huán)境條件下對(duì)某鋼管樣品的同一截面進(jìn)行了100次測(cè)量，其周長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果如圖12所示。測(cè)量結(jié)果的極差小于0.2 mm，測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)差為0.06 mm。可見(jiàn)本文所提出的測(cè)量方法和系統(tǒng)具有很好的測(cè)量可重復(fù)性。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)同一螺旋焊管多次測(cè)量得到周長(zhǎng)數(shù)據(jù)的波動(dòng)主要由傳感器的漂移引起。

圖12 系統(tǒng)重復(fù)性測(cè)試圖

為了驗(yàn)證本文所述方法和系統(tǒng)對(duì)螺旋管道截面周長(zhǎng)測(cè)量的準(zhǔn)確性，分別利用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和π尺對(duì)相同管道截面的周長(zhǎng)進(jìn)行了測(cè)量比對(duì)實(shí)驗(yàn)。本文測(cè)量方法采用鋼管旋轉(zhuǎn)π/2所行進(jìn)的這段管道多截面端點(diǎn)投影擬合橢圓實(shí)現(xiàn)截面周長(zhǎng)的計(jì)算，并認(rèn)為該周長(zhǎng)為該段管道中心截面的周長(zhǎng)。

實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)管道旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)的速度設(shè)置，可以推算出任意時(shí)刻周長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果所屬的截面。圖13為本文所述方法與π尺截面周長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果的比對(duì)，以被測(cè)管道中心軸為橫坐標(biāo)軸，前進(jìn)方向端面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。由圖13可知，本文所述方法與π尺對(duì)截面周長(zhǎng)的測(cè)量結(jié)果能夠基本吻合，兩者的最大偏差小于±0.8 mm。驗(yàn)證了本文所述方法與系統(tǒng)對(duì)管道截面周長(zhǎng)測(cè)量準(zhǔn)確性。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)大尺寸螺旋焊管截面周長(zhǎng)在線監(jiān)測(cè)問(wèn)題，提出了一種基于CCD激光測(cè)微傳感器的在線檢測(cè)技術(shù)方案。該方案利用CCD測(cè)微傳感器對(duì)管道多個(gè)截面外徑進(jìn)行檢測(cè)、結(jié)合管道旋轉(zhuǎn)角度構(gòu)造截面端點(diǎn)坐標(biāo)，利用最小二乘橢圓算法擬合截面橢圓，得到其長(zhǎng)短軸，計(jì)算出管道截面周長(zhǎng)。利用實(shí)驗(yàn)證明了文中技術(shù)方案的有效性和可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于0.2 mm，以π尺測(cè)量結(jié)果為比對(duì)依據(jù)，所述系統(tǒng)的測(cè)量偏差優(yōu)于±0.8 mm。同時(shí)，文中技術(shù)方案還具有以下特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，檢測(cè)算法具有較好的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)刷新速率為0.1 s/次，能反映加工過(guò)程中螺旋焊管周長(zhǎng)的變化；測(cè)量范圍大，以實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為例，利用相對(duì)測(cè)量法能實(shí)現(xiàn)直徑500～1 500 mm范圍內(nèi)的大尺寸螺旋焊管的檢測(cè)。