Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный аэрокосмический университет

УСТАНОВКА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ГРУППОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРУБ

С.А. Борминский

И.Ю. Жиганов

На труборемонтных предприятиях возникает задача измерения геометрических параметров труб, таких как длина, диаметр и кривизна. Для решения поставленной задачи применяется оптический метод измерения, основным преимуществом которого является одновременное получение вышеперечисленных характеристик, а также быстродействие системы. Дополнительным преимуществом оптической системы также являются записываемые в базу данных фотографии замеров, что уменьшает вероятность умышленного действия персонала по искажению результата.

Установка предназначена для группового измерения нескольких труб, раскатанных в один слой по измерительному столу, при этом результатом измерения является значение длины, диаметра и кривизны для каждой трубы в отдельности. Установка протоколирует все полученные данные в базе данных. Структурная схема установки показана на рис. 1.

Над измерительным столом расположена фотокамера высокого разрешения со сверхширокоугольным объективом. Для работы в темное время суток сверху устанавливаются дополнительные источники освещения. Чтобы получить высокую точность и надежность измерения, потребовалось решить две основные задачи: распознавание труб по фотографии и математическая обработка. геометрический труба цифровой фотокамера

Распознавание труб на грязном фоне является сложнейшей задачей. Для обеспечения надёжного распознавания необходим контраст между фоном и трубами. Практика применения оптических систем показала, что обеспечить чистоту на большой площади стола затруднительно, поэтому авторы применили алгоритмы, начинающие распознавание с узкой контрастной черной полосы (см. рис. 2). Черная полоса представляет собой узкую стальную полосу, покрашенную черной краской, которая приваривается к конструкции стола. Содержание в чистоте полосы не представляет сложностей.

Алгоритм распознавания работает в два этапа. В ходе первого этапа программа анализирует сечение по черной полосе, что позволяет определить количество труб и их диаметр. Второй этап заключается в сканировании каждой трубы от черной полосы вправо и влево, в ходе чего определяются координаты концов трубы. Сканирование производится методом корреляции срезов с дополнительным анализом шумов. Анализ шумов необходим для устойчивой работы на грязных и ржавых трубах.

Рис. 1. Структурная схема установки

Математическая обработка результатов необходима для уменьшения влияния искажений (дисторсии) объектива и перспективных искажений, связанных с неточностью расположения камеры и неровностями стола.

Для устранения дисторсии используется формула:

где x, y - координаты объекта в пикселях на фотографии; xcor, ycor - координаты в пикселях после коррекции; a, b, c - коэффициенты дисторсии.

Коэффициенты дисторсии оптической системы определяются опытным путем для каждого конкретного объектива камеры и вносятся как константы в программу.

Рис. 2. Модель изображения, получаемая фотокамерой: A, B, C, D - реперные прямоугольники, П - контрастная черная полоса, Ш - стол из швеллеров

Для устранения перспективных искажений, а также автокалибровки в конструкцию стола внесены четыре реперных прямоугольника, расположенные на известных расстояниях AB, BC, CD, AD. На практике расстояния между реперами определяются после монтажа с помощью лазерной рулетки.

Программное обеспечение автоматически распознает реперы и выделяет их дальние от центра края (координаты в плоскости фотокадра Ax, Ay, Bx, By, Cx, Cy, Dx, Dy).

Решением нелинейной системы из восьми уравнений определяется расположение плоскости стола Px, Py, Pz относительно фотокамеры и фокусное расстояние фотоаппарата f.

Алгоритм трассировки труб определяет координаты трубы на фотокадре Gx, Gy и Hx, Hy. Используя ранее полученные параметры плоскости стола Px, Py, Pz и фокусное расстояние фотоаппарата f, определяем длину трубы:

Все измерения вместе с фотографией протоколируются в базу данных и впоследствии могут быть наглядно просмотрены. Предусмотрено также формирование отчета в таблицы Excel.

В расположенном над измерительным столом верхнем шкафу размещается фотооборудование и блок питания, обеспечивающий работу камеры. Обмен информацией с фотокамерой осуществляется по стандарту Ethernet, наиболее подходящему для передачи больших объемов данных на расстояния до 100 м. Основные функции по распознаванию, обработке и протоколированию выполняет компьютер, расположенный в шкафу оператора. Контроллер получает команды с клавиатуры пользователя и выполняет функции управления системой. Для увеличения срока службы ламп разработано устройство плавного включения (диммер), уменьшающее броски тока при постоянном включении/выключении ламп.

Для удобства и надежности шкаф оператора выполнен в корпусе терминала, при этом для работы в рукавицах используется клавиатура, состоящая из пяти крупных кнопок. Программное обеспечение установки не требует навыков работы с компьютерной техникой, поэтому установка может эксплуатироваться персоналом с любой подготовкой.

Установка автоматически присваивает номер каждой трубе (на экране это снизу вверх) и выдает длину каждой трубы, а также суммарную длину труб, находящихся на столе. Это удобно при наборе нефтяной подвески нужной длины. Печатается дата, время и номер измерения. Это практически полностью исключает субъективные факторы при учете труб.

Технические характеристики, полученные в результате работы, приведены в таблице.

Технические характеристики установки

Разработка внедрена на заводе по ремонту труб в ОАО «Татнефть» на участке мойки и погрузки труб. Установка является уникальной в своем роде, повышает культуру труда, многократно повышает производительность измерительных операций, что обеспечивает достижение значительного экономического эффекта.

Библиографический список

1. Жиганов И.Ю. Бесконтактные устройства измерения геометрических параметров труб. - М: Вузовская книга, 2004. - 272 с.