專利名稱：空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器。
背景技術(shù)：
隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，微細管道應(yīng)用越來越廣泛，而對微細管道內(nèi)壁缺陷的檢測也就越來越引起人們的重視。目前應(yīng)用于管道無損檢測的技術(shù)主要有渦流檢測法、超聲波檢測法、光學(xué)單點掃描法、光環(huán)成像法等。但是渦流檢測法只適用于特定材料制成的管道，超聲波檢測法則需要水等介質(zhì)，而且檢測精度不高。光學(xué)單點掃描法有兩種形式，一是利用激光測距的原理，通過測量管道內(nèi)壁上的點到光電探測器距離的變化檢測其缺陷；一是利用光纖，通過測量照射在管道內(nèi)壁上的光的輻射強度變化檢測其缺陷。光環(huán)成像法是用激光器投射裝置向管道內(nèi)壁發(fā)出光環(huán)，然后由CCD攝像機接受，便能生成管道內(nèi)壁截面圖像。光學(xué)單點掃描法雖然精度較高，但必須采用一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)才能完成整個管道的檢測，因此效率非常低，對于微細管道的檢測來說，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的引入更能產(chǎn)生一些額外的噪聲，從而使精度降低。光環(huán)成像法是二十世紀九十年代后興起的一種方法，該方法的檢測精度較高，檢測效率比前幾種方法都高。Inari T等人用光環(huán)成像法設(shè)計出了適于檢測直徑為14.5-25.4mm管道內(nèi)表面缺陷的裝置，Zhang W W等也用類似的方法完成了適于較大內(nèi)徑管道(70～160mm)內(nèi)表面的檢測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器。
它具有光環(huán)發(fā)生器、CCD攝像機，光環(huán)發(fā)生器具有激光器固定圈、透鏡固定圈、透射窗、錐形反射鏡、會聚透鏡、發(fā)散透鏡、激光器，透射窗內(nèi)設(shè)有錐形反射鏡，透鏡固定圈內(nèi)設(shè)有會聚透鏡，激光器固定圈內(nèi)設(shè)有激光器和發(fā)散透鏡，激光器固定圈、透鏡固定圈用螺紋連接，透鏡固定圈與透射窗粘接固定。
本發(fā)明的優(yōu)點是1)該形貌檢測器適用于內(nèi)徑為Φ9～Φ12mm的微細管道內(nèi)壁的檢測三維重建。
2)在驅(qū)動裝載機構(gòu)的帶動下，可對微細直管道內(nèi)壁進行在線缺陷檢測，而且精度較高，達到0.01mm左右，同時利用自主開發(fā)的圖像處理軟件系統(tǒng)可快速的對管道內(nèi)壁的形貌進行三維重構(gòu)。
3)在我們設(shè)計開發(fā)的空間曲率傳感器的協(xié)同工作下，可完成曲率半徑大于100mm的微細彎曲管道內(nèi)壁的缺陷檢測和形貌三維重建。
4)通過調(diào)節(jié)會聚透鏡與發(fā)散透鏡的距離，可使檢測器能夠檢測一定直徑范圍的管道內(nèi)壁，而且精度可以保持在0.01mm左右。


圖1是空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光環(huán)成像檢測原理圖。
具體實施例方式
空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器具有光環(huán)發(fā)生器9、CCD攝像機8，光環(huán)發(fā)生器具有激光器固定圈1、透鏡固定圈2、透射窗3、錐形反射鏡4、會聚透鏡5、發(fā)散透鏡6、激光器7，透射窗3內(nèi)設(shè)有錐形反射鏡4，透鏡同定圈2內(nèi)設(shè)有會聚透鏡5，激光器固定圈1內(nèi)設(shè)有激光器7和發(fā)散透鏡6，激光器固定圈1、透鏡固定圈2用螺紋連接，透鏡固定圈2與透射窗3粘接固定。
上述的會聚透鏡和發(fā)散透鏡之間的距離通過激光器固定圈和透鏡固定圈上的螺紋進行調(diào)節(jié)，可改善出射圓環(huán)的質(zhì)量，其調(diào)節(jié)的距離可通過激光器固定圈上的標尺測得，而在檢測過程中該距離是不可調(diào)節(jié)的。錐形反射鏡底部為圓柱體，直徑為7～8毫米；反射部分為圓錐體，其錐角為50°～70°。發(fā)散透鏡直徑3～5毫米，焦距2～4毫米。會聚透鏡直徑為5～7毫米，焦距4～6毫米。
光環(huán)成像檢測法原理如圖2所示，光環(huán)發(fā)生器產(chǎn)生的光環(huán)投射在管道內(nèi)壁上，被照射內(nèi)壁的形貌便被CCD攝像機采集到。從圖中可以看出內(nèi)壁上一點M，對應(yīng)于CCD上的N點。設(shè)M點到中軸線距離為R，N點到圖像圓環(huán)中心距離為r，考慮到透射窗的折射作用有R=Lr+rd(1/tana-tanθ)f+r/tana...(1)]]>其中d表示透射窗的厚度，θ表示光線進入透射窗后的折射角，則θ=arcsin(sinan),]]>n為透射窗的折射率。
在檢測過程中L、f、α都是固定的，只要測得CCD上圖像圓環(huán)任一點到圓心的距離r，就能推出管道內(nèi)壁上對應(yīng)點到中軸線的距離R。
微細管道內(nèi)表面形貌檢測器主要包括激光器固定圈、透鏡固定圈、透射窗、錐形反射鏡、會聚透鏡、發(fā)散透鏡、激光器、CCD攝像機等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
工作過程發(fā)散透鏡將激光器發(fā)出的細平行光束經(jīng)擴散成較大的光束，再由會聚透鏡會聚，經(jīng)過錐形反射鏡的反射后激光束就變成光環(huán)投射在管道內(nèi)壁上，其反射光(或漫反射光)由CCD攝像機接受并將光環(huán)照射的內(nèi)壁圓截面成二維圖像。通過平面圖像的數(shù)據(jù)處理，可得到該內(nèi)壁截面帶的灰度圖象。利用最小二乘擬合法求出細窄帶的圓心及圓環(huán)上各點的坐標，從而將一個內(nèi)壁截面圓環(huán)形狀重構(gòu)。如果此處的管道是光滑的，則得到的圓也是光滑的；如果此處的管道有缺陷，則得到的圓也是有缺陷的。
該檢測器由驅(qū)動機構(gòu)帶動可完成長距離微細管道的內(nèi)壁檢測，檢測過程是間歇進行的，即每移動一個圓環(huán)帶距離，檢測器就檢測一次，將數(shù)據(jù)傳到主機上，利用自主開發(fā)的圖像處理軟件系統(tǒng)進行處理。對于直線管道，可將處理得到的圓環(huán)中心按照檢測位置順序排列則得到內(nèi)壁的三維重構(gòu)圖。而對于曲率大于100mm的彎曲管道，則還要裝載上相應(yīng)的曲率傳感器測出管道中軸曲線的形狀，然后可得到內(nèi)壁的三維重構(gòu)圖形。
權(quán)利要求
1.一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于它具有光環(huán)發(fā)生器(9)、CCD攝像機(8)，光環(huán)發(fā)生器具有激光器固定圈(1)、透鏡固定圈(2)、透射窗(3)、錐形反射鏡(4)、會聚透鏡(5)、發(fā)散透鏡(6)、激光器(7)，透射窗(3)內(nèi)設(shè)有錐形反射鏡(4)，透鏡固定圈(2)內(nèi)設(shè)有會聚透鏡(5)，激光器固定圈(1)內(nèi)設(shè)有激光器(7)和發(fā)散透鏡(6)，激光器固定圈(1)、透鏡固定圈(2)用螺紋連接，透鏡固定圈(2)與透射窗(3)粘接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的激光器固定圈和透鏡固定圈上設(shè)有調(diào)節(jié)會聚透鏡和發(fā)散透鏡之間距離的螺紋，在激光器固定圈上設(shè)有標尺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的錐形反射鏡底部為圓柱體，直徑為7～8毫米；反射部分為圓錐體，其錐角為50°～70°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的發(fā)散透鏡直徑3～5毫米，焦距2～4毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的會聚透鏡直徑為5～7毫米，焦距4～6毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的透射窗外徑為8～9毫米，厚度為0.5～0.8毫米，長度為8～12毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間曲線型微細管道內(nèi)表面形貌檢測器。它具有光環(huán)發(fā)生器、CCD攝像機，光環(huán)發(fā)生器具有激光器固定圈、透鏡固定圈、透射窗、錐形反射鏡、會聚透鏡、發(fā)散透鏡、激光器，透射窗內(nèi)設(shè)有錐形反射鏡，透鏡固定圈內(nèi)設(shè)有會聚透鏡，激光器固定圈內(nèi)設(shè)有激光器和發(fā)散透鏡，激光器固定圈、透鏡固定圈用螺紋連接，透鏡固定圈與透射窗粘接固定。本發(fā)明的優(yōu)點是該形貌檢測器適用于內(nèi)徑為Φ9～Φ12mm的曲線型微細管道內(nèi)壁的缺陷檢測，精度達到0.01mm左右。在我們設(shè)計開發(fā)的驅(qū)動裝載機構(gòu)的帶動和空間曲率傳感器的協(xié)同工作下，可完成曲率半徑大于100mm的微細彎曲管道內(nèi)壁的缺陷檢測和形貌三維重建。
文檔編號G01N21/88GK1410763SQ02137659
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者柯映林, 吳恩啟, 李江雄 申請人:浙江大學(xué)