專利名稱：基于圓結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的管道內(nèi)表面檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于圓結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的管道內(nèi)表面檢測系統(tǒng)屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
管道作為主要的氣體和液體傳輸手段，在現(xiàn)代工業(yè)的各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 由于管道輸送的氣體或液體大部分都具有易燃、易爆、高腐蝕性等特點(diǎn)，因此需要定期對管道內(nèi)表面進(jìn)行三維檢測，以確保管道的安全運(yùn)行。目前管道內(nèi)表面檢測技術(shù)主要有漏磁技術(shù)、渦流檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)和視頻檢測等無損檢測技術(shù)。(I)漏磁檢測技術(shù)漏磁檢測技術(shù)需將被測管道磁化，利用磁敏探頭采集管壁表面的漏磁信號，通過管壁磁力線的變化來判斷管道缺陷，通過缺陷大小和磁力線變化程度之間的對應(yīng)關(guān)系確定管壁受損情況。漏磁檢測要求管壁達(dá)到完全磁性飽和，其對被檢測管道材質(zhì)具有選擇性，且測試精度與管壁厚度有關(guān)，檢測壁厚范圍小于12mm。由于漏磁檢測精度較低，只適于檢測管道腐蝕突變的場合，對于淺、長且窄的金屬損失缺陷，利用漏磁檢測技術(shù)難以檢測出來。且當(dāng)檢測管道為套管，或管道外部有金屬管架支撐、法蘭時都會產(chǎn)生電磁干擾，使得測量精度和準(zhǔn)確率下降。(2)超聲波檢測技術(shù)超聲波檢測利用聲發(fā)射器按照一定脈沖頻率向管道內(nèi)發(fā)射并接收相應(yīng)的聲波反射信號，根據(jù)超聲波從管道內(nèi)外壁返回所需的時間來確定管道的壁厚，檢測精度較高。但超聲波檢測需要多次發(fā)射和接收聲波信號才能完成對一個瑕疵或某個截面位置管壁內(nèi)表面的檢測，檢測效率低。且超聲波檢測對噪聲、管道溫度變化等較敏感，不能檢測到較小的管道壁厚減薄量，且由于超聲波檢測沿管道外壁實(shí)現(xiàn)測量，對換熱器和反應(yīng)器等列管安裝形式的管道不能實(shí)現(xiàn)在線檢測。(3)光環(huán)截面法英國學(xué)者Olga Duran采用光環(huán)截面法，通過向管道內(nèi)表面投射激光光源，利用 CCD攝像機(jī)拍攝激光光源投射到管道內(nèi)表面形成的圓環(huán)狀光帶，并利用圓環(huán)光帶圖像灰度信息判斷管道內(nèi)表面腐蝕情況。該檢測方法的軸向定位精度和投射的圓環(huán)寬度有關(guān)，且相鄰圓環(huán)光帶間容易發(fā)生信息的重疊，不能精確測量管道內(nèi)表面腐蝕和瑕疵的三維信息。(4) PSD 檢測法浙江大學(xué)研究了基于位置敏感器PSD和激光光源的微細(xì)管道內(nèi)表面三維檢測方法。該方法利用PSD和激光單點(diǎn)掃描法管道內(nèi)表面，基于光學(xué)三角法確定管道截面上某點(diǎn)的三維位置。但該方法需要掃描裝置，因而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量效率較低。且由于傳感器自身遮擋管道內(nèi)表面存在測量盲區(qū)。綜上所述，現(xiàn)有檢測技術(shù)存在以下不足I)漏磁檢測和超聲波檢測雖然能實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)表面三維測量，但精度較低，不能測量管道內(nèi)部的微小腐蝕變化，且不適于任意材質(zhì)和任意安裝形式管道的檢測，有較大的局限性。2)光環(huán)截面法較為簡單，但相鄰圓環(huán)間會發(fā)生信息重疊，不能實(shí)現(xiàn)精確三維測量。3)PSD檢測可以實(shí)現(xiàn)精確三維測量，但需要掃描裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量效率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前管道內(nèi)表面檢測方法的不足，基于結(jié)構(gòu)光視覺測量原理，發(fā)明一種基于圓結(jié)構(gòu)光的高精度管道內(nèi)表面三維視覺傳感器測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對管道內(nèi)表面缺陷的精確三維測量?；趫A結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的管道內(nèi)表面檢測系統(tǒng)，包括位于管道內(nèi)部的圓結(jié)構(gòu)光投射器和攝像機(jī)，攝像機(jī)通過電纜外接圖像采集卡到計(jì)算機(jī)上；其特征在于采用攝像機(jī)和圓結(jié)構(gòu)光投射器沿管道軸向的排列，并保證攝像機(jī)光學(xué)中心和圓錐曲面中心軸向?qū)?zhǔn)；攝像機(jī)固定在一個支架上；將滑座放在一維導(dǎo)軌上，并通過支桿連接管道架托，然后將管道沿一維導(dǎo)軌方向放在管道架托上；圓結(jié)構(gòu)光投射器固定在一維導(dǎo)軌的一側(cè)；能在導(dǎo)軌上移動的靶標(biāo)放置一維導(dǎo)軌上，且置于攝像機(jī)和圓結(jié)構(gòu)光投射器之間；攝像機(jī)和結(jié)構(gòu)光投射器之間的軸向距離I取決于管道半徑和圓結(jié)構(gòu)光投射器的
發(fā)散角，其中Z>i/tanj，其中的r為管道內(nèi)徑，A為結(jié)構(gòu)光投射器的發(fā)散半錐角，以保證投
射的圓結(jié)構(gòu)光條能夠被攝像機(jī)拍攝到。系統(tǒng)測量原理圓結(jié)構(gòu)光視覺傳感器測量原理如圖I示，圓結(jié)構(gòu)光投射器投射圓錐光曲面，和空間平面相交成圓光條，該圓光條被攝像機(jī)拍攝成像。P點(diǎn)為圓結(jié)構(gòu)光曲面和空間平面相交的圓光條上一點(diǎn)，其對應(yīng)的圖像點(diǎn)為P。若像點(diǎn)P的圖像坐標(biāo)為(X，y)，空間點(diǎn)P在攝像機(jī)坐標(biāo)系OcIcTc^下的坐標(biāo)為(X。，y。，z。)1，則像點(diǎn)P和空間點(diǎn)P的關(guān)系用齊次坐標(biāo)表示為
權(quán)利要求
1.基于圓結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的管道內(nèi)表面檢測系統(tǒng)，包括位于管道內(nèi)部的圓結(jié)構(gòu)光投射器和攝像機(jī)，攝像機(jī)通過電纜外接圖像采集卡到計(jì)算機(jī)上；其特征在于采用攝像機(jī)和圓結(jié)構(gòu)光投射器沿管道軸向的排列，并保證攝像機(jī)光學(xué)中心和圓錐曲面中心軸向?qū)?zhǔn)；攝像機(jī)固定在一個支架上；將滑座放在一維導(dǎo)軌上，并通過支桿連接管道架托，然后將管道沿一維導(dǎo)軌方向放在管道架托上；圓結(jié)構(gòu)光投射器固定在一維導(dǎo)軌的一側(cè)；能在導(dǎo)軌上移動的靶標(biāo)放置一維導(dǎo)軌上，且置于攝像機(jī)和圓結(jié)構(gòu)光投射器之間；攝像機(jī)和結(jié)構(gòu)光投射器之間的軸向距離大于l，/>i/tanj，其中的r為管道內(nèi)徑，A為結(jié)構(gòu)光投射器的發(fā)散半錐角。
全文摘要
基于圓結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的管道內(nèi)表面檢測系統(tǒng)屬于無損測量領(lǐng)域。本發(fā)明包括位于管道內(nèi)部的圓結(jié)構(gòu)光投射器和攝像機(jī)，攝像機(jī)通過電纜外接圖像采集卡到計(jì)算機(jī)上；其特征在于采用攝像機(jī)和圓結(jié)構(gòu)光投射器沿管道軸向的排列，并保證攝像機(jī)光學(xué)中心和圓錐曲面中心軸向?qū)?zhǔn)；其中攝像機(jī)和結(jié)構(gòu)光投射器之間的軸向距離大于l，其中的r為管道內(nèi)徑，A為結(jié)構(gòu)光投射器的發(fā)散半錐角，以保證投射的圓結(jié)構(gòu)光條能夠被攝像機(jī)拍攝到。本發(fā)明利用攝像機(jī)和激光器的軸向放置，有效減小了視覺傳感器的體積，實(shí)現(xiàn)了管道內(nèi)部受限空間的三維測量。每個管道截面只進(jìn)行一次測量即可獲取管道整個截面三維信息，避免單點(diǎn)測量掃描裝置的復(fù)雜性，提高了測量速度。
文檔編號G01N21/88GK102590217SQ20121000928
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者于濤, 張瑞, 王穎, 趙利強(qiáng) 申請人:北京化工大學(xué)