專利名稱：基于圓結構光視覺傳感器的管道內表面檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
基于圓結構光視覺傳感器的管道內表面檢測系統(tǒng)屬于無損檢測技術領域。
背景技術：
管道作為主要的氣體和液體傳輸手段，在現代工業(yè)的各個領域得到了廣泛應用。 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，因此需要定期對管道內表面進行三維檢測，以確保管道的安全運行。目前管道內表面檢測技術主要有漏磁技術、渦流檢測技術、超聲波檢測技術和視頻檢測等無損檢測技術。(I)漏磁檢測技術漏磁檢測技術需將被測管道磁化，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關系確定管壁受損情況。漏磁檢測要求管壁達到完全磁性飽和，其對被檢測管道材質具有選擇性，且測試精度與管壁厚度有關，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，利用漏磁檢測技術難以檢測出來。且當檢測管道為套管，或管道外部有金屬管架支撐、法蘭時都會產生電磁干擾，使得測量精度和準確率下降。(2)超聲波檢測技術超聲波檢測利用聲發(fā)射器按照一定脈沖頻率向管道內發(fā)射并接收相應的聲波反射信號，根據超聲波從管道內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現測量，對換熱器和反應器等列管安裝形式的管道不能實現在線檢測。(3)光環(huán)截面法英國學者Olga Duran采用光環(huán)截面法，通過向管道內表面投射激光光源，利用 CCD攝像機拍攝激光光源投射到管道內表面形成的圓環(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，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表面腐蝕和瑕疵的三維信息。(4) PSD 檢測法浙江大學研究了基于位置敏感器PSD和激光光源的微細管道內表面三維檢測方法。該方法利用PSD和激光單點掃描法管道內表面，基于光學三角法確定管道截面上某點的三維位置。但該方法需要掃描裝置，因而結構復雜，測量效率較低。且由于傳感器自身遮擋管道內表面存在測量盲區(qū)。綜上所述，現有檢測技術存在以下不足I)漏磁檢測和超聲波檢測雖然能實現管道內表面三維測量，但精度較低，不能測量管道內部的微小腐蝕變化，且不適于任意材質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，不能實現精確三維測量。3)PSD檢測可以實現精確三維測量，但需要掃描裝置，結構復雜，測量效率低。

發(fā)明內容
針對目前管道內表面檢測方法的不足，基于結構光視覺測量原理，發(fā)明一種基于圓結構光的高精度管道內表面三維視覺傳感器測量系統(tǒng)，實現對管道內表面缺陷的精確三維測量?；趫A結構光視覺傳感器的管道內表面檢測系統(tǒng)，包括位于管道內部的圓結構光投射器和攝像機，攝像機通過電纜外接圖像采集卡到計算機上；其特征在于采用攝像機和圓結構光投射器沿管道軸向的排列，并保證攝像機光學中心和圓錐曲面中心軸向對準；攝像機固定在一個支架上；將滑座放在一維導軌上，并通過支桿連接管道架托，然后將管道沿一維導軌方向放在管道架托上；圓結構光投射器固定在一維導軌的一側；能在導軌上移動的靶標放置一維導軌上，且置于攝像機和圓結構光投射器之間；攝像機和結構光投射器之間的軸向距離I取決于管道半徑和圓結構光投射器的
發(fā)散角，其中Z>i/tanj，其中的r為管道內徑，A為結構光投射器的發(fā)散半錐角，以保證投
射的圓結構光條能夠被攝像機拍攝到。系統(tǒng)測量原理圓結構光視覺傳感器測量原理如圖I示，圓結構光投射器投射圓錐光曲面，和空間平面相交成圓光條，該圓光條被攝像機拍攝成像。P點為圓結構光曲面和空間平面相交的圓光條上一點，其對應的圖像點為P。若像點P的圖像坐標為(X，y)，空間點P在攝像機坐標系OcIcTc^下的坐標為(X。，y。，z。)1，則像點P和空間點P的關系用齊次坐標表示為
權利要求
1.基于圓結構光視覺傳感器的管道內表面檢測系統(tǒng)，包括位于管道內部的圓結構光投射器和攝像機，攝像機通過電纜外接圖像采集卡到計算機上；其特征在于采用攝像機和圓結構光投射器沿管道軸向的排列，并保證攝像機光學中心和圓錐曲面中心軸向對準；攝像機固定在一個支架上；將滑座放在一維導軌上，并通過支桿連接管道架托，然后將管道沿一維導軌方向放在管道架托上；圓結構光投射器固定在一維導軌的一側；能在導軌上移動的靶標放置一維導軌上，且置于攝像機和圓結構光投射器之間；攝像機和結構光投射器之間的軸向距離大于l，/>i/tanj，其中的r為管道內徑，A為結構光投射器的發(fā)散半錐角。
全文摘要
基于圓結構光視覺傳感器的管道內表面檢測系統(tǒng)屬于無損測量領域。本發(fā)明包括位于管道內部的圓結構光投射器和攝像機，攝像機通過電纜外接圖像采集卡到計算機上；其特征在于采用攝像機和圓結構光投射器沿管道軸向的排列，并保證攝像機光學中心和圓錐曲面中心軸向對準；其中攝像機和結構光投射器之間的軸向距離大于l，其中的r為管道內徑，A為結構光投射器的發(fā)散半錐角，以保證投射的圓結構光條能夠被攝像機拍攝到。本發(fā)明利用攝像機和激光器的軸向放置，有效減小了視覺傳感器的體積，實現了管道內部受限空間的三維測量。每個管道截面只進行一次測量即可獲取管道整個截面三維信息，避免單點測量掃描裝置的復雜性，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)先權日2012年1月12日
發(fā)明者于濤, 張瑞, 王穎, 趙利強 申請人:北京化工大學