管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电检测技术领域，为能够同时测量管道内壁3D形貌和中心轴直线度，并对结果进行输出显示，得到准确的管道内壁形貌数据，从而精确地还原管道内壁形貌，提高管内壁形貌及中心轴直线度测量精度。本发明专利技术，管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法，借助预调装置、激光扫描模块、位姿检测模块和驱动模块实现，激光扫描模块和位姿检测模块刚性连接，相对位置确定，设有适度胀紧装置，两模块组成系统检测装置，由爬行器驱动，沿管道内壁接触式连续爬行，激光扫描模块由激光测头和旋转电机组成；位姿检测模块由管口激光器组、姿态探测器组和拉线位移传感器组成；驱动模块中包含爬行器。本发明专利技术主要应用于管道光电检测场合。

【技术实现步骤摘要】
管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法
本专利技术涉及光电检测
，具体讲,涉及管道内壁形貌和中心轴直线度测量。
技术介绍
随着国民经济与科学技术的进步，各类管道被广泛应用于诸多领域，例如军事、冶金、石油及化工行业中。管道在使用过程中可能发生锈蚀、脆断、裂纹、蠕变等损坏，而因为生产环境和加工技术等条件的制约，一些管道工件在成型之初就存在一定的弯度。管道质量的优劣与经济利益直接相关，更关系到相关应用领域的安全问题，所以，对管道进行定期质量检测显得尤为重要。其中，管道内壁3D形貌和中心轴直线度情况能够最为直观地反映管道质量问题，而目前已经公开的管道内壁检测系统在功能上不能兼顾，只测量管道内壁三维形貌或者只测量管道中心轴直线度，系统设计往往结构复杂但功能单一。此外，直接以检测装置测得的数据作为最后结果，忽略了装置本身姿态偏差和局部接触误差的影响，使得整个测量系统不够完整，测量方法不够严谨，测量结果存在较大误差。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在提出一种管道内壁形貌及中心轴直线度测量方法，能够同时测量管道内壁3D形貌和中心轴直线度，并对结果进行输出显示。对目前管道内壁形貌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，步骤如下：(1)由激光扫描模块完成管道内壁径向数据的初步测量，激光扫描模块包括激光测头和旋转电机：激光测头由旋转电机带动进行旋转扫描，完成其回转中心到管道内壁径向尺寸的测量，旋转电机自带角度编码器，实时测出激光测头的周向角度位置；(2)由位姿检测模块完成激光测头位姿检测，位姿检查模块包括激光器组和姿态探测器组：激光器组固定在管道口，各激光器发射激光束垂直入射到对应的姿态探测器靶面，根据激光斑在靶面上位置坐标的变化计算得出激光测头姿态变化，拉线位移传感器实时标定激光测头轴向位置；(3)正向测量阶段，爬行器推动检测装置轴向移动，实现位姿探测器组、旋...

【技术特征摘要】
1.一种管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，步骤如下：(1)由激光扫描模块完成管道内壁径向数据的初步测量，激光扫描模块包括激光测头和旋转电机：激光测头由旋转电机带动进行旋转扫描，完成其回转中心到管道内壁径向尺寸的测量，旋转电机自带角度编码器，实时测出激光测头的周向角度位置；(2)由位姿检测模块完成激光测头位姿检测，位姿检查模块包括激光器组和姿态探测器组：激光器组固定在管道口，各激光器发射激光束垂直入射到对应的姿态探测器靶面，根据激光斑在靶面上位置坐标的变化计算得出激光测头姿态变化，拉线位移传感器实时标定激光测头轴向位置；(3)正向测量阶段，爬行器推动检测装置轴向移动，实现位姿探测器组、旋转电机和激光测头的整体轴向移动；(4)返程阶段，爬行器反向爬行，带动检测装置返回；(5)激光扫描模块和位姿检测模块测得的数据由各自下位机传输到上位机中，上位机调用数据处理模块软件，根据位姿检测模块测得的位姿信息，对特定轴向位置处的径向数据作修正处理，得到准确的管道内壁包络，进而得到管道内壁3D形貌，根据管道内壁截面信息求出管道中心轴直线度；(6)输出检测结果，在显示器上直接显示管道内壁3D形貌和中心轴直线度数据。2.如权利要求1所述的管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，步骤(1)开始前，先要完成检测装置预调整，然后将激光器组固定于管道口，调整激光束与中心探测器靶面的相对位置，使激光束垂直入射到探测器靶面中心域。3.如权利要求1所述的管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，激光扫描模块和位姿检测模块刚性连接并设有适度胀紧装置，二者组成一个整体检测装置，位姿检测模块检测到的姿态数据即为激光测头的姿态信息。4.如权利要求1所述的管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，步骤(1)中激光测头测量的方式有两种，一种是爬行器连续驱动，激光测头连续测量并采集数据，另一种是爬行器移动到某一位置停止，激光测头旋转扫描一周停止，爬行器移动到下一位置后，激光测头再进行下一次旋转扫描；步骤(1)中旋转电机自带角度编码器，角度信号可与径向数据同步输出。5.如权利要求1所述的管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，姿态探测器是CCD、CMOS或PSD传感器，所有探测器前皆不使用镜头，直接通过探测器靶面接收激光光斑。6.如权利要求1所述的管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，激光扫描模块和位姿检测模块采集的数据会通过下位机中内部时钟控制同步锁存，再经由下位机传输给上位机；数据处理模块中针对多种姿态探测器，都有对应的数据处理方法，用以求取姿态信息。7.如权利要求1所述的管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，其特征是，在一个具体实例中：姿态的变化通过激光斑在姿态探测器靶面坐标位置的变化求出，激光器2和激光器3之间的距离恒定为L，激光器1与激光器2、3的垂直距离为位姿探测器组中各探测器位置与激光器组中各激光器一一对应；经过调整，理想状态下初始测量时激光斑在探测器靶面位置确定，建立坐标系，设三个光斑在靶面原始坐标分别为O1(x1，y1)，O2(x2，y2)，O3(x3，y3)，并设O2、O3连线中点为O4(x4，y4)，则测量过程中姿态变化主要有以下几种情况：(1)面内平移：若激光测头沿径向发生位移，以x轴负方向为例，则激光斑位置相对探测器靶面向x轴正方向移动，此时三个光斑在靶面位置变化为:A1(x1′，y1′)，A2(x2′，y2′)，A3(x3′，y3′)位移量为：Δx＝x1′-x1＝x2′-x2＝x3′-x3若测头沿x轴正方向、y轴正负方向发生平移运动，位移量的求取方法相同；(2)俯仰运动：若激光测头绕x轴发生转动，此时三个光斑在靶面位置变化为：B1(x1′，y1′)，B2(x2′，y2′)，B3(x3′，y3′)，B2、B3中点为B4(x4′，y4′)俯仰角α的求取：假设三个靶面绕x轴偏转α的角度，激光斑在靶面上y坐标值发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄战华，武晓宇，蔡怀宇，刘敏，陈晓明，赵原卉，郝彬，方石，王星宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12