一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置及其方法，包括调试对中阶段；利用工业相机在小于焦距的位置处成像突然变模糊的特点让本装置先移动到刚聚焦的初始位置处；在相对位置初评处即用工业相机拍下管道入口处的形状，用于管道厚度的评估；管道外径检测模块和内径检测模块同时、分别对不同断面相应参数进行检测，内径不同位置处的测量通过电缸推杆的移动实现，外径不同位置的检测通过机器人末端在Z轴上的移动实现，外径检测时支承式气缸需通气使软体吸盘吸附在管道外表面，当周向方向一个位姿检测完毕，转动一定角度，实现第二个位姿的内径和外径测量。本发明专利技术可用于钢管、塑料管等不同类型圆管的外径与内径尺寸大小及均匀性检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置及其方法
本专利技术涉及管道质量检测技术，特别是一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置及其方法。
技术介绍
管道检测是管道质量控制的重要环节。其中，由于钢管生产工艺复杂，在热力、能源、危险品输运等高温高压领域较广，因而其质量控制更加严格，这样的话管道检测就成了管道质量控制的重要环节。目前由于钢管检测以人工检测居多，工作量大，次品检出率较低，目前已有对钢管外径、内径、厚度、直线度、缺陷等不同参数进行检测的专用自动化装置。但这类装置一般只对单个参数进行检测，集成度较低，且设备占地面积较大，需要专用的送料和下料装置，测试设备可移动性较差。现有设备对管道尺寸的测量原理多基于机械原理，设备较复杂，重量较大。超声波检测多用于探伤，不同角度管道尺寸的具体测量应用较少。并且，现有设备在钢管尺寸检测时多只考虑其平均值的测量，对周向管道内径、外径、厚度的不均匀性考虑较少，且对其超差程度的评估求未结合不同使用场合进行区分。当需要对周向参数进行测量时，通常需设置管道的旋转装置，这对于长距离钢管检测而言能耗较高，且长期使用后很难保证首尾动作的同步性；如截取部分钢管进行测量，则属于有损检测，检测效率受限、成本也高。因此，提出一种管道质量检测装置、检测方法与评价指标。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种可以用于钢管、塑料管等不同类型圆管的外径与内径尺寸大小及均匀性检测装置及其方法。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置，包括用以与机器人末端连接件、管道内径检测模块、管道外径检测模块和管道厚度检测模块，所述的管道厚度检测模块包括第一工业相机和位于圆形法兰板前侧的安装板，所述的安装板的后侧面与圆形法兰板之间通过沿圆形法兰板轴线方向设置的至少两根支撑柱相连；所述的安装板的前侧面中心为止处设置有用以获取管道厚度信息以及管道内径检测模块测得的内径信息的第一工业相机，该第一工业相机的镜头与圆形法兰板同轴设置；所述的管道内径检测模块包括轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆，所述的轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆均固设在安装板的前侧面上，且轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆沿周向环绕着第一工业相机设置；所述的轴向电动气缸的活塞杆伸缩端和至少一根伸缩式导杆的伸缩端均固设于柔性检测模块安装板上，该柔性检测模块安装板与圆形法兰板同轴设置；所述的柔性检测模块安装板上沿其周向均布有至少一个用以对管道内径检测的柔性检测模块；所述的柔性检测模块包括第一径向电动气缸、弹簧、测量尖端和刻度尺，所述的第一径向电动气缸的活塞杆伸缩端与弹簧的一端固连，弹簧的另一端与用以抵在管道内圆周面上的测量尖端；所述的测量尖端的一侧设置有与之相互平行且前端刻度最大后端刻度最小的刻度尺；所述的刻度尺的前端通过指针与测量尖端的侧面固连；所述的刻度尺的后端可滑动地插入第一径向电动气缸缸体上开设的滑槽内；上述至少两个柔性检测模块中第一径向电动气缸的进气口均与进气主管连通，至少两个柔性检测模块中第一径向电动气缸的排气口均与排气主管连通；所述的管道外径检测模块包括用以套设在管道外且前大后小的圆锥状壳体，所述的圆锥状壳体与圆形法兰板同轴设置，该圆锥状壳体的后侧面通过沿其周向均布的截面为L形的多个连接板与圆形法兰板的圆周面相连；所述的圆锥状壳体的前侧设置有沿其周向均布的多个向前发生光束的激光发生器，每个激光发生器发出的光束均汇聚于同一圆心上，且每个激光发生器发出的光束与圆形法兰板的轴线之间的锐角等于圆锥状壳体的锥度；上述每个激光发生器均通过激光发生器安装板与喇叭状壳体的前侧面固连；所述的多个激光发生器前侧设置有沿周向均布多个用以获取管道外周面上激光光斑成像信息的第二工业相机，多个第二工业相机的数量及位置与多个激光发生器的数量及位置一一对应；每个第二工业相机的镜头轴线均沿径向设置，每个第二工业相机均通过连接组件与圆锥状壳体的圆锥面固连。还包括装置固定模块，所述的装置固定模块包括位于多个第二工业相机前侧且沿周向均布的多个第二径向电动气缸，每个所述的第二径向电动气缸的活塞杆伸缩端与用以吸附固定在管道外周面上的吸盘，每个所述的第二径向电动气缸均通过第二折弯连杆与上述的第一折弯连杆固连。所述的连接组件包括第二连接杆和相机安装座，所述的第二工业相机可沿轴向滑动地安装于相机安装座上，相机安装座通过第二连接杆与圆锥状壳体的圆锥面固连。相邻所述的两个第二工业相机固连在一起。一种基于激光与工业相机的管道质量检测方法，步骤包括：调试对中阶段：调试阶段主要使本装置与管道中心线保持同心；利用工业相机在小于焦距的位置处成像突然变模糊的特点让本装置先移动到刚聚焦的初始位置处，此时工业相机与管道中心的位置直接为相机的焦距；在相对位置初评处即用工业相机拍下管道入口处的形状，用于管道厚度的评估；管道外径检测模块和内径检测模块同时、分别对不同断面相应参数进行检测，内径不同位置处的测量通过电缸推杆的移动实现，外径不同位置的检测通过机器人末端在Z轴上的移动实现，外径检测时支承式气缸需通气使软体吸盘吸附在管道外表面，当周向方向一个位姿检测完毕，转动一定角度，实现第二个位姿的内径和外径测量。调试对中阶段采用如下方法：1)将外推气缸排气，使其处于缩回状态；电缸处于缩回的初始状态2)机器人末端搭载本装置靠近被检测管道的入口处；3)通过工业相机初步判断并引导本装置使柔性检测模块进入管道内部；4)基于显示屏的机器人位姿调试对中过程：机器人采用工具坐标系使本装置沿Z轴方向移动，打开斜置阵列激光发射器和水平阵列式矩形相机，沿管道方向选取三个等距断面，在第一个断面上微调机器人位姿，使显示屏外径测量区光斑距中心的位置总体最小，即初步对中；精确对中时以轴向同一位置多个姿态下外径测量区光斑读数的标准差最小为准：采用Halcon机器视觉软件、基于卷积神经网络算法CNN对各相机获得的图像进行处理，得到各图像中光斑中心的坐标，采用Matlab软件读取Halcon处理得到的图片及计算结果，基于Matlab编程通过下图中激光发射器安装尺寸和角度、距机器人末端法兰中心的径向距离、激光发射器与相机的水平距离进而得到管道外径的大小2rij，式中，rij为圆周方向第j个断面第i个测点距管道中心的距离；h0为激光发生器中心离机器人末端中心的距离；s为激光发生器中心离机器人末端中心的距离矩形相机近端的水平距离；b为光斑中心距近端的距离；h1为激光发生器中心离矩形相机底端的垂直距离；α为激光发生器轴线与机器人末端中心轴的夹角；在此基础上，编程计算得到各测点光斑读数的标准差，并将结果回传到显示屏上；当各测点管道外径标准差达到最小值时，停止机器人末端姿态的调整，将此时圆周方向不同相位处各测点测到的外径平均值作为管道轴向方向该位置处的管道直径其中，rij为圆周方向第j个断面第i个测点距管道中心的距离；n为第j断面上的测点数；在第一断面上初步对中以后，将机器人末端保持该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置，其特征在于：包括用以与机器人末端连接件、管道内径检测模块、管道外径检测模块和管道厚度检测模块，所述的管道厚度检测模块包括第一工业相机和位于圆形法兰板前侧的安装板，所述的安装板的后侧面与圆形法兰板之间通过沿圆形法兰板轴线方向设置的至少两根支撑柱相连；所述的安装板的前侧面中心为止处设置有用以获取管道厚度信息以及管道内径检测模块测得的内径信息的第一工业相机，该第一工业相机的镜头与圆形法兰板同轴设置；/n所述的管道内径检测模块包括轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆，所述的轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆均固设在安装板的前侧面上，且轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆沿周向环绕着第一工业相机设置；所述的轴向电动气缸的活塞杆伸缩端和至少一根伸缩式导杆的伸缩端均固设于柔性检测模块安装板上，该柔性检测模块安装板与圆形法兰板同轴设置；所述的柔性检测模块安装板上沿其周向均布有至少一个用以对管道内径检测的柔性检测模块；所述的柔性检测模块包括第一径向电动气缸、弹簧、测量尖端和刻度尺，所述的第一径向电动气缸的活塞杆伸缩端与弹簧的一端固连，弹簧的另一端与用以抵在管道内圆周面上的测量尖端；所述的测量尖端的一侧设置有与之相互平行且前端刻度最大后端刻度最小的刻度尺；所述的刻度尺的前端通过指针与测量尖端的侧面固连；所述的刻度尺的后端可滑动地插入第一径向电动气缸缸体上开设的滑槽内；上述至少两个柔性检测模块中第一径向电动气缸的进气口均与进气主管连通，至少两个柔性检测模块中第一径向电动气缸的排气口均与排气主管连通；/n所述的管道外径检测模块包括用以套设在管道外且前大后小的圆锥状壳体，所述的圆锥状壳体与圆形法兰板同轴设置，该圆锥状壳体的后侧面通过沿其周向均布的截面为L形的多个连接板与圆形法兰板的圆周面相连；所述的圆锥状壳体的前侧设置有沿其周向均布的多个向前发生光束的激光发生器，每个激光发生器发出的光束均汇聚于同一圆心上，且每个激光发生器发出的光束与圆形法兰板的轴线之间的锐角等于圆锥状壳体的锥度；上述每个激光发生器均通过激光发生器安装板与喇叭状壳体的前侧面固连；所述的多个激光发生器前侧设置有沿周向均布多个用以获取管道外周面上激光光斑成像信息的第二工业相机，多个第二工业相机的数量及位置与多个激光发生器的数量及位置一一对应；每个第二工业相机的镜头轴线均沿径向设置，每个第二工业相机均通过连接组件与圆锥状壳体的圆锥面固连。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置，其特征在于：包括用以与机器人末端连接件、管道内径检测模块、管道外径检测模块和管道厚度检测模块，所述的管道厚度检测模块包括第一工业相机和位于圆形法兰板前侧的安装板，所述的安装板的后侧面与圆形法兰板之间通过沿圆形法兰板轴线方向设置的至少两根支撑柱相连；所述的安装板的前侧面中心为止处设置有用以获取管道厚度信息以及管道内径检测模块测得的内径信息的第一工业相机，该第一工业相机的镜头与圆形法兰板同轴设置；
所述的管道内径检测模块包括轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆，所述的轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆均固设在安装板的前侧面上，且轴向电动气缸和至少一根伸缩式导杆沿周向环绕着第一工业相机设置；所述的轴向电动气缸的活塞杆伸缩端和至少一根伸缩式导杆的伸缩端均固设于柔性检测模块安装板上，该柔性检测模块安装板与圆形法兰板同轴设置；所述的柔性检测模块安装板上沿其周向均布有至少一个用以对管道内径检测的柔性检测模块；所述的柔性检测模块包括第一径向电动气缸、弹簧、测量尖端和刻度尺，所述的第一径向电动气缸的活塞杆伸缩端与弹簧的一端固连，弹簧的另一端与用以抵在管道内圆周面上的测量尖端；所述的测量尖端的一侧设置有与之相互平行且前端刻度最大后端刻度最小的刻度尺；所述的刻度尺的前端通过指针与测量尖端的侧面固连；所述的刻度尺的后端可滑动地插入第一径向电动气缸缸体上开设的滑槽内；上述至少两个柔性检测模块中第一径向电动气缸的进气口均与进气主管连通，至少两个柔性检测模块中第一径向电动气缸的排气口均与排气主管连通；
所述的管道外径检测模块包括用以套设在管道外且前大后小的圆锥状壳体，所述的圆锥状壳体与圆形法兰板同轴设置，该圆锥状壳体的后侧面通过沿其周向均布的截面为L形的多个连接板与圆形法兰板的圆周面相连；所述的圆锥状壳体的前侧设置有沿其周向均布的多个向前发生光束的激光发生器，每个激光发生器发出的光束均汇聚于同一圆心上，且每个激光发生器发出的光束与圆形法兰板的轴线之间的锐角等于圆锥状壳体的锥度；上述每个激光发生器均通过激光发生器安装板与喇叭状壳体的前侧面固连；所述的多个激光发生器前侧设置有沿周向均布多个用以获取管道外周面上激光光斑成像信息的第二工业相机，多个第二工业相机的数量及位置与多个激光发生器的数量及位置一一对应；每个第二工业相机的镜头轴线均沿径向设置，每个第二工业相机均通过连接组件与圆锥状壳体的圆锥面固连。


2.根据权利要求1所述的一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置，其特征在于：还包括装置固定模块，所述的装置固定模块包括位于多个第二工业相机前侧且沿周向均布的多个第二径向电动气缸，每个所述的第二径向电动气缸的活塞杆伸缩端与用以吸附固定在管道外周面上的吸盘，每个所述的第二径向电动气缸均通过第二折弯连杆与上述的第一折弯连杆固连。


3.根据权利要求1所述的一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置，其特征在于：所述的连接组件包括第二连接杆和相机安装座，所述的第二工业相机可沿轴向滑动地安装于相机安装座上，相机安装座通过第二连接杆与圆锥状壳体的圆锥面固连。


4.根据权利要求1所述的一种基于激光与工业相机的管道质量检测装置，其特征在于：相邻所述的两个第二工业相机固连在一起。


5.一种基于激光与工业相机的管道质量检测方法，其特征在于步骤包括：
调试对中阶段：调试阶段主要使本装置与管道中心线保持同心；
利用工业相机在小于焦距的位置处成像突然变模糊的特点让本装置先移动到刚聚焦的初始位置处，此时工业相机与管道中心的位置直接为相机的焦距；
在相对位置初评处即用工业相机拍下管道入口处的形状，用于管道厚度的评估；
管道外径检测模块和内径检测模块同时、分别对不同断面相应参数进行检测，内径不同位置处的测量通过电缸推杆的移动实现，外径不同位置的检测通过机器人末端在Z轴上的移动实现，外径检测时支承式气缸需通气使软体吸盘吸附在管道外表面，当周向方向一个位姿检测完毕，转动一定角度，实现第二个位姿的内径和外径测量。


6.根据权利要求5所述的一种基于激光与工业相机的管道质量检测方法，其特征在于所述调试对中阶段采用如下方法：
1)将外推气缸排气，使其处于缩回状态；电缸处于缩回的初始状态
2)机器人末端搭载本装置靠近被检测管道的入口处；
3)通过工业相机初步判断并引导本装置使柔性检测模块进入管道内部；
4)基于显示屏的机器人位姿调试对中过程：机器人采用工具坐标系使本装置沿Z轴方向移动，打开斜置阵列激光发射器和水平阵列式矩形相机，沿管道方向选取三个等距断面，在第一个断面上微调机器人位姿，使显示屏外径测量区光斑距中心的位置总体最小，即初步对中；
精确对中时以轴向同一位置多个姿态下外径测量区光斑读数的标准差最小为准：采用Halcon机器视觉软件、基于卷积神经网络算法CNN对各相机获得的图像进行处理，得到各图像中光斑中心的坐标，采用Matlab软件读取Halcon处理得到的图片及计...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂琴，颜鹏，吴琪，岳东海，戴宜全，胡静怡，赵霁，
申请(专利权)人：常州信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32