一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置、检测装置、检测方法制造方法及图纸

一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置、检测装置、检测方法，涉及管道表面及亚表面缺陷的无损检测领域。解决了现有红外检测方法造成光纤、电缆缠绕造成检测工作效率低下的问题。所述方法包括：将所述采集装置放入待测管道内部；通过控制采集装置中的驱动机构，带动采集装置沿待测管道轴线做匀速运动；在运动过程中，半导体激光器发射激光信号，所述激光信号经第二90

【技术实现步骤摘要】
一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置、检测装置、检测方法


[0001]本专利技术涉及管道表面及亚表面缺陷检测领域，尤其涉及一种管道表面及亚表面缺陷的检测方法。

技术介绍

[0002]管道结构具有液体气体传输、贮存、导向等功能，具有运输量大、连续、经济安全、可靠以及投资少、占地少等优势，在石油、化工、冶金、军工、市政等领域发挥极为重要的作用。管道材料往往根据工作条件而选用不同材料，常用的有金属管道和复合材料管道。由于管道主体材料长期工作、运输物质的腐蚀性等原因会在管道内部表面及亚表面产生缺陷，针对金属管道，随着材料应力变化往往出现裂纹等缺陷，针对复合材料管道，往往出现脱粘、分层、裂纹等缺陷，这些缺陷的检测对管道性能安全早期诊断具有重要意义和实际应用价值。
[0003]目前国内对管道内表面及亚表面缺陷检测常采用超声、涡流及光学成像等无损检测方法，这些方法均对样件表面有要求，同时超声检测需要耦合剂，涡流检测方法检测结果不直观。光学成像检测方法具有非接触、检测直观等优势，是目前较为成熟的检测方法，但光学成像检测对表面缺陷较敏感，很难实现亚表面内部缺陷检测。因此，亟需一种无损检测方法实现管道内部表面及亚表面的非接触成像检测方法。
[0004]激光诱导红外热成像检测作为新兴无损检测技术具有非接触、大面积、检测直观等优势，该方法利用激光对样件进行激励，样件表面通过吸收将光能转化为热，样件缺陷处形成热积累形成温度差异，被红外相机捕捉。因此，采用红外热成像检测方法相比光学成像方法不仅能够实现表面缺陷检测，还能实现内部缺陷检测。现有技术CN105758889A公开了一种油气管道红外热波成像检测系统与方法，利用红外热波检测方法采用360
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旋转平台对管道内部进行检测，但实际操作过程由于管道具有狭长特征，相机光纤、电缆在旋转时会造成光纤及电缆缠绕，不具可行性。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决了现有红外检测方法造成光纤、电缆缠绕造成检测工作效率低下的问题。
[0006]本专利技术提供一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置，所述采集装置包括：
[0007]两组自适应弹性调整机构、驱动机构、红外相机、同轴连接杆、第一90
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锥形反射镜、锥形反射镜架、第二90
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锥形反射镜和半导体激光器；
[0008]所述驱动机构、红外相机、第一90
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锥形反射镜、第二90
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锥形反射镜、激光准直镜头和半导体激光器顺次排列、且同轴，所有部件通过同轴连杆固定连接在所述驱动机构和半导体激光器之间；
[0009]所述第一90
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锥形反射镜和第二90
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锥形反射镜底面相对镜像设置，且二者通过锥形反射镜架固定连接；
[0010]所述半导体激光器发射的激光经激光准直镜头发射至与其相邻的第二90
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锥形反射镜至待测管道的内表面形成环形光斑；所述红外相机用于采集相邻的第一90
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锥形反射镜反射的待测管道内壁图像；
[0011]所述自适应调整机构包括两组弹性支撑结构，驱动机构通过一组弹性支撑结构固定在待测管道内部，半导体激光器通过另一组弹性支撑结构固定在待测管道内部，所述驱动机构和半导体激光器与待测管道同轴；
[0012]所述驱动机构用于带动采集装置在待测管道沿其轴线、向半导体激光器一侧运动。
[0013]进一步，所述每组弹性支撑结构包括至少3个支撑单元，所述至少3个支撑单元位于同一平面内、且沿轴向均匀分布。
[0014]进一步，所述每组弹性支撑结构还包括至少3个车轮，每个支撑单元末端设置有一个车轮。
[0015]本专利技术还提供一种管道表面及亚表面缺陷的检测装置，所述检测装置包括：
[0016]采集装置和计算机；
[0017]所述采集装置为上述所述的一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置；
[0018]所述计算机内部嵌入由计算机软件实现的控制模块，所述控制模块包括：
[0019]激光器控制单元，用于发出控制信号给半导体激光器，控制所述半导体激光器发射激光信号；
[0020]驱动控制单元，用于发出控制信号给驱动机构，控制所述驱动机构带动采集装置沿待测管道轴线、向半导体激光器一侧匀速移动；
[0021]图像采集控制单元，用于发出控制信号给红外相机，控制所述红外相机采集环形红外图像序列；
[0022]图像收集单元，用于接收所述红外相机采集的红外图像序列。
[0023]本专利技术还提供一种管道表面检测方法，所述是基于上述所述的一种管道表面采集装置实现的，所述方法包括：
[0024]将所述采集装置放入待测管道内部；
[0025]通过控制采集装置中的驱动机构，带动采集装置沿待测管道轴线做匀速运动；
[0026]在运动过程中，半导体激光器发射激光信号，所述激光信号经第二90
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锥形反射镜反射，在待测管道内表面形成环形光斑，所述环形光斑为热源；
[0027]红外相机采集经第一90
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锥形反射镜反射的待测管道内壁的环形红外图像序列；
[0028]根据所述环形红外图像序列，获得缺陷信息。
[0029]进一步，所述所述根据所述环形红外图像序列，获得缺陷信息的过程为：
[0030]根据所述环形红外图像序列中第n幅红外图像像素点M'(m,n)确定管道内壁表面坐标M(r
M
,θ
M
,z
M
)：
[0031][0032]其中，r为管道半径，f为红外相机的焦距，r
M
为距离，θ
M
为角度，z
M
为环形红外图像
的轴向宽度，m为红外图像像素点M'的横向像素点，n代表红外图像像素点M'的纵向像素点。
[0033]进一步，所述红外相机将采集的环形红外图像序列发送给计算机处理，并获取检测结果，包括：
[0034]将环形红外图像序列转化为平面红外图像序列：
[0035][0036]其中，ρ为极径，θ为极角，Δθ为平面展开过程中x方向的分辨率，Δρ为平面展开过程中y方向的分辨率，R1,为环形红外图像的内径，R2为环形红外图像的外径，t为环形红外图像最大横向像素点，h为环形红外图像最大纵向像素点；
[0037]根据平面红外图像序列进行重合部分特征提取，获得平面红外图像；
[0038]通过提取相邻两张平面红外图像重合部分特征点信息，将彼此相邻两张图像拼接在一起，即最终得到一幅平面红外图像，该屏幕红外图像表示所述管道内表面。
[0039]进一步，所述计算机处理还包括对平面红外图像序列进行时空变换处理。
[0040]本专利技术的有益之处在于：
[0041]1.本专利技术提供克服传统光学成像检测方法只对表面缺陷进行检测的不足的问题，同时解决了现有红外检测方法造成光纤、电缆缠绕造成检测工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置，其特征在于，所述采集装置包括：两组自适应弹性调整机构、驱动机构、红外相机、同轴连接杆、第一90
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锥形反射镜、锥形反射镜架、第二90
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锥形反射镜和半导体激光器；所述驱动机构、红外相机、第一90
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锥形反射镜、第二90
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锥形反射镜、激光准直镜头和半导体激光器顺次排列、且同轴，所有部件通过同轴连杆固定连接在所述驱动机构和半导体激光器之间；所述第一90
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锥形反射镜和第二90
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锥形反射镜底面相对镜像设置，且二者通过锥形反射镜架固定连接；所述半导体激光器发射的激光经激光准直镜头发射至与其相邻的第二90
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锥形反射镜至待测管道的内表面形成环形光斑；所述红外相机用于采集相邻的第一90
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锥形反射镜反射的待测管道内壁图像；所述自适应调整机构包括两组弹性支撑结构，驱动机构通过一组弹性支撑结构固定在待测管道内部，半导体激光器通过另一组弹性支撑结构固定在待测管道内部，所述驱动机构和半导体激光器与待测管道同轴；所述驱动机构用于带动采集装置在待测管道沿其轴线、向半导体激光器一侧运动。2.根据权利要求1所述的一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置，其特征在于，所述每组弹性支撑结构包括至少3个支撑单元，所述至少3个支撑单元位于同一平面内、且沿周向均匀分布。3.根据权利要求2所述的一种管道表面采集装置，其特征在于，所述每组弹性支撑结构还包括至少3个车轮，每个支撑单元末端设置有一个车轮。4.一种管道表面及亚表面缺陷的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：采集装置和计算机；所述采集装置为权利要求1所述的一种管道表面及亚表面缺陷的采集装置；所述计算机内部嵌入由计算机软件实现的控制模块，所述控制模块包括：激光器控制单元，用于发出控制信号给半导体激光器，控制所述半导体激光器发射激光信号；驱动控制单元，用于发出控制信号给驱动机构，控制所述驱动机构带动采...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋鹏，刘俊岩，王飞，王永辉，孙靖翔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：