本发明专利技术提出一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置及方法。所述装置调节控制激光器产生一定强度的激光，通过光纤传导，经过准直镜、鲍威尔棱镜等一系列透镜镜组的作用，是激光镜头输出线型光斑；光激光斑沿着轴线方向加载到管道内孔表面，在管道内表面周向旋转扫描运动，并控制红外热像仪同步采集记录管道内表面的热波信号变化情况，通过数据线传输至计算机存储；计算机对采集到的表面热波信号进行数据处理分析，通过扫描静态重构技术、特征提取算法、图像处理技术实现对裂纹缺陷的检测识别。裂纹缺陷的检测识别。裂纹缺陷的检测识别。
【技术实现步骤摘要】
一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置及方法
[0001]本专利技术属于光热科学与探测及信号处理
，特别是涉及一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置及方法。该检测装置适用于管道内表面浅表层缺陷的精准无损检测与评价领域。
技术介绍
[0002]目前针对管道检测的常规无损检测方法各有各自的特点和局限性，较难用于管道内表面裂纹的检测与判别。管道内表面裂纹主要产生在其内孔表面，超声检测需要耦合剂会对管道表面产生二次污染；激光全息无损检测对实施条件要求比较高并且当厚度很大时，管道内表面裂纹对表面位移造成的影响很小，检测效果较差；除工业CT方法外，其它常规的无损检测方法很难对管道内孔表面的裂纹缺陷位置、大小尺寸给出准确的定量判断，但工业CT方法受到设备复杂、试验时间长、成本高等因素制约，很难进行现场即时管道内表面浅表层裂纹缺陷检测。因此需要一种能够方便、快速、有效的对管道内表面浅表层裂纹缺陷现场精准检测识别的技术手段。红外无损检测技术已发展较为成熟，在复合材料表面及浅表层缺陷检测中广泛使用且效果显著，针对管道内表面裂纹缺陷检测，红外热波成像检测技术具有较大的潜力。对于大尺寸的物体进行缺陷检测，线扫描检测方式无疑是效率最高的，而现有的红外扫描检测研究来看，更多的都是平面移动扫描，对于曲面内表面的扫描检测研究较少。
[0003]在已有研究中，陈希君等(CN201721902178.0)专利技术了一种管道内窥机器人，机器人支撑架的上下部的四个角上均设置有伸缩脚架，伸缩脚架的一端设置在支撑架上，伸缩脚架的另一端设置有行走轮，使得支撑架依靠行走轮能撑在管道内移动，支撑架内竖直设置有旋转杆，旋转杆能360
°
旋转，旋转杆上设置有摄像头和聚光灯，摄像头的拍摄方向和聚光灯的照射方向一直，且均能随旋转杆同步转动，支撑架通过控制线连接在控制器上，控制器通过控制线控制行走轮在管道内行走，控制器通过控制线与旋转杆电连接，控制旋转杆的转动角度。该技术专利主要利用了光学相机与机器人的组合，可实现对管道表面状况进行检测。王宣银等(CN201810764712.9)专利技术了一种多方向管道检测及自适应管径的螺旋驱动管道机器人，该专利技术将管道图像采集、管道探测、管道检修等功能集成于一个管道机器人中,为实时监测管道内环境及管道质量提供了技术手段,为制定管道养护方案提高了数据支持,利于市政部门对城市排水管道的远程监控和信息化管理。但是目前没有任何一种装置可以实现管道内表面浅表层缺陷的有效检测。
[0004]为了充分利用红外热波成像检测技术实现管道内表面表层及浅表层缺陷的内窥检测，本专利技术涉及一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置，该专利技术基于热流干涉与衍射特性机制与红外热波成像探测理论，能够实现针对内孔直径范围120
‑
180mm之间的复合材料、金属材料以及高分子聚合物管道内表面裂纹缺陷(深度＜1mm)的高效精准检测。
技术实现思路
[0005]本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置及方法。该专利技术适用于管道内表面浅表层缺陷的精准无损检测与评价领域。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置，所述成像检测装置包括装置主体、待测管道、第一USB数据线、y轴数据线、x轴数据线、计算机、第二USB数据线、运动控制箱、激光光纤和激光器；所述装置本体由第一反射镜、第二反射镜、红外热像仪、鲍威尔棱镜、准直镜、第一行星减速步进电机和第二行星减速步进电机组成，工作在待测管道中；
[0007]所述的计算机设有两个信号端，计算机的其中一个信号端通过第一USB数据线与红外热像仪的信号端连接，控制红外热像仪和接收红外热像仪采集的热波图像；计算机的第二个信号端通过第二USB数据线与运动控制箱的信号输入端连接，运动控制箱有两个输出端，分别通过x轴数据线、y轴数据线与第一行星减速步进电机、第二行星减速步进电机相连，进而控制两个步进电机的运动；激光器产生激光，通过激光光纤传输与装置本体中的准直镜相连；第一反射镜与红外热像仪相连；第二反射镜与鲍威尔棱镜、准直镜依次相连。
[0008]本专利技术提出一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置的检测方法，所述检测方法具体包括：
[0009]步骤一：明确待检测管道的直径，调整装置主体中第一反射镜、第二反射镜的角度以及红外热像仪的焦距；
[0010]步骤二：将调整好的装置主体放置于检测管道内；
[0011]步骤三：开启面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置；
[0012]步骤四：开启激光器和红外热像仪并等待一定时间，待设备状态稳定后进行使用；
[0013]步骤五：通过计算机操作运动控制箱，控制装置主体在待测管道中运动，其中x轴运动为头部的旋转，y轴运动为装置主体沿管道轴向的移动；
[0014]步骤六：开启激光输出，通过计算机操作红外热像仪对待测管道的内壁进行实时成像，同时控制装置主体的x轴运动，进行待测管道内壁的周向扫描，控制装置主体的y轴运动，进而调整扫描的区段；
[0015]步骤七：计算机储存红外热像仪采集的热波数据，进行静态重构；
[0016]步骤八：对静态重构后的热波信号进行离散余弦变换，提取特征信息；
[0017]步骤九：试验结束后，间隔5分钟后，关闭激光器、计算机、运动控制箱以及红外热像仪设备。
[0018]进一步地，在步骤三中，对红外热像仪、计算机和运动控制箱进行开启。
[0019]进一步地，所述一定时间为5分钟。
[0020]进一步地，在步骤七中，取视场中热源所在位置与热源运动方向垂直的ΔPixel_x列像素，定义为用于静态重构的采集像素数，在扫描过程中ΔPixel_x列像素会跟随热源扫过被检测物体的表面并按照一定频率采集记录，要想使ΔPixel_x列像素能够记录到扫过的全部范围的热波信号，则ΔPixel_x需要满足下列关系式：
[0021][0022]式中ΔPixel_x表示采集像素数；Single_Pixel表示单像素所对应物理尺寸(mm)；v表示扫描速度(mm/s)；f表示采集频率(Hz)。
[0023]进一步地，静态重构时要求采集像素数ΔPixel_x为整数，并且采集频率f也受相机的频率限制，因此通过调整扫描速度v和单像素所对应物理尺寸Single_Pixel的大小来满足关系式(1)成立；当满足关系式(1)时，取采集到第一帧图像热源所在位置的ΔPixel_x列像素对应的热波信号作为重构后第一帧的0
‑
ΔPixel_x列像素对应的热波信号，第二帧同样位置的ΔPixel_x列像素对应的热波信号作为重构后第一帧的ΔPixel_x+1
‑
2ΔPixel_x列像素对应的热波信号，以此类推到第n帧图像得到重构后的第一帧图像；
[0024]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置，其特征在于，所述成像检测装置包括装置主体、待测管道、第一USB数据线、y轴数据线、x轴数据线、计算机、第二USB数据线、运动控制箱、激光光纤和激光器；所述装置本体由第一反射镜、第二反射镜、红外热像仪、鲍威尔棱镜、准直镜、第一行星减速步进电机和第二行星减速步进电机组成，工作在待测管道中；所述的计算机设有两个信号端，计算机的其中一个信号端通过第一USB数据线与红外热像仪的信号端连接，控制红外热像仪和接收红外热像仪采集的热波图像；计算机的第二个信号端通过第二USB数据线与运动控制箱的信号输入端连接，运动控制箱有两个输出端，分别通过x轴数据线、y轴数据线与第一行星减速步进电机、第二行星减速步进电机相连，进而控制两个步进电机的运动；激光器产生激光，通过激光光纤传输与装置本体中的准直镜相连；第一反射镜与红外热像仪相连；第二反射镜与鲍威尔棱镜、准直镜依次相连。2.一种基于权利要求1所述的面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括：步骤一：明确待检测管道的直径，调整装置主体中第一反射镜、第二反射镜的角度以及红外热像仪的焦距；步骤二：将调整好的装置主体放置于检测管道内；步骤三：开启面向管道内表面浅表层缺陷的移动式红外热波成像检测装置；步骤四：开启激光器和红外热像仪并等待一定时间，待设备状态稳定后进行使用；步骤五：通过计算机操作运动控制箱，控制装置主体在待测管道中运动，其中x轴运动为头部的旋转，y轴运动为装置主体沿管道轴向的移动；步骤六：开启激光输出，通过计算机操作红外热像仪对待测管道的内壁进行实时成像，同时控制装置主体的x轴运动，进行待测管道内壁的周向扫描，控制装置主体的y轴运动，进而调整扫描的区段；步骤七：计算机储存红外热像仪采集的热波数据，进行静态重构；步骤八：对静态重构后的热波信号进行离散余弦变换，提取特征信息；步骤九：试验结束后，间隔5分钟后，关闭激光器、计算机、运动控制箱以及红外热像仪设备。3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在步骤三中，对红外热像仪、计算机和运动控制箱进行开启。4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述一定时间为5分钟。5.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在步骤七中，取视场中热源所在位置与热源运动方向垂直的ΔPixel_x列像素，定义为用于静态重构的采集像素数，在扫描过程中ΔPixel_x列像素会跟随热源扫过被检测物体的表面并按照一定频率采集记录，要想使ΔPixel_x列像素能够记录到扫过的全部范围的热波信号，则ΔPixel_x需要满足下列关系式：式中ΔPixel_x表示采集像素数；Single_Pixel表...
【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，刘俊岩，岳卓言，宋鹏，孟祥林，王永辉，孙靖翔，陈明君，岳洪浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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