基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统及方法技术方案

本发明专利技术属于油气装备检测技术领域，尤其涉及一种基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统及方法。基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统及方法，使用单次拍摄即可快速重建出内螺纹轴向截面两侧多个螺牙的三维轮廓，实现了三个几何参数的一体化测量。基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测方法中包括有如下步骤：对基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统进行装配及调整；对基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统的参数进行标定；驱动基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，完成对待检测油管接箍的图像采集；对采集得到的图像进行处理，并重建出待检测油管接箍轴向截面的三维轮廓；计算待检测油管接箍内螺纹的几何参数等步骤。纹的几何参数等步骤。纹的几何参数等步骤。

【技术实现步骤摘要】
基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统及方法


[0001]本专利技术属于油气装备检测
，尤其涉及一种基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统及方法。

技术介绍

[0002]油管接箍作为海洋油气运输管道常用的连接件，在海洋油气装备中应用广泛，其内螺纹的质量直接影响海洋油气的正常开采。因此，对油管接箍的内螺纹进行的海洋油气安全检测尤为重要，但由于接箍内的空间限制，导致检测难度较大。其中，螺距、齿高和锥度都是内螺纹质量评价的关键指标，现有内螺纹参数检测方法有接触式与非接触式两类，接触式检测方法易划伤待测件表面，并且在生产线上最常用的人工手持量规的方法测量结果不稳定、效率低，还对检测人员的技术水平提出了较高要求。而非接触式检测方法则可以很好地解决上述问题，其中光谱共焦式内螺纹检测方法具有检测精度高、测量稳定性好的特点，但其单点测量效率低。光纤传感器测量则具有检测速度快、效率高的优势，但环境光线对测量精度影响较大，仪器的抗干扰能力弱。视觉检测方法同时具有检测精度高和效率高的优点，但狭小空间内的复杂螺纹检测对视觉测量手段提出了挑战。
[0003]为解决上述问题，本领域的技术人员作出了许多尝试，例如：中船重工鹏力（南京）智能装备系统有限公司的张峰专利号为CN 109341570 B的专利技术专利“一种基于机器视觉的内螺纹检测方法及系统”专利技术了一种基于工业相机和背光光源的内螺纹检测方法，该方法将背光光源置于内螺纹一端面进行打光，将配置广角镜头的工业相机置于光源对向采集图像并分析处理得到结果。由于内螺纹牙型呈凹凸状，相机只能观测螺牙的一侧，并且部分内螺纹螺牙的牙顶信息还会被相邻螺牙的牙根遮挡，因此该方法难以测量内螺纹完整螺牙的质量。
[0004]沈阳理工大学的姜月秋专利号为CN202011617096.8的专利技术专利“一种基于激光轮廓扫描的内螺纹检测仪及其检测方法”提出了利用激光轮廓扫描仪和反射镜的内螺纹检测方法，测量装置利用反射镜可观测完整的内螺纹螺牙，但该反射镜非常小，单次测量螺牙数量少，并且测量系统一次成像只能重建内螺纹单侧轮廓，需旋转和进给测量才能测全内螺纹的三个参数，检测效率低，测量过程较为冗余。
[0005]综上所述，现有海洋油管接箍的内螺纹参数检测方法均存在着较大局限性。因此，研究一种全新的内螺纹几何参数高精度、高效率的视觉检测方法具有重要研究意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统及方法，该检测系统及方法针对现有内螺纹测量方法存在的问题，结合海洋油气装置中油管接箍内螺纹的使用工况及其全周损伤一致的事实，以提高内螺纹检测精度和效率为目标，根据内螺纹几何参数的定义方式，使用单次拍摄即可快速重建出内螺纹轴向截面两侧多个螺牙的三维轮廓，实现了三个几何参数的一体化测量；相比现有测量方法，具有检测装置更简单、单次测
量牙数更多、测量效率和精度更高等优势。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，包括有：电控三轴运动导轨以及L型的系统夹具；其中，系统夹具的短边上设置有螺纹孔；通过螺纹连接，系统夹具的短边固定安装在电控三轴运动导轨上；系统夹具的长边上安装有双平面镜夹具、三角定位装置、线激光器夹具以及相机夹具；双平面镜夹具由卡槽结构和立体支撑构成；其中，卡槽结构用于放置由左平面镜和右平面镜构成的双平面镜，立体支撑用于保证双平面镜的安装固定；线激光器夹具由半圆柱支撑架以及与半圆柱支撑架相配合的盖体构成；其中，半圆柱支撑架与盖体之间通过螺栓连接，用于固定线激光器；相机夹具为一钝角转接件，其一端通过螺栓与系统夹具的长边固定连接，其另一端通过螺栓固定安装有相机；较为优选的，还包括有：油管接箍支架；所述油管接箍支架用于固定放置待检测油管接箍，且油管接箍支架的轴线方向与电控三轴运动导轨的给进方向相同。
[0008]较为优选的，所述三角定位装置设置在双平面镜夹具和线激光器夹具之间位置处；其外形呈圆环状，圆环状的外沿处设置有三角斜面；所述三角斜面用于在油管接箍内螺纹参数检测系统对中时卡紧待检测油管接箍的端面，从而确保线激光器与待检测油管接箍的轴线方向同轴。
[0009]较为优选的，左平面镜、右平面镜为一对异形切割且镜像对称的平面镜，其表面分别镀有反射膜。
[0010]另一方面，本专利技术提供了一种基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测方法，该油管接箍内螺纹参数检测方法基于如上述中任意一项所述的油管接箍内螺纹参数检测系统，包括有如下步骤：步骤一、对基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统进行装配及调整；步骤二、对基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统的参数进行标定；步骤三、驱动基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，完成对待检测油管接箍的图像采集；步骤四、对步骤三采集得到的图像进行处理，并重建出待检测油管接箍轴向截面的三维轮廓；步骤五、计算待检测油管接箍内螺纹的几何参数。
[0011]较为优选的，还包括有如下步骤：步骤六、判断基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统是否需要继续给进检测；在全部给进检测完成后，通过点云拼接算法，将所有给进检测的测量结果拼接形成完整的待检测油管接箍内螺纹三维轮廓。
[0012]较为优选的，所述步骤二具体可描述为：在测量物距下放置标定板；
以标定板中心为原点O、垂直标定板向上的方向为W轴、平行标定板两边的方向分别为U轴与V轴，建立世界坐标系O
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UVW，并使得线激光平面能经过原点O；通过相机采集标定板图像，以确定相机坐标系在世界坐标系O
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UVW下的位姿；开启线激光器，将线激光投射在标定板上；设激光平面与标定板相交于直线AB，利用灰度重心法提取图像中激光条AB上的所有点，再依据已标定的系统参数，计算出激光条AB上各点的三维坐标；将标定板前后平移至另一位置固定，重复上述步骤，计算出激光条A'B'上各点在世界坐标系O
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UVW下的三维坐标；基于获得的AB与A'B'上各点的三维坐标，拟合出线激光平面的位姿，以此完成检测系统的参数标定；测量左平面镜、右平面镜这两块平面镜与线结构光视觉系统的相对位置，获得两块平面镜的镜面反射关系，实现镜中虚像到物体实像之间的转换。
[0013]较为优选的，所述步骤四具体可描述为：利用阈值分割、形态学处理和图像增强算法按序对采集得到的图像作预处理；利用区域分割算法，分别提取出投射在待检测油管接箍轴向截面左右两侧的线激光有效区域；使用Canny边缘算法对图像中线激光轮廓进行亚像素提取，得到线激光轮廓的像素信息；基于已标定的线结构光测量模型和对应平面镜的镜面反射关系，重建出待检测油管接箍轴向截面的三维轮廓。
[0014]较为优选的，所述步骤五具体可描述为：从重建出的待检测油管接箍轴向截面两侧轮廓中分别提取出十个连续螺牙，并对提取的螺牙点云进行直线拟合，得到待检测油管接箍轴向截面两侧的中径线，并通过两条中径线计算出待检测油管接箍的轴线；在中径线的基础上，根据重建轮廓中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，其特征在于，包括有：电控三轴运动导轨（6）以及L型的系统夹具（7）；其中，系统夹具（7）的短边上设置有螺纹孔；通过螺纹连接，系统夹具（7）的短边固定安装在电控三轴运动导轨（6）上；系统夹具（7）的长边上安装有双平面镜夹具（8）、三角定位装置（9）、线激光器夹具（11）以及相机夹具（12）；双平面镜夹具（8）由卡槽结构和立体支撑构成；其中，卡槽结构用于放置由左平面镜（2）和右平面镜（3）构成的双平面镜，立体支撑用于保证双平面镜的安装固定；线激光器夹具（11）由半圆柱支撑架以及与半圆柱支撑架相配合的盖体构成；其中，半圆柱支撑架与盖体之间通过螺栓连接，用于固定线激光器（4）；相机夹具（12）为一钝角转接件，其一端通过螺栓与系统夹具（7）的长边固定连接，其另一端通过螺栓固定安装有相机（5）。2.根据权利要求1所述的基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，其特征在于，还包括有：油管接箍支架（10）；所述油管接箍支架（10）用于固定放置待检测油管接箍（1），且油管接箍支架（10）的轴线方向与电控三轴运动导轨（6）的给进方向相同。3.根据权利要求1所述的基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，其特征在于，所述三角定位装置（9）设置在双平面镜夹具（8）和线激光器夹具（11）之间位置处；其外形呈圆环状，圆环状的外沿处设置有三角斜面；所述三角斜面用于在油管接箍内螺纹参数检测系统对中时卡紧待检测油管接箍（1）的端面，从而确保线激光器（4）与待检测油管接箍（1）的轴线方向同轴。4.根据权利要求1所述的基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，其特征在于，左平面镜（2）、右平面镜（3）为一对异形切割且镜像对称的平面镜，其表面分别镀有反射膜。5.基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测方法，所述油管接箍内螺纹参数检测方法基于如权利要求1
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4中任意一项所述的油管接箍内螺纹参数检测系统，其特征在于，包括有如下步骤：步骤一、对基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统进行装配及调整；步骤二、对基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统的参数进行标定；步骤三、驱动基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统，完成对待检测油管接箍（1）的图像采集；步骤四、对步骤三采集得到的图像进行处理，并重建出待检测油管接箍（1）轴向截面的三维轮廓；步骤五、计算待检测油管接箍（1）内螺纹的几何参数。6.根据权利要求5所述的基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测方法，其特征在于，还包括有如下步骤：步骤六、判断基于双平面镜的油管接箍内螺纹参数检测系统是否需要继续给进检测；在全部给进检测完成后，通过点云拼接算法，将所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李肖，周晶玉，李伟，杨岩鹏，陈怀远，陈兴佩，袁新安，殷晓康，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：