基于圆结构光视觉传感器的管道内表面检测系统属于无损测量领域。本发明专利技术包括位于管道内部的圆结构光投射器和摄像机，摄像机通过电缆外接图像采集卡到计算机上；其特征在于：采用摄像机和圆结构光投射器沿管道轴向的排列，并保证摄像机光学中心和圆锥曲面中心轴向对准；其中摄像机和结构光投射器之间的轴向距离大于l，其中的r为管道内径，A为结构光投射器的发散半锥角，以保证投射的圆结构光条能够被摄像机拍摄到。本发明专利技术利用摄像机和激光器的轴向放置，有效减小了视觉传感器的体积，实现了管道内部受限空间的三维测量。每个管道截面只进行一次测量即可获取管道整个截面三维信息，避免单点测量扫描装置的复杂性，提高了测量速度。
【技术实现步骤摘要】
基于圆结构光视觉传感器的管道内表面检测系统属于无损检测
技术介绍
管道作为主要的气体和液体传输手段，在现代工业的各个领域得到了广泛应用。 由于管道输送的气体或液体大部分都具有易燃、易爆、高腐蚀性等特点，因此需要定期对管道内表面进行三维检测，以确保管道的安全运行。目前管道内表面检测技术主要有漏磁技术、涡流检测技术、超声波检测技术和视频检测等无损检测技术。(I)漏磁检测技术漏磁检测技术需将被测管道磁化，利用磁敏探头采集管壁表面的漏磁信号，通过管壁磁力线的变化来判断管道缺陷，通过缺陷大小和磁力线变化程度之间的对应关系确定管壁受损情况。漏磁检测要求管壁达到完全磁性饱和，其对被检测管道材质具有选择性，且测试精度与管壁厚度有关，检测壁厚范围小于12mm。由于漏磁检测精度较低，只适于检测管道腐蚀突变的场合，对于浅、长且窄的金属损失缺陷，利用漏磁检测技术难以检测出来。且当检测管道为套管，或管道外部有金属管架支撑、法兰时都会产生电磁干扰，使得测量精度和准确率下降。(2)超声波检测技术超声波检测利用声发射器按照一定脉冲频率向管道内发射并接收相应的声波反射信号，根据超声波从管道内外壁返回所需的时间来确定管道的壁厚，检测精度较高。但超声波检测需要多次发射和接收声波信号才能完成对一个瑕疵或某个截面位置管壁内表面的检测，检测效率低。且超声波检测对噪声、管道温度变化等较敏感，不能检测到较小的管道壁厚减薄量，且由于超声波检测沿管道外壁实现测量，对换热器和反应器等列管安装形式的管道不能实现在线检测。(3)光环截面法英国学者Olga Duran采用光环截面法，通过向管道内表面投射激光光源，利用 CCD摄像机拍摄激光光源投射到管道内表面形成的圆环状光带，并利用圆环光带图像灰度信息判断管道内表面腐蚀情况。该检测方法的轴向定位精度和投射的圆环宽度有关，且相邻圆环光带间容易发生信息的重叠，不能精确测量管道内表面腐蚀和瑕疵的三维信息。(4) PSD 检测法浙江大学研究了基于位置敏感器PSD和激光光源的微细管道内表面三维检测方法。该方法利用PSD和激光单点扫描法管道内表面，基于光学三角法确定管道截面上某点的三维位置。但该方法需要扫描装置，因而结构复杂，测量效率较低。且由于传感器自身遮挡管道内表面存在测量盲区。综上所述，现有检测技术存在以下不足I)漏磁检测和超声波检测虽然能实现管道内表面三维测量，但精度较低，不能测量管道内部的微小腐蚀变化，且不适于任意材质和任意安装形式管道的检测，有较大的局限性。2)光环截面法较为简单，但相邻圆环间会发生信息重叠，不能实现精确三维测量。3)PSD检测可以实现精确三维测量，但需要扫描装置，结构复杂，测量效率低。
技术实现思路
针对目前管道内表面检测方法的不足，基于结构光视觉测量原理，专利技术一种基于圆结构光的高精度管道内表面三维视觉传感器测量系统，实现对管道内表面缺陷的精确三维测量。基于圆结构光视觉传感器的管道内表面检测系统，包括位于管道内部的圆结构光投射器和摄像机，摄像机通过电缆外接图像采集卡到计算机上；其特征在于采用摄像机和圆结构光投射器沿管道轴向的排列，并保证摄像机光学中心和圆锥曲面中心轴向对准；摄像机固定在一个支架上；将滑座放在一维导轨上，并通过支杆连接管道架托，然后将管道沿一维导轨方向放在管道架托上；圆结构光投射器固定在一维导轨的一侧；能在导轨上移动的靶标放置一维导轨上，且置于摄像机和圆结构光投射器之间；摄像机和结构光投射器之间的轴向距离I取决于管道半径和圆结构光投射器的发散角，其中Z>i/tanj，其中的r为管道内径，A为结构光投射器的发散半锥角，以保证投射的圆结构光条能够被摄像机拍摄到。系统测量原理圆结构光视觉传感器测量原理如图I示，圆结构光投射器投射圆锥光曲面，和空间平面相交成圆光条，该圆光条被摄像机拍摄成像。P点为圆结构光曲面和空间平面相交的圆光条上一点，其对应的图像点为P。若像点P的图像坐标为(X，y)，空间点P在摄像机坐标系OcIcTc^下的坐标为(X。，y。，z。)1，则像点P和空间点P的关系用齐次坐标表示为权利要求1.基于圆结构光视觉传感器的管道内表面检测系统，包括位于管道内部的圆结构光投射器和摄像机，摄像机通过电缆外接图像采集卡到计算机上；其特征在于采用摄像机和圆结构光投射器沿管道轴向的排列，并保证摄像机光学中心和圆锥曲面中心轴向对准；摄像机固定在一个支架上；将滑座放在一维导轨上，并通过支杆连接管道架托，然后将管道沿一维导轨方向放在管道架托上；圆结构光投射器固定在一维导轨的一侧；能在导轨上移动的靶标放置一维导轨上，且置于摄像机和圆结构光投射器之间；摄像机和结构光投射器之间的轴向距离大于l，/>i/tanj，其中的r为管道内径，A为结构光投射器的发散半锥角。全文摘要基于圆结构光视觉传感器的管道内表面检测系统属于无损测量领域。本专利技术包括位于管道内部的圆结构光投射器和摄像机，摄像机通过电缆外接图像采集卡到计算机上；其特征在于采用摄像机和圆结构光投射器沿管道轴向的排列，并保证摄像机光学中心和圆锥曲面中心轴向对准；其中摄像机和结构光投射器之间的轴向距离大于l，其中的r为管道内径，A为结构光投射器的发散半锥角，以保证投射的圆结构光条能够被摄像机拍摄到。本专利技术利用摄像机和激光器的轴向放置，有效减小了视觉传感器的体积，实现了管道内部受限空间的三维测量。每个管道截面只进行一次测量即可获取管道整个截面三维信息，避免单点测量扫描装置的复杂性，提高了测量速度。文档编号G01N21/88GK102590217SQ20121000928公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日专利技术者于涛, 张瑞, 王颖, 赵利强 申请人:北京化工大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，张瑞，赵利强，于涛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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