CN104655654A - 基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密测量方法，为有效地校正由于视像管与待测管道未精确对准所引起的管内缺陷尺寸测量误差，提高测量精度，基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，包括下列步骤：根据待测管道直径，制作标准栅格标定模板，栅格模板高度大于管道测量深度；将标准栅格标定模板平整粘贴于待测管道内壁，并使其在管道中的纵深位置与管道测量位置相同；驱动视像管进入待测管道，对标准栅格标定模板进行完整移动扫描，同步图像采集，并展开、拼接；制作畸变率数据表；根据待测缺陷中心的位置查找数据表中对应的尺寸畸变率，利用校正数学模型对特征参数测量结果进行校正。本发明主要应用于个管道精密测量。

Description

基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法

技术领域

本发明属于精密测量方法，特别涉及一种基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法。

背景技术

微细管道在航空航天、汽车、能源及冶金、化工等领域中的应用越来越广泛，尤其在一些关键部件或装置的精密铸造过程中，由于灰尘或气隙的存在，在微细管道内壁表面常常会产生一些微小的凹坑等缺陷，有时在微细管道的内部也会存在一些微小的气室，经后续机加工或经过长期使用，可能使内部的微小气室暴露形成小凹坑或出现裂纹、划痕等缺陷，从而引起部件内部尤其是连接处高压气体或液体的泄漏，造成设备性能的降低，甚至酿成安全事故。因此，对微细管道管内缺陷特征参数(面积、直径等)的测量具有十分重要的意义。

为满足微细管道管内缺陷特征参数测量自动化、高精度、高效率等方面的需求，近年来，在突破已有管道管内缺陷测量方法中传感器内置传统模式的基础上，提出了外部光源导入、内部图像导出的新思路，将照明光源和图像采集器件放置在待测管道外部，通过视像管将外部照明光导入管内待测区域，同时由同一视像管将待测区域的全景光学图像导出，经环形区域图像提取、展开、拼接后，结合图像信息处理技术等实现微细管道管内缺陷特征参数的非接触、自动测量。

为实现高精度测量，要求视像管和被测管道严格对准。但在实现过程中，由于装配、定位等各种因素影响，视像管与待测管道的对准总会存在一定的偏差，从而使拼接图像产生一定的畸变，最终导致微细管道管内缺陷特征参数测量结果存在一定的误差。因此，在视像管与待测管道对准存在偏差时，如何通过对其测量结果进行校正，以实现高精度的微细管道管内缺陷特征参数测量是一个关键问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，提供一种基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，该方法可以有效地校正由于视像管与待测管道未精确对准所引起的管内缺陷尺寸测量误差，从而提高测量精度。为此，本发明采取的技术方案是，基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，包括下列步骤：

根据待测管道直径，制作标准栅格标定模板，栅格模板高度大于管道测量深度；

将标准栅格标定模板平整粘贴于待测管道内壁，并使其在管道中的纵深位置与管道测量位置相同；

驱动视像管进入待测管道，对标准栅格标定模板进行完整移动扫描，同步图像采集，并展开、拼接；

对拼接后的栅格图像进行处理，在同一行中，得到相邻栅格线之间的距离，将其与标准值进行比较得到该位置处的尺寸畸变率k；在纵向每隔一段距离设置一个采样行，对该行所有相邻栅格线进行尺寸畸变率计算，如此反复，直到得到整个图像不同位置处的尺寸畸变率数据，并制作畸变率数据表；

根据待测缺陷中心的位置查找数据表中对应的尺寸畸变率，利用校正数学模型对特征参数测量结果进行校正。

将其与标准值进行比较得到该位置处的尺寸畸变率k具体是，通过计算拼接后图像中任意一行中的两条平行线的间距，将其与理论间距相除，即得到当前位置的尺寸畸变率k。

对测量结果的校正，直接采用该缺陷点的尺寸畸变率的倒数，反作用于缺陷面积，即：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{S}{k}$

式中，为校正后缺陷面积，S为校正前缺陷面积；

则校正后缺陷的直径为：

$\stackrel{\‾}{D}=2p\sqrt{\frac{S}{\mathrm{k\π}}}$

式中，p为像素当量，单位为mm/pixel。

与已有技术相比，本发明的技术特点与效果：

本发明在已有测量手段存在不足，对准方法存在误差，导致所采集图像出现畸变的情况下，通过尺寸畸变率计算和结果校正的方法，以提高微细管道管内缺陷特征参数的测量精度。本方法无需昂贵的硬件设备，效果显著，重复性好，可靠性高。

附图说明

图1为理想对准截面和实际非对准截面示意图。

图2为对准和非对准情况下视像管截面圆心相对管壁的张角变化示意图。

图3为标准栅格标定模板。

图4为某对中状态下不同图像位置尺寸畸变率标定示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，该方法通过计算图像中不同位置的尺寸畸变率，可以有效地校正由于视像管与待测管道未精确对准所引起的管内缺陷尺寸测量误差，从而提高测量精度。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，并进一步包括下列步骤：

根据待测管道直径，制作标准栅格标定模板。要求栅格模板高度大于管道测量深度；

将标准栅格标定模板平整粘贴于待测管道内壁，并使其在管道中的纵深位置与管道测量位置相同；

驱动视像管进入待测管道，对标准栅格标定模板进行完整移动扫描，同步图像采集，并展开、拼接；

对拼接后的栅格图像进行处理。在同一行中，得到相邻栅格线之间的距离，将其与标准值进行比较(相除)即可得到该位置处的尺寸畸变率k。利用这种方法，在纵向每隔一段距离设置一个采样行，对该行所有相邻栅格线进行尺寸畸变率计算，如此反复，直到得到整个图像不同位置处的尺寸畸变率数据，并制作畸变率数据表；

根据待测缺陷中心的位置查找数据表中对应的尺寸畸变率，利用校正数学模型对特征参数测量结果进行校正。

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本专利申请发明一种全新的基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法。由于测量系统中各部件装配、定位等多种因素的影响，视像管与待测管道的对准总会存在一定的偏差，从而使拼接图像产生一定的畸变。本发明仅通过标准栅格标定模板，得到测量图像中所有位置处的尺寸畸变率，并通过尺寸畸变率，直接对特征参数测量结果进行校正。

如图1所示，左图为视像管和被测管道理想对准时的截面示意图，右图为视像管和被测管道非对准，且存在径向偏移时的截面示意图。图中R为被测管道半径，O₁为待测管道截面圆心，O₂为视像管截面圆心，s为缺陷的长度(弧长)，α和β分别为对准和非对准时视像管截面圆心相对管内缺陷的张角，x为非对准时视像管截面圆心相对被测管道截面圆心的偏移距离。当视像管和被测管道非对准，出现截面圆心x偏移时，将引起：(1)视像管截面圆心相对被测管壁的张角变化(图中角α变为角β)，由此产生图像畸变。(2)视像管截面圆心相对被测管壁的距离变化，即不同位置管壁其成像物距不同，从而导致不同位置管壁的成像大小各异(成像畸变)。但第(2)项成像畸变较小，一般可忽略不计，主要校正张角变化导致的图像畸变。

如图2所示，为对准和非对准情况下视像管截面圆心相对管壁的张角变化示意图。由图可以看出，同样的一段小圆弧(缺陷)ds，在不同情况下，对应不同的张角变化dα和dβ。张角的变化直接影响了成像尺寸畸变，因此定义尺寸畸变率k，用来评价某位置处的尺寸畸变情况：

$k=\frac{\mathrm{d\β}}{\mathrm{d\α}}---\left(1\right)$

进一步，根据图中的几何关系可得：

$k=\frac{\mathrm{d\β}}{\mathrm{d\α}}=\frac{\frac{\frac{D}{2}\cos \mathrm{\α}}{\frac{D}{2}\cos \mathrm{\α}-x}+{\left(\frac{\frac{D}{2}\sin \mathrm{\α}}{\frac{D}{2}\cos \mathrm{\α}-x}\right)}^2}{{\left(\frac{\frac{D}{2}\sin \mathrm{\α}}{\frac{D}{2}\cos \mathrm{\α}-x}\right)}^2+1}---\left(2\right)$

上式中，D为被测管道直径，α为对准时视像管截面圆心相对管内缺陷的张角，x为非对准时视像管截面圆心相对被测管道截面圆心的偏移距离。测量过程中，D和α通常保持不变，因此公式(2)可以看出，尺寸畸变率k是一个关于x的函数。对于某个缺陷来说，由于其尺寸通常都很微小，因此在其测量过程中，x的变化也很小，畸变校正时可以采用同一个尺寸畸变率对整个缺陷进行校正。但由于测量过程中，x很难测定，因此也无法根据公式(2)确定尺寸畸变率。

由公式(1)可知，尺寸畸变率k其实是张角变化量的比值，由于张角变化量在数值上很小，由数学知识可知，张角变化量近似等于对应弧长(尺寸)的变化量。因此，可以通过尺寸的变化量来确定尺寸畸变率k。

下面为通过标准模板尺寸的变化量来确定尺寸畸变率k，并进而进行缺陷面积、直径等特征参数测量结果校正的步骤。

如图3所示，为标准栅格标定模板。模板制作时，要求栅格模板高度大于管道需要的测量深度，并将宽度进行50栅格等分。将标准栅格标定模板平整粘贴于待测管道内壁，并使其在管道中的纵深位置与管道测量位置相同

驱动视像管进入待测管道，对标准栅格标定模板进行完整移动扫描，同步图像采集，并展开、拼接。如图4所示，为对于某对中状态下不同图像位置尺寸畸变率的标定示意图。由于标准栅格间距已知，通过计算拼接后图像中任意一行中的两条平行线的间距，将其与理论间距相除，即可得到当前位置的尺寸畸变率k。利用这种方法，在纵向每隔一段距离设置一个采样行，对该行所有相邻栅格线进行尺寸畸变率计算，如此反复，直到得到整个图像不同位置处的尺寸畸变率数据，并制作畸变率数据表。

由于缺陷尺寸较小，整个缺陷区域的尺寸畸变率变化不大，为快速校正，对于整个缺陷可以用一个尺寸畸变率进行校正。由于这个尺寸畸变率作用于缺陷轮廓的每一行，则畸变校正后，缺陷面积与校正前的面积成比例关系，比例系数即是尺寸畸变系数。因此，对测量结果的校正，可以直接采用该缺陷点的尺寸畸变率的倒数，反作用于缺陷面积，即：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{S}{k}$

式中，为校正后缺陷面积，S为校正前缺陷面积，校正前缺陷面积可基于缺陷测量图像，通过特征提取、椭圆拟合等得到。

则校正后缺陷的直径为：

$\stackrel{\‾}{D}=2p\sqrt{\frac{S}{\mathrm{k\π}}}$

式中，p为像素当量，单位为mm/pixel。

Claims (3)

1.一种基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，其特征是，包括下列步骤：

根据待测管道直径，制作标准栅格标定模板，栅格模板高度大于管道测量深度；

将标准栅格标定模板平整粘贴于待测管道内壁，并使其在管道中的纵深位置与管道测量位置相同；

驱动视像管进入待测管道，对标准栅格标定模板进行完整移动扫描，同步图像采集，并展开、拼接；

对拼接后的栅格图像进行处理，在同一行中，得到相邻栅格线之间的距离，将其与标准值进行比较得到该位置处的尺寸畸变率k；在纵向每隔一段距离设置一个采样行，对该行所有相邻栅格线进行尺寸畸变率计算，如此反复，直到得到整个图像不同位置处的尺寸畸变率数据，并制作畸变率数据表；

根据待测缺陷中心的位置查找数据表中对应的尺寸畸变率，利用校正数学模型对特征参数测量结果进行校正。

2.根据权利要求1所述基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，其特征是，将其与标准值进行比较得到该位置处的尺寸畸变率k，具体是，通过计算拼接后图像中任意一行中的两条平行线的间距，将其与理论间距相除，即得到当前位置的尺寸畸变率k。

3.根据权利要求1基于尺寸畸变率的微细管道管内缺陷特征参数的校正方法，其特征是对测量结果的校正，直接采用该缺陷点的尺寸畸变率的倒数，反作用于缺陷面积，即：

$\stackrel{\‾}{S}=\frac{S}{k}$

式中，为校正后缺陷面积，S为校正前缺陷面积；

则校正后缺陷的直径为：

$\stackrel{\‾}{D}=2p\sqrt{\frac{S}{\mathrm{k\π}}}$

式中，p为像素当量，单位为mm/pixel。