CN109883328A - 管道内壁测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种管道内壁测量系统。当激光跟踪仪光路无法直接到达的所述被测弯曲管道的内壁区域时，激光跟踪仪发出第一束激光并通过被测弯曲管道的一端端口进入。此时，第一束激光射到反射结构，改变第一束激光的光路方向。同时，回射压紧机构在无法直接到达管道内壁区域的位置，使得经反射结构反射后的第一束激光射到回射压紧机构的第一回射结构上，第一束激光经第一回射结构回射形成第二束激光，第二束激光沿第一束激光的光路返回至激光跟踪仪。激光跟踪仪接收第二束激光并通过激光跟踪仪装置测算第一回射结构的空间位置信息，从而获得激光跟踪仪光路无法直接到达管道内壁区域的内壁信息。

Description

管道内壁测量系统

技术领域

本申请涉及精密测量领域，特别是涉及一种管道内壁测量系统。

背景技术

在工业生产领域，圆管类器件由于其特殊的结构特征，被广泛地应用于各个方面，如输送流体的管道，存储容器以及一些大型的机械部件等对管道内壁的尺寸精度有着越来越高需求，因此对管道内壁的精确检测变得至关重要。

由于管道弯曲变化结构特征，部分管道内壁隐藏，不容易被检测到。传统的测量系统无法检测弯曲管道中隐藏的部分管道，使得传统的测量系统与测量方法不能有效的反映弯曲管道不可见内壁形貌尺寸，导致测量精度偏低。

发明内容

基于此，有必要针对传统测量系统无法检测弯曲管道中隐藏的部分管道导致测量精度偏低的问题，提供一种操作简单、测量精度高的管道内壁测量系统。

本申请提供一种管道内壁测量系统包括激光跟踪仪装置、光路反射装置、回射压紧机构以及机械臂结构。所述激光跟踪仪装置包括激光跟踪仪，用于通过被测弯曲管道一端的端口向所述被测弯曲管道内射入第一束激光。所述光路反射装置设置于所述被测弯曲管道的内壁。所述光路反射装置包括反射结构，所述第一束激光射到所述反射结构，用于改变所述第一束激光的光路方向。

所述回射压紧机构设置于所述被测弯曲管道的内壁，所述回射压紧机构包括第一回射结构，经所述反射结构反射后的所述第一束激光射到所述第一回射结构，所述第一束激光经所述第一回射结构回射形成第二束激光，所述第二束激光沿所述第一束激光的光路返回至所述激光跟踪仪，所述激光跟踪仪接收所述第二束激光并通过所述激光跟踪仪装置测算所述第一回射结构的空间位置。所述机械臂结构与所述回射压紧机构连接，用以将所述回射压紧机构移动安放于所述被测弯曲管道的内壁。

在一个实施例中，所述光路反射装置包括支撑架、安装框架以及水平旋转框架。所述支撑架用以支撑所述光路反射装置，且所述支撑架可拆卸安装于所述被测弯曲管道的内壁。所述安装框架具有多个安装框架支撑杆，所述多个安装框架支撑杆依次连接包围形成一个第一安装空间。所述水平旋转框架设置于所述第一安装空间，且所述水平旋转框架垂直方向轴连接设置于所述安装框架，用以实现水平方向旋转，所述水平旋转框架具有多个水平旋转框架支撑杆，所述多个水平旋转框架支撑杆依次连接包围形成一个第二安装空间。所述反射结构安装于所述第二安装空间，用以通过所述水平旋转框架水平方向旋转所述反射结构。

在一个实施例中，所述光路反射装置还包括水平旋转电机。所述水平旋转电机与所述水平旋转框架轴连接，且所述水平旋转电机设置于所述安装框架。

在一个实施例中，所述光路反射装置还包括垂直旋转框架。所述垂直旋转框架设置于所述第二安装空间，且所述垂直旋转框架水平方向轴连接设置于所述水平旋转框架，用以实现垂直方向旋转，所述垂直旋转框架具有多个垂直旋转框架支撑杆，所述多个垂直旋转框架支撑杆依次连接包围形成一个第三安装空间。所述反射结构安装于所述第三安装空间用以通过所述光路反射装置实现水平方向和垂直方向旋转所述反射结构。

在一个实施例中，所述光路反射装置还包括垂直旋转电机。所述垂直旋转电机与所述垂直旋转框架轴连接，且所述垂直旋转电机设置于所述水平旋转框架远离所述第二安装空间的表面。

在一个实施例中，所述光路反射装置还包括多个磁性支座以及多个第二回射结构。所述安装框架开设有多个对称设置的孔位。每个所述磁性支座设置于每个所述孔位。每个所述第二回射结构吸附于每个所述磁性支座。

在一个实施例中，所述回射压紧机构包括第一靶球支撑架、轴套、连轴杆、第二靶球支撑架、弹性结构以及压球帽。所述第一靶球支撑架包括转动轴与连接架，所述连接架一端与所述转动轴的一端连接，所述连接架另一端开设有螺纹孔，且所述连接架为中空结构，所述中空结构包围形成一个第四安装空间。所述轴套嵌套于所述转动轴，并与所述连接架一端连接。所述连轴杆一端与所述轴套远离所述连接架的一端连接，且所述连轴杆的另一端与所述机械臂结构连接。所述第二靶球支撑架包括环形安装架与多个固定板，所述环形安装架一端开设有螺纹与所述连接架远离所述转动轴的一端连接，所述多个固定板设置于所述环形安装架远离所述第一靶球支撑架的一端。每个所述固定板表面与所述环形安装架表面呈锐角，所述多个固定板远离所述环形安装架的端面包围形成的圆弧端面直径小于所述第一回射结构的最大长度，且所述环形安装架直径大于所述第一回射结构的最大长度。

所述弹性结构设置于所述第四安装空间，且所述弹性结构一端与所述连接架靠近所述转动轴一端连接。所述压球帽设置于所述第四安装空间，所述压球帽与所述弹性结构远离所述转动轴的一端连接。所述第一回射结构设置于所述压球帽与所述多个固定板之间。

在一个实施例中，所述回射压紧机构还包括调节电机。所述调节电机与所述转动轴轴连接，且所述调节电机设置于所述连轴杆和所述轴套的连接端。

在一个实施例中，所述连接架包括第一环形板、多个支撑杆以及第二环形板。所述第一环形板与所述转动轴远离所述连轴杆的一端连接。所述多个支撑杆间隔设置于所述第一环形板远离所述转动轴的一端。所述第二环形板与所述多个支撑杆远离所述第一环形板的一端连接，所述第二环形板开设有螺纹孔与所述环形安装架可拆卸连接。所述第一环形板、所述多个支撑杆以及所述第二环形板形成所述中空结构。

在一个实施例中，所所述第一回射结构与所述第二回射结构为角锥棱镜。

本申请提供的所述管道内壁测量系统，当所述激光跟踪仪光路无法直接到达的所述被测弯曲管道的内壁区域时，所述激光跟踪仪设置于所述被测弯曲管道的一端端口，所述激光跟踪仪发出一束第一束激光，所述第一束激光通过所述被测弯曲管道的一端端口进入所述被测弯曲管道内。此时，将所述光路反射装置放置于所述被测弯曲管道内，并调节位置固定，使得所述第一束激光射到所述反射结构，改变所述第一束激光的光路方向。同时，调节所述回射压紧机构在无法直接到达管道内壁区域的位置，使得经所述反射结构反射后的所述第一束激光射到所述第一回射结构上，所述第一束激光经所述第一回射结构回射形成第二束激光，所述第二束激光沿所述第一束激光的光路返回至所述激光跟踪仪。

所述激光跟踪仪接收所述第二束激光并通过所述激光跟踪仪装置测算所述第一回射结构的空间位置信息，从而获得激光跟踪仪光路无法直接到达管道内壁区域的内壁信息。并且，通过所述管道内壁测量系统可以测量激光跟踪仪光路能到达区域的管道内壁信息与激光跟踪仪光路不能到达区域的管道内壁信息，从而可以获得所述被测弯曲管道对应的完整管道内壁信息。因此，所述管道内壁测量系统简单易操作，容易实现，可以获得弯曲管道的全部内壁信息。

附图说明

图1为本申请提供的管道内壁测量系统的整体结构示意图；

图2为本申请提供的被测弯曲管道的整体结构示意图；

图3为本申请提供的光路反射装置的整体结构示意图；

图4为本申请提供的光路反射装置的部分结构示意图；

图5为本申请提供的回射压紧机构的整体结构示意图；

图6为本申请提供的回射压紧机构的第一靶球支撑架的结构示意图；

图7为本申请提供的回射压紧机构的第二靶球支撑架的结构示意图。

附图标记说明

管道内壁测量系统100、激光跟踪仪装置10、激光跟踪仪110、处理器120、被测弯曲管道40、光路反射装置20、反射结构280、回射压紧机构30、第一回射结构310、机械臂结构50、支撑架210、安装框架220、安装框架支撑杆221、第一安装空间222、水平旋转框架230、水平旋转框架支撑杆231、第二安装空间232、水平旋转电机260、垂直旋转框架240、垂直旋转框架支撑杆241、第三安装空间242、垂直旋转电机270、孔位224、磁性支座290、第二回射结构250、第一靶球支撑架350、转动轴351、连接架352、第四安装空间353、轴套360、连轴杆370、第二靶球支撑架320、环形安装架321、固定板322、弹性结构340、压球帽330、调节电机380、第一环形板3521、支撑杆3522、第二环形板3523。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1-2，本申请提供一种管道内壁测量系统100。包括激光跟踪仪装置10、光路反射装置20、回射压紧机构30、机械臂结构50。所述激光跟踪仪装置10包括激光跟踪仪110，用于通过被测弯曲管道40一端的端口向所述被测弯曲管道40内射入第一束激光。所述光路反射装置20设置于所述被测弯曲管道40的内壁，所述光路反射装置20包括反射结构280，所述第一束激光射到所述反射结构280，用于改变所述第一束激光的光路方向。

所述回射压紧机构30设置于所述被测弯曲管道40的内壁，所述回射压紧机构30包括第一回射结构310，经所述反射结构280反射后的所述第一束激光射到所述第一回射结构310，所述第一束激光经所述第一回射结构310回射形成第二束激光，所述第二束激光沿所述第一束激光的光路返回至所述激光跟踪仪110，所述激光跟踪仪110接收所述第二束激光并通过所述激光跟踪仪装置10测算所述第一回射结构310的空间位置。所述机械臂结构50与所述回射压紧机构30连接，用以将所述回射压紧机构30移动安放于所述被测弯曲管道40的内壁。

对所述被测弯曲管道40的内壁进行测量时，所述激光跟踪仪110可以测量到的内壁区域具有局限性。此时，可以将所述被测弯曲管道40内壁测量区域分为第一可见区域410(所述被测弯曲管道40的左端可见区域)、第二可见区域420(所述被测弯曲管道40的右端可见区域)以及遮挡区域。其中，所述第一可见区域410与所述第二可见区域420为通过所述激光跟踪仪110可以直接检测到的所述被测弯曲管道40的内壁区域，所述遮挡区域430为所述激光跟踪仪110的光路无法直接到达的所述被测弯曲管道40的内壁区域。

所述第一回射结构310可以将所述激光跟踪仪110发出的激光返回，即当所述激光跟踪仪110发出的激光射到所述第一回射结构310上时，所述第一回射结构310可以将激光沿原路返回到所述激光跟踪仪110。当所述第一回射结构310移动时，所述激光跟踪仪110调整光束方向来对准所述第一回射结构310，从而可以通过所述第一回射结构310在所述被测弯曲管道40的内壁上移动，来采集所述被测弯曲管道40内壁信息。所述激光跟踪仪装置10还包括处理器120，所述处理器120与所述激光跟踪仪110可以远程连接，也可以电连接，用以将所述激光跟踪仪110采集的数据及时传输至所述处理器120进行数据处理。所述处理器120可以由跟踪仪主机箱、计算机等组成，可以用于处理所述激光跟踪仪110采集的所述第一回射结构310的空间位置信息，并进行计算拟合等数据处理。当激光返回至所述激光跟踪仪110时，通过所述激光跟踪仪装置10接收并计算获知所述被测弯曲管道40内壁的空间位置信息。

因此，通过所述机械臂结构50将所述回射压紧机构30的所述第一回射结构310紧贴于所述被测弯曲管道40的内壁。当测量所述被测弯曲管道40的所述第一可见区域410时，所述激光跟踪仪110设置于所述被测弯曲管道40的左端端口，所述激光跟踪仪110发出一束激光，通过所述被测弯曲管道40的左端端口进入所述被测弯曲管道40内部。所述第一回射结构310的空间位置信息，即为所述第一可见区域410内的所述被测弯曲管道40的内壁信息。同理，当测量所述被测弯曲管道40的所述第二可见区域420时，也可以通过所述管道内壁测量系统100来采集并计算所述第二可见区域420内的所述被测弯曲管道40内壁的信息。

当测量所述遮挡区域430时，所述激光跟踪仪110设置于所述被测弯曲管道40的一端端口，所述激光跟踪仪110发出一束第一束激光，所述第一束激光通过所述被测弯曲管道40的一端端口进入所述被测弯曲管道40内。此时将所述光路反射装置20放置于所述被测弯曲管道40内，并调节位置固定，使得所述激光跟踪仪110发出的所述第一束激光射到所述反射结构280，改变所述第一束激光的光路方向。同时，调节所述回射压紧机构30在所述遮挡区域430内的位置，使得经所述反射结构280反射后的所述第一束激光射到所述第一回射结构310上，所述第一束激光经所述第一回射结构310回射形成第二束激光，所述第二束激光沿所述第一束激光的光路返回至所述激光跟踪仪110，所述激光跟踪仪110接收所述第二束激光并通过所述激光跟踪仪装置10测算所述第一回射结构310的空间位置信息，从而获得所述遮挡区域430内的所述被测弯曲管道40的内壁信息。

通过所述管道内壁测量系统100不断地测量所述第一可见区域410、所述第二可见区域420以及所述遮挡区域430内的管道内壁信息。当所述第一可见区域410内的管道内壁的空间坐标信息与所述遮挡区域430内的管道内壁的空间坐标信息有重合(公共区域)时，所述第二可见区域420内的管道内壁的空间坐标信息与所述遮挡区域430内的管道内壁的空间坐标信息有重合(公共区域)时，此时可以根据公共区域的坐标将所述第一可见区域410、所述第二可见区域420与所述遮挡区域430内的管道内壁的空间坐标转换到同一坐标系中进行拼接，获得完整的关于所述被测弯曲管道40的空间坐标信息，从而根据拼接后的空间坐标信息拟合成完整的管道内壁结构。

在一个实施例中，所述第一回射结构310为角锥棱镜，作回射用的玻璃元件，可以用三个90°角回射入射光束，精确度高。

请参见图3-4，在一个实施例中，所述光路反射装置20包括支撑架210、安装框架220以及水平旋转框架230。所述支撑架210用以支撑所述光路反射装置20，且所述支撑架210可拆卸安装于所述被测弯曲管道40的内壁。所述安装框架220具有多个安装框架支撑杆221，所述多个安装框架支撑杆221依次连接包围形成一个第一安装空间222。所述水平旋转框架230设置于所述第一安装空间222，且所述水平旋转框架230垂直方向轴连接设置于所述安装框架220，用以实现水平方向旋转，所述水平旋转框架230具有多个水平旋转框架支撑杆231，所述多个水平旋转框架支撑杆231依次连接包围形成一个第二安装空间232。所述反射结构280安装于所述第二安装空间232，用以通过所述水平旋转框架230水平方向旋转所述反射结构280。

其中，所述水平旋转框架230设置于所述第一安装空间222，也就是将所述水平旋转框架230安装在所述安装框架220内。同时，所述水平旋转框架230垂直方向轴连接设置于所述安装框架220，亦即在所述安装框架220的垂直方向上相对的两个所述支撑杆221上设置有连接轴，所述水平旋转框架230与连接轴连接，根据连接轴旋转，完成水平方向的旋转。

所述反射结构280可以为平面镜，利用反射原理改变所述第一束激光的光路方向。所述支撑架210与所述被测弯曲管道40内壁接触时，可以在接触端采用双面胶等方式进行固定，即可以方便移动，也可以达到固定的效果。同时，将所述光路反射装置20放置于所述被测弯曲管道40内时，可以采用安装机械臂的方式将所述光路反射装置20可拆卸设置于所述被测弯曲管道40内壁上。具体地，所述支撑架210可以包括两个单独的支架分别设置于所述安装框架220的两端进行支撑。

所述安装框架220可以为多边形等形状。具体地，所述安装框架220的形状可以为正方形框架，更好的实现水平与垂直方向的旋转移动。

在一个实施例中，所述光路反射装置20还包括水平旋转电机260。所述水平旋转电机260与所述水平旋转框架230轴连接，且所述水平旋转电机260设置于所述安装框架220。

所述水平旋转电机260设置于所述安装框架220的第一表面223，所述第一表面223为远离所述第一安装空间222的表面。通过将所述水平旋转电机260设置于所述第一表面223，亦即安装在所述安装框架220外侧，避免与所述水平旋转框架230碰撞。

在一个实施例中，所述光路反射装置20还包括垂直旋转框架240。所述垂直旋转框架240设置于所述第二安装空间232，且所述垂直旋转框架240水平方向轴连接设置于所述水平旋转框架230，用以实现垂直方向旋转，所述垂直旋转框架240具有多个垂直旋转框架支撑杆241，所述多个垂直旋转框架支撑杆241依次连接包围形成一个第三安装空间242。所述反射结构280安装于所述第三安装空间242，用以通过所述光路反射装置20实现水平方向和垂直方向旋转所述反射结构280。

其中，所述垂直旋转框架240设置于所述第二安装空间232，也就是将所述垂直旋转框架240安装于所述水平旋转框架230内。同时，所述垂直旋转框架240水平方向轴连接设置于所述水平旋转框架230，亦即在所述水平旋转框架230的水平方向上相对的两个所述水平旋转框架支撑杆231上设置有连接轴，所述垂直旋转框架240与连接轴连接，根据连接轴旋转，完成垂直方向的旋转。

同时，连接轴设置于所述水平旋转框架230的中心线上，从而使得所述水平旋转框架230的连接轴轴线与所述垂直旋转框架240的连接轴轴线相互垂直。所述反射结构280安装于所述第三安装空间242，即将所述反射结构280安装于所述垂直旋转框架240内，从而使得所述反射结构280(平面镜)安装于所述垂直旋转框架240的中心位置。

所述水平旋转框架230与所述垂直旋转框架240可以为多边形等形状。具体地，可以为正方形框架，能够更好的实现水平与垂直方向的旋转移动。

在一个实施例中，所述光路反射装置20还包括垂直旋转电机270。所述垂直旋转电机270与所述垂直旋转框架240轴连接，且所述垂直旋转电机270设置于所述水平旋转框架230远离所述第二安装空间232的表面。

其中，所述垂直旋转电机270驱动所述垂直旋转框架240沿连接轴垂直旋转。所述垂直旋转电机270设置于所述水平旋转框架230远离所述第二安装空间232的表面，亦即安装在所述水平旋转框架230外侧，避免与所述水平旋转框架230碰撞。

所述水平旋转框架230的面为起始平面，代表所述反射结构280(平面镜)水平方向和垂直方向的旋转角为0°。以所述水平旋转电机260和所述垂直旋转电机270顺时针旋转方向为正，通过所述水平旋转电机260和所述垂直旋转电机270的旋转速率计算旋转角度，以角度的变化表示所述反射结构280(平面镜)的位置变化。

在一个实施例中，所述光路反射装置20还包括多个磁性支座290以及多个第二回射结构250。所述安装框架220开设有多个对称设置的孔位224。每个所述磁性支座290设置于每个所述孔位224。每个所述第二回射结构250吸附于每个所述磁性支座290。

在一个实施例中，所述安装框架220的第二表面225开设有多个对称设置的孔位224，所述第二表面225与所述第一表面223相邻，且所述第二表面225靠近所述第一安装空间222。

所述第二回射结构250为角锥棱镜，作回射用的玻璃元件，可以用三个90°角回射入射光束，精确度高。所述安装框架220可以开设有对称设置的四个所述孔位224，且四个所述孔位224中心对称，两两连连线相互垂直。从而，可以使得四个所述磁性支座290分别两两对称，进而使得四个所述第二回射结构250可以分别吸附在所述磁性支座290内，两两连连线相互垂直，分布于所述安装框架220的垂直方向和水平方向。当所述激光跟踪仪装置10发出的激光射至所述第二回射结构250时，通过所述第二回射结构250回射至所述激光跟踪仪装置10，可以采集所述第二回射结构250的位置信息，从而确定所述反射结构280(平面镜)在所述被测弯曲管道40内的具体位置。

请参见图5-7，在一个实施例中，所述回射压紧机构30包括第一靶球支撑架350、轴套360、连轴杆370、第二靶球支撑架320、弹性结构340以及压球帽330。所述第一靶球支撑架350包括转动轴351与连接架352，所述连接架352一端与所述转动轴351的一端连接，所述连接架352另一端开设有螺纹孔，且所述连接架352为中空结构，所述中空结构包围形成一个第四安装空间353。所述轴套360嵌套于所述转动轴351，并与所述连接架352一端连接。所述连轴杆370一端与所述轴套360远离所述连接架352的一端连接，且所述连轴杆370的另一端与所述机械臂结构50连接。

所述第二靶球支撑架320包括环形安装架321与多个固定板322，所述环形安装架321一端开设有螺纹与所述连接架352远离所述转动轴351的一端连接，所述多个固定板322设置于所述环形安装架321远离所述第一靶球支撑架350的一端。

每个所述固定板322表面与所述环形安装架321表面呈锐角，所述多个固定板322远离所述环形安装架321的端面包围形成的圆弧端面直径小于所述第一回射结构310的最大长度，且所述环形安装架321直径大于所述第一回射结构310的最大长度。从而可以将所述第一回射结构310(角锥棱镜)放置于所述第二靶球支撑架320内，防止所述第一回射结构310(角锥棱镜)掉落。同时，所述弹性结构340设置于所述第四安装空间353，且所述弹性结构340一端与所述连接架352靠近所述转动轴351一端连接。所述压球帽330设置于所述第四安装空间353，所述压球帽330与所述弹性结构340远离所述转动轴351的一端连接。

所述第一回射结构310设置于所述压球帽330与所述多个固定板322之间，所述压球帽330可以压在所述第一回射结构310(角锥棱镜)之上。所述第一靶球支撑架350与所述第二靶球支撑架320可拆卸连接，也可以通过螺栓连接，方便拆卸。所述压球帽330与所述弹性结构340均安装在所述第四安装空间353内，即所述第一靶球支撑架350的所述连接架352的中空结构内。

所述第一靶球支撑架350的所述转动轴351通过所述轴套360和所述连轴杆370连接。所述调节电机380与所述第一靶球支撑架350通过所述转动轴351连接。

通过所述弹性结构340具有弹性，在弹性作用下可以使得所述第一回射结构310(角锥棱镜)始终与所述被测弯曲管道40内壁紧密接触，更好的贴合。从而，当进行测量时，所述激光跟踪仪110可以更加准确地采集所述第一回射结构310(角锥棱镜)的位置坐标，进而计算出所述第一回射结构310(角锥棱镜)对应位置处的管道某点的空间位置信息，使得所述管道内壁测量系统100更加准确地测量所述被测弯曲管道40的内壁管道，提高了测量精确度。

在一个实施例中，所述机械臂结构50利用其多自由度变化，可以部分延伸到所述被测弯曲管道40的端口外部进行控制，通过操作所述机械臂结构50来变换所述回射压紧机构30安放在所述遮挡区域430内，使得所述第一回射结构310紧贴在管道内壁，控制所述回射压紧机构30的移动和旋转。

在一个实施例中，所述第二靶球支撑架320为中空等腰圆锥形，以上下端面均为圆形，以轴线为圆心，沿轴线方向，切除115度的圆弧。所述第二靶球支撑架320最下端小圆面端形成的圆弧小于所述第一回射结构310(角锥棱镜)的直径，可以在30mm～35mm之间，从而可以防制所述第一回射结构310(角锥棱镜)滑落。同时，所述第二靶球支撑架320最上端的大圆面端半径大于所述第一回射结构310(角锥棱镜)直径38.1mm。并且，所述第二靶球支撑架320最上端的所述环形安装架321设置有螺纹孔，便于与所述第一靶球支撑架350螺纹连接，便于拆卸方便，方便所述第一回射结构310(角锥棱镜)安装。

在一个实施例中，所述第一靶球支撑架350的一端设置有所述转动轴351。所述转动轴351通过所述轴套360和所述调节电机380连接。所述连接架352为中空四支撑板圆柱形框架，所述连接架352另一端开设有螺纹孔，与所述第一靶球支撑架350螺纹连接。具体地，所述弹性结构340为弹簧，所述中空四支撑板圆柱形框架形成的所述第四安装空间353，用于为所述弹性结构340的簧道。

在一个实施例中，所述回射压紧机构30还包括调节电机380。所述调节电机380与所述转动轴351轴连接，且所述调节电机380设置于所述连轴杆370和所述轴套360的连接端。

在一个实施例中，所述水平旋转电机260、所述垂直旋转电机270与所述调节电机380可以通过电池进行供电。同时，也可以通过远程控制方式分别控制所述水平旋转电机260、所述垂直旋转电机270与所述调节电机380实现水平、垂直、移动等功能，更准确的采集所述第一回射结构310的空间位置坐标信息。

在一个实施例中，所述连接架352包括第一环形板3521，多个支撑杆3522，第二环形板3523，所述第一环形板3521与所述转动轴351远离所述连轴杆370的一端连接。所述多个支撑杆3522间隔设置于所述第一环形板3521远离所述转动轴351的一端。所述第二环形板3523与所述多个支撑杆3522远离所述第一环形板3521的一端连接，所述第二环形板3523开设有螺纹孔与所述环形安装架321可拆卸连接。所述第一环形板3521、所述多个支撑杆3522以及所述第二环形板3523形成所述中空结构。

在一个实施例中，所述被测弯曲管道40长度为8m，所述被测弯曲管道40的左端截面为直径1m的圆形，为所述第一可见区域410。所述被测弯曲管道40的中部截面为方形，边长为0.8m，为所述遮挡区域430。所述被测弯曲管道40的右端截面为圆形，直径为1m，为所述第二可见区域420。此时，所述激光跟踪仪110的激光光线无法直接从所述被测弯曲管道40的一端穿到另一端，因此，需要采用所述管道内壁测量系统100进行测量。

基于所述管道内壁测量系统100的测量方法，通过所述机械臂结构50将所述回射压紧机构30放置于所述被测弯曲管道40内，并使得所述第一回射结构310(角锥棱镜)紧紧贴于管道内壁。所述光路反射装置20固定在所述被测弯曲管道40的内壁，所述激光跟踪仪110通过所述光路反射装置20的所述反射结构280反射光路跟踪所述第一回射结构310(角锥棱镜)，进行所述被测弯曲管道40的内壁测量。最后通过所述激光跟踪仪装置10对所述激光跟踪仪110采集到的位置信息进行处理，获得所述被测弯曲管道40的管道结构。

通过所述管道内壁测量系统100不断地测量所述第一可见区域410(本实施例中为左端截面圆形的管道)、所述第二可见区域420(本实施例中为右端截面圆形的管道)以及所述遮挡区域430(本实施例中为中部截面为方形的管道)内的管道内壁的空间坐标信息。当所述第一可见区域410内的管道内壁的空间坐标信息与所述遮挡区域430内的管道内壁的空间坐标信息有重合(公共区域)时，所述第二可见区域420内的管道内壁的空间坐标信息与所述遮挡区域430内的管道内壁的空间坐标信息有重合(公共区域)时，此时可以根据公共区域的坐标将所述第一可见区域410、所述第二可见区域420与所述遮挡区域430内的管道内壁的空间坐标转换到同一坐标系中进行拼接，从而根据拼接后的空间坐标拟合成完整的管道内壁结构。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种管道内壁测量系统，其特征在于，包括：

激光跟踪仪装置(10)，包括激光跟踪仪(110)，用于通过被测弯曲管道(40)一端的端口向所述被测弯曲管道(40)内射入第一束激光；

光路反射装置(20)，设置于所述被测弯曲管道(40)的内壁，所述光路反射装置(20)包括反射结构(280)，所述第一束激光射到所述反射结构(280)，用于改变所述第一束激光的光路方向；

回射压紧机构(30)，设置于所述被测弯曲管道(40)的内壁，所述回射压紧机构(30)包括第一回射结构(310)，经所述反射结构(280)反射后的所述第一束激光射到所述第一回射结构(310)，所述第一束激光经所述第一回射结构(310)回射形成第二束激光，所述第二束激光沿所述第一束激光的光路返回至所述激光跟踪仪(110)，所述激光跟踪仪(110)接收所述第二束激光并通过所述激光跟踪仪装置(10)测算所述第一回射结构(310)的空间位置；

机械臂结构(50)，与所述回射压紧机构(30)连接，用以将所述回射压紧机构(30)移动安放于所述被测弯曲管道(40)的内壁。

2.如权利要求1所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述光路反射装置(20)包括：

支撑架(210)，用以支撑所述光路反射装置(20)，且所述支撑架(210)可拆卸安装于所述被测弯曲管道(40)的内壁；

安装框架(220)，具有多个安装框架支撑杆(221)，所述多个安装框架支撑杆(221)依次连接包围形成一个第一安装空间(222)；

水平旋转框架(230)，设置于所述第一安装空间(222)，且所述水平旋转框架(230)垂直方向轴连接设置于所述安装框架(220)，用以实现水平方向旋转，所述水平旋转框架(230)具有多个水平旋转框架支撑杆(231)，所述多个水平旋转框架支撑杆(231)依次连接包围形成一个第二安装空间(232)；

所述反射结构(280)安装于所述第二安装空间(232)，用以通过所述水平旋转框架(230)水平方向旋转所述反射结构(280)。

3.如权利要求2所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述光路反射装置(20)还包括：

水平旋转电机(260)，与所述水平旋转框架(230)轴连接，且所述水平旋转电机(260)设置于所述安装框架(220)。

4.如权利要求2所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述光路反射装置(20)还包括：

垂直旋转框架(240)，设置于所述第二安装空间(232)，且所述垂直旋转框架(240)水平方向轴连接设置于所述水平旋转框架(230)，用以实现垂直方向旋转，所述垂直旋转框架(240)具有多个垂直旋转框架支撑杆(241)，所述多个垂直旋转框架支撑杆(241)依次连接包围形成一个第三安装空间(242)；

所述反射结构(280)安装于所述第三安装空间(242)，用以通过所述光路反射装置(20)实现水平方向和垂直方向旋转所述反射结构(280)。

5.如权利要求4所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述光路反射装置(20)还包括：

垂直旋转电机(270)，与所述垂直旋转框架(240)轴连接，且所述垂直旋转电机(270)设置于所述水平旋转框架(230)远离所述第二安装空间(232)的表面。

6.如权利要求2所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述光路反射装置(20)还包括：

所述安装框架(220)开设有多个对称设置的孔位(224)；

多个磁性支座(290)，每个所述磁性支座(290)设置于每个所述孔位(224)；

多个第二回射结构(250)，每个所述第二回射结构(250)吸附于每个所述磁性支座(290)。

7.如权利要求1所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述回射压紧机构(30)包括：

第一靶球支撑架(350)，包括转动轴(351)与连接架(352)，所述连接架(352)一端与所述转动轴(351)的一端连接，所述连接架(352)另一端开设有螺纹孔，且所述连接架(352)为中空结构，所述中空结构包围形成一个第四安装空间(353)；

轴套(360)，嵌套于所述转动轴(351)，并与所述连接架(352)一端连接；

连轴杆(370)，所述连轴杆(370)一端与所述轴套(360)远离所述连接架(352)的一端连接，且所述连轴杆(370)的另一端与所述机械臂结构(50)连接；

第二靶球支撑架(320)，包括环形安装架(321)与多个固定板(322)，所述环形安装架(321)一端开设有螺纹与所述连接架(352)远离所述转动轴(351)的一端连接，所述多个固定板(322)设置于所述环形安装架(321)远离所述第一靶球支撑架(350)的一端；

每个所述固定板(322)表面与所述环形安装架(321)表面呈锐角，所述多个固定板(322)远离所述环形安装架(321)的端面包围形成的圆弧端面直径小于所述第一回射结构(310)的最大长度，且所述环形安装架(321)直径大于所述第一回射结构(310)的最大长度；

弹性结构(340)，设置于所述第四安装空间(353)，且所述弹性结构(340)一端与所述连接架(352)靠近所述转动轴(351)一端连接；

压球帽(330)，设置于所述第四安装空间(353)，所述压球帽(330)与所述弹性结构(340)远离所述转动轴(351)的一端连接；

所述第一回射结构(310)设置于所述压球帽(330)与所述多个固定板(322)之间。

8.如权利要求7所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述回射压紧机构(30)还包括：

调节电机(380)，与所述转动轴(351)轴连接，且所述调节电机(380)设置于所述连轴杆(370)和所述轴套(360)的连接端。

9.如权利要求7所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述连接架(352)包括：

第一环形板(3521)，与所述转动轴(351)远离所述连轴杆(370)的一端连接；

多个支撑杆(3522)，所述多个支撑杆(3522)间隔设置于所述第一环形板(3521)远离所述转动轴(351)的一端；

第二环形板(3523)，与所述多个支撑杆(3522)远离所述第一环形板(3521)的一端连接，所述第二环形板(3523)开设有螺纹孔与所述环形安装架(321)可拆卸连接；

所述第一环形板(3521)、所述多个支撑杆(3522)以及所述第二环形板(3523)形成所述中空结构。

10.如权利要求6所述的管道内壁测量系统，其特征在于，所述第一回射结构(310)与所述第二回射结构(250)为角锥棱镜。