CN112066905B - 承压类特种设备外表面形变量检测工具和建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于承压类特种设备变形量检测技术领域，具体涉及一种承压类特种设备外表面形变量检测工具和建模方法。通过一个按照点阵布置有多个压力检测组件的工具，将各个压力检测组件以初始状态各压力数值为基准，通过均衡受力地同步移动各压力检测组件，通过检测各压力检测组件的数值变化确定压力容器表面的平整度和变形程度；随工具移动后采集的多个处理后的图像通过三维成像技术获取压力容器数字三维模型系统，构建压力容器三维数字模型库。本发明.不仅可以快速检测，还可以将检测与建模结合，从整体上体现压力容器局部和整体变形量参数于三维数字模型库，便于从整体判断压力容器各部分的变形量，以及与历史变形量作对比。

Description

承压类特种设备外表面形变量检测工具和建模方法

技术领域

本发明属于承压类特种设备变形量检测技术领域，具体涉及一种承压类特种设备外表面形变量检测工具和建模方法。

背景技术

承压类特种设备在锻造过程和使用过程都可能存在变形问题，现有针对承压类特种设备关于形变方面的检测，是在组装前需对特种设备主体部分、附属的安全附件与安全保护装置等进行鼓包检验，鼓包检测实际尺寸往往不可或缺，现有针对这种检测的方式有多种文献记载了相关方案，例如公开号为CN 210089621U记载了一种承压类特种设备鼓包变形尺寸测量仪，该方案是针对因物体型面复杂或客观物理条件限制等原因会出现无法获取的情况。该方案需要又工作台、导轨架、电控箱、传感盒、测厚头、透镜台、尺寸测量器、电源线、支撑架等必要组件构成，使用时将待检测的特种设备构件放置在透镜台上，尺寸测量器是通过右LCD镜片与左LCD镜片生成一组具有双目视差的图像，此两幅图像重叠地投影在同一块透明膜上，偏振片使第一衍射线与第二衍射线光束经过偏振后偏振方向相互正交，经屏幕反射后由通过接收片接收左右光束，将左右不同的承压类特种设备视角画面叠加形成立体显示出来，能够将承压类特种设备鼓包变形的三维图像显出，根据输出数据可视化测定其结构尺寸，进而获取鼓包检测实际尺寸。该技术方案虽然能够将承压类特种设备鼓包变形的三维图像显出，但仍然存在一些问题：（1）该检测仪器需要较多的构成组件，操作难度大且仪器使用成本高；（2）该检测仪器主要是针对承压类特种设备在组装前的变形量检测，不适用于承压类特种设备在长期时候过程的检测；（3）该检测仪器针对承压类特种设备鼓包变形的三维图像并没有建模和特征存储。

根据特种设备的安全技术规范的《固定式压力容器安全技术监察规程》和《压力管道定期检验规则》的要求，压力容器、压力管道的定期检验、监督检验和在线检验要做厚度测量和变形量的无损检测。针对压力容器长期使用过程的变形监测如公开号为CN108981551A的承压类特种设备鼓包变形尺寸测量仪，是针对压力容器鼓包变形的尺寸测量，主要是针对传统采用直尺估测法和直尺与三角板组合测量方法所存在的不足而改进，该方案包括主尺和副尺以及角度尺，角度尺的中心设有枢轴，所述主尺的一端固接所述角度尺，且所述主尺的零刻度线与所述角度尺的零刻度线重合；所述副尺的一端枢接所述枢轴。该方案虽然能够实现立体测量，但首先需要通过肉眼观察选择测量区域，即存在肉眼观察明显存在变形量时才通过该测量工具进行精度测量，所以该工具方案不能对压力容器进行普遍筛查，以及建模和参数存档。

本领域其他一些关于承压类特种设备变形量检测的仪器方案，或存在价格高，体积大，结构复杂不易维修的问题，或存在测量误差较大和操作比较繁琐的问题。另外，当承压类特种设备受外压或者外部受到撞击时可能产生凹坑变形，由于此类凹坑变形一边比较大，很难用游标卡尺的深度尺进行测量。

发明内容

针对现有针对承压类特种设备变形量检测方面仍然存在的缺陷和问题，本发明提供一种承压类特种设备形变量建模工具和方法，将压力容器局部和整体变形量参数表达于三维数字模型库，快速检测和建模，便于从整体判断压力容器各部分的变形量，以及与历史变形量作对比。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种承压类特种设备形变量建模方法，通过一个按照点阵布置有多个压力检测组件的工具，将各个压力检测组件以初始状态各压力数值为基准，通过均衡受力地同步移动各压力检测组件，通过检测各压力检测组件的数值变化确定压力容器表面的平整度和变形程度；同时通过一个或多个随上述工具一体移动的摄像组件，摄像组件位于与多个压力检测组件一侧特定位置，通过摄像组件采集压力检测组件路过前或路过后的深度图像信息，并调整摄像时间差图像信息，使图像信息与压力检测信息在经过某区域时保持一致，并对图像信息进行处理，随工具移动后采集的多个处理后的图像通过三维成像技术获取压力容器数字三维模型系统，构建压力容器三维数字模型库，并将压力检测组件的数值表达于压力容器三维数字模型库的相应坐标，还包括将压力数值转换为变形量的表达，并存储于数据库，通过双击或单机调取相应坐标位的压力值和变形量值，将局部压力值或变形量值超过阈值的点位通过变色展示。

所述变形量包括对同一图片范围对应的多个压力检测组件之间的对比，以确定局部变形量，还包括某一个压力检测组件或某一组压力检测组件范围与其余多个压力检测组件平均数值之间的对比，以确定整体变形量。其余多个压力检测组件平均数值是指压力或变形量不超过阈值的数值。

对摄像组件采集的图像信息进行处理包括将图片截取仅包括所有压力检测组件占用区域的图像，并将该区域图像按照所有压力检测组件数量分割为等数量的小图片单元，并分别给小图片单元分配坐标或标注，使三维建模后各小图片单元所处坐标或标注与对应的压力检测组件的压力数据对应链接。

对摄像组件采集的图像信息进行处理和三维建模过程还包括采集压力容器的RGB图像，利用RGB图像和深度图像信息形成点云数据，将像素从二维空间映射到三维空间。

所述工具包括位于左右两侧的摄像仪A和A，位于前方或后方的摄像仪B，摄像仪A和A用于捕捉包含所有压力检测组件及其外围图像，摄像仪B进用于捕捉并就先切含有压力检测组件范围内的图像，摄像仪A和A主要作为三维建模的衔接部位图像采集，摄像仪B主要作为三维建模的数据修正图像采集。

包括在所述工具上周边个点位设置轴穿孔并固定安装磁行走轮组件，每个磁行走轮组件包括柱状磁辊轮，该轮的轴心通过辊轮轴安装在辊轮架上，辊轮架的上侧中心垂直固定支撑杆，支撑杆贯穿于所述轴穿孔内被固定，调整个支撑杆的长度，使各柱状磁辊轮平行吸合于压力容器的外表面，且能行走。

一种承压类特种设备外表面形变量检测工具，包括外壳和基座，两者密封扣装在一起，基座中部按照点阵布置多个导向套，各导向套内分别安装有压力检测组件，各压力检测组件通过信号线分别与处理器的输入端连接，同时在基座上周边个点位设置轴穿孔并固定安装磁行走轮组件，每个磁行走轮组件包括柱状磁辊轮，该轮的轴心通过辊轮轴安装在辊轮架上，辊轮架的上侧中心垂直固定支撑杆，支撑杆贯穿于所述轴穿孔内被固定，调整个支撑杆的长度，使各柱状磁辊轮平行吸合于压力容器的外表面，且能行走；又在基座上安装有摄像组件，摄像组件通过数据线与处理器输入端连接，处理器存储上述数据和信号，通过数据线或存储设备转移至计算机进行数据处理，或者处理器直接对数据处理，所述数据处理包括对图像处理后进行三维建模和将压力点数据与建模点位链接，通过三维模型表达各压力点位的压力数值。

单件压力检测组件包括压触轮、导杆、压力传感器、定压片、动压片和弱力弹簧，导杆的一端固定有轮架，轮架上安装有压触轮，导杆的另一端固定有定压片和套装有动压片，位于定压片和动压片之间的间隙套装有压力传感器，压力传感器的信号线从外壳内部布线后汇总连接控制器盒内的处理器，或者汇总后连接至数据线插头，在轮架与动压片之间连接有弱力弹簧，导杆同时贯穿于基座上对应的导向套内，在导杆的末端螺纹连接有挡丝作为防脱落限位部位

在导向套内设置有键，在导杆外侧设置键槽，导向套内的键与键槽匹配套装在一起，从而导杆进能够在导向套内沿轴向移动。

外壳的中部还设置有操作孔，其外侧覆盖有盖板，盖板与在外壳通过两个内穿螺丝固定在一起后，用于对外壳内部密封，以便于盖板单独拆除。

本发明的有益效果：本发明利用多个压力检测组件同步行走的方式，在确保行走过程各压力检测组件的压力均衡的情况下，各压力检测组件相对于初始值存在数值变化时，或变化幅度相对于相邻压力检测组件存在数值变化时，可确定相应压力检测组件对应压力容器表面的平整度。不同区域压力容器表面的压力检测数据不同时，可判断压力容器整体的变形程度。

不仅可以快速检测，还可以将检测与建模结合，将上述变形程度分别表达于三维数字模型库对应的位置，从整体上体现压力容器局部和整体变形量参数于三维数字模型库，便于从整体判断压力容器各部分的变形量，以及与历史变形量作对比。

磁行走轮组件能够确保该工具始终沿贴合于压力容器外表面行走，从而能够确保多个压力检测组件同步行走。

附图说明

图1是本发明工具的系统框图。

图2是本发明建模工具的使用状态示意图。

图3是图2的右视图。

图4是图2的左视图。

图5是图2的内部结构示意图。

图6是图5删除摄像组件的示意图。

图7是图5删除压力检测组件的示意图。

图8是本发明中基板的内表面示意图。

图9是本发明中外壳的结构示意图。

图10是图9的证明结构示意图。

图11是图8中A部放大结构示意图。

图12是图2中压力检测组件的示意图。

图13是图2中磁行走轮组件的示意图。

图14是外侧盖板结构示意图。

图中标号：外壳1，安装孔柱10，外穿螺丝11，外穿螺丝12，基座2，导向套21，轴穿孔22，键23，磁行走轮组件3，柱状磁辊轮31，辊轮轴32，辊轮架33，支撑杆34，锁丝35，键槽36，压力检测组件4，压触轮41，轮架42，导杆43，压力传感器44 ，定压片45，动压片46，挡丝47，键槽48，弱力弹簧49，摄像组件5，控制器盒6，把手7，数据线插头8，压力容器9。

具体实施方式

承压类特种设备在锻造、装配过程和使用过程都可能存在因外力或压力造成的变形问题，根据特种设备的安全技术规范的《固定式压力容器安全技术监察规程》和《压力管道定期检验规则》的要求，压力容器、压力管道的定期检验、监督检验和在线检验要做厚度测量和变形量的无损检测。承压类特种设备普遍以圆柱体为主，本发明针对该特点采用针对承压类特种设备的形变量建模技术，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：一种承压类特种设备形变量建模方法，首先需要有多个压力检测组件按照点阵布置的工具，采用如图2和图3所示的工具，该工具还包括磁行走轮组件3和摄像组件5。

磁行走轮组件3能够确保该工具始终沿贴合于压力容器外表面行走，从而能够确保多个压力检测组件同步行走。如图8中所示，在该工具上周边3个点位设置轴穿孔22并固定安装磁行走轮组件3。每个磁行走轮组件3包括柱状磁辊轮31，该轮的轴心通过辊轮轴32安装在辊轮架33上，辊轮架33的上侧中心垂直固定支撑杆34，支撑杆34贯穿于所述轴穿孔22内被固定。调整个支撑杆34的长度，使各柱状磁辊轮31平行吸合于压力容器9的外表面，且能行走。使用该工具前需要将压力容器外表面的污垢清理干净以防止其干扰检测数据。当压力容器表面无变形量时，多个压力检测组件的数值保持相同，当压力容器表面有轻微变形时，多个压力检测组件存在数据变化，当压力容器表面有较大幅度变形时，各多个压力检测组件的数值会存在较大变化，超过阈值时会提供相应警示信号。

利用摄像组件结合三维成像技术获取压力容器数字三维模型系统，同时将与压力检测位置与建模结合起来形成包含在各坐标点位的压力检测数值或转换的变形量数值。从而，在建模基础上，还可以通过整体压力数值之间的对比，以确定压力容器整个圆柱形外表面的压力检测数值或变形量数值的变化幅度，超过阈值时通过着色或发出警示信号。

具体地，将各个压力检测组件以初始状态各压力数值为基准，初始位置为初始坐标，通过均衡受力地同步移动各压力检测组件，通过检测各压力检测组件的数值变化确定压力容器表面的平整度和变形程度。同时通过一个或多个随上述工具一体移动的摄像组件，摄像组件位于与多个压力检测组件一侧特定位置，通过摄像组件采集压力检测组件路过前或路过后的深度图像信息，并调整摄像时间差图像信息与压力检测组件经过时一致，并对图像信息进行处理，随工具移动后采集的多个处理后的图像通过三维成像技术获取压力容器数字三维模型系统，构建压力容器三维数字模型库，并将压力检测组件的数值表达于压力容器三维数字模型库的相应坐标，还包括将压力数值转换为变形量的表达，并存储于数据库，通过双击或单机调取相应坐标位的压力值和变形量值，将局部压力值或变形量值超过阈值的点位通过变色展示。

对于变形量的对比，既包括对同一图片范围对应的多个压力检测组件之间的对比，以确定局部变形量，又包括某一个压力检测组件或某一组压力检测组件范围与其余多个压力检测组件平均数值之间的对比，以确定整体变形量。其余多个压力检测组件平均数值是指压力或变形量不超过阈值的数值。

其中，对摄像组件采集的图像信息进行处理包括将图片截取仅包括所有压力检测组件占用区域的图像，并将该区域图像按照所有压力检测组件数量分割为数量的小图片单元，并分别分配坐标，使三维建模后各小图片单元所处坐标与对应的压力检测组件的压力数据对应链接。

实施例2：在实施例1基础上，工具所涉及的摄像组件包括位于左右两侧的摄像仪A1和A2，位于前方或后方的摄像仪B，摄像仪A1和A2用于捕捉包含所有压力检测组件及其外围图像，摄像仪B进用于捕捉并就先切含有压力检测组件范围内的图像，摄像仪A1和A2主要作为三维建模的衔接部位图像采集，摄像仪B主要作为三维建模的数据修正图像采集。

其中，对摄像组件采集的图像信息进行处理和三维建模过程还包括采集压力容器的RGB图像，利用RGB图像和深度图像信息形成点云数据，将像素从二维空间映射到三维空间。

实施例3：一种承压类特种设备外表面形变量检测工具，该工具可应用于实施例1所述方法中。该工具如图2和图3所示包括外壳1和基座2，两者密封扣装在一起。从图4和图7可以看出，基座2与外壳1之间的固定方式通过六个螺丝固定，其中四个为外穿螺丝11，另外两个为外穿螺丝12，从图9和图10可以看出，外壳是一种六角形形状，六个螺丝连接位置分别位于六个内角位置，且在外壳内侧位于六个螺丝连接位置对应设置有六个安装孔柱10。四个外穿螺丝11从外壳1一侧向基座2一侧连接，同时固定连接把手7。外壳1的中部还设置有操作孔，其外侧覆盖有盖板14如图14所示，盖板14与在外壳1通过两个内穿螺丝12固定在一起后，用于对外壳内部密封，以便于盖板14单独拆除，拆除盖板14后可以对单个压力检测组件进行调整和更换。

单件压力检测组件4可以采用如图12所示的结构形式，从图12可以看出，一根导杆43的一端固定有轮架42，轮架42上安装有压触轮41，导杆43的另一端固定有定压片45和套装有动压片46，位于定压片45和动压片46之间的间隙套装有压力传感器44，压力传感器的信号线从外壳内部布线后汇总连接控制器盒6内的处理器，或者汇总后连接至数据线插头8。导杆43同时贯穿于基座2上对应的导向套21内，同时在导向套21内设置有键，在导杆42外侧设置键槽48，导向套内的键与键槽48匹配套装在一起，从而导杆进能够在导向套21内沿轴向移动。在轮架42与动压片46之间连接有弱力弹簧49，弱力弹簧49仅用于确保导杆自然状态下向外弹出即可。在导杆42的末端螺纹连接有挡丝47作为防脱落限位部位。相邻压力检测组件之间存在间隙，用于调节的定压片45和动压片46设置在基座2的外侧能够单独调节。拆除盖板14后也可以对任一压力检测组件进行调节。

在基座2上周边3个点位设置轴穿孔22如图11并固定安装磁行走轮组件3，每个磁行走轮组件3如图13包括柱状磁辊轮31，为圆柱形状，且具有磁力，当其与压力管道外壁接触后，该柱状磁辊轮31与压力管道相切，即柱状磁辊轮31的切线处母线与压力管道切线处母线重合。

该柱状磁辊轮31的轴心通过辊轮轴32安装在辊轮架33上，辊轮架33的上侧中心垂直固定支撑杆34，支撑杆34贯穿于所述轴穿孔22内被固定，如图5所示。调整个支撑杆34的长度，使各柱状磁辊轮31平行吸合于压力容器9的外表面，且能行走。

在基座2上安装有摄像组件5，如图7所示。该工具中，摄像组件5通过数据线与处理器输入端连接，处理器存储上述数据和信号，通过数据线或存储设备转移至计算机进行数据处理，或者处理器直接对数据处理。如图1各压力传感器组的信号线通过处理器同步上传至计算机进行数据处理。数据处理包括对图像处理后进行三维建模和将压力点数据与建模点位链接，将各压力点位数据与三维建模坐标点位对应，通过三维模型表达各压力点位的压力数值。从而，在建模基础上，还可以通过整体压力数值之间的对比，以确定压力容器整个圆柱形外表面的压力检测数值或变形量数值的变化幅度，超过阈值时通过着色或发出警示信号。对摄像组件采集的图像信息进行处理包括将图片截取仅包括所有压力检测组件占用区域的图像，并将该区域图像按照所有压力检测组件数量分割为数量的小图片单元，并分别分配坐标，使三维建模后各小图片单元所处坐标与对应的压力检测组件的压力数据对应链接。

Claims (9)

1.一种承压类特种设备形变量建模方法，其特征在于，通过一个按照点阵布置有多个压力检测组件的工具，将各个压力检测组件以初始状态各压力数值为基准，通过均衡受力地同步移动各压力检测组件，通过检测各压力检测组件的数值变化确定压力容器表面的平整度和变形程度；同时通过一个或多个随上述工具一体移动的摄像组件，摄像组件位于与多个压力检测组件一侧特定位置，通过摄像组件采集压力检测组件路过前或路过后的深度图像信息，并调整摄像时间差图像信息，使图像信息与压力检测信息保持一致，并对图像信息进行处理，随工具移动后采集的多个处理后的图像通过三维成像技术获取压力容器数字三维模型系统，构建压力容器三维数字模型库，并将压力检测组件的数值表达于压力容器三维数字模型库的相应坐标，还包括将压力数值转换为变形量的表达，并存储于数据库，通过双击或单机调取相应坐标位的压力值和变形量值，将局部压力值或变形量值超过阈值的点位通过变色展示。

2.根据权利要求1所述的承压类特种设备形变量建模方法，其特征在于，所述变形量包括对同一图片范围对应的多个压力检测组件之间的对比，以确定局部变形量，还包括某一个压力检测组件或某一组压力检测组件范围与其余多个压力检测组件平均数值之间的对比，以确定整体变形量，其余多个压力检测组件平均数值是指压力或变形量不超过阈值的数值。

3.根据权利要求1所述的承压类特种设备形变量建模方法，其特征在于，对摄像组件采集的图像信息进行处理包括将图片截取仅包括所有压力检测组件占用区域的图像，并将该区域图像按照所有压力检测组件数量分割为等数量的小图片单元，并分别给小图片单元分配坐标或标注，使三维建模后各小图片单元所处坐标或标注与对应的压力检测组件的压力数据对应链接。

4.根据权利要求1所述的承压类特种设备形变量建模方法，其特征在于，对摄像组件采集的图像信息进行处理和三维建模过程还包括采集压力容器的RGB图像，利用RGB图像和深度图像信息形成点云数据，将像素从二维空间映射到三维空间。

5.根据权利要求1所述的承压类特种设备形变量建模方法，其特征在于，所述工具包括位于左右两侧的摄像仪A1和A2，位于前方或后方的摄像仪B，摄像仪A1和A2用于捕捉包含所有压力检测组件及其外围图像，摄像仪B仅用于捕捉含有压力检测组件范围内的图像，摄像仪A1和A2主要作为三维建模的衔接部位图像采集，摄像仪B主要作为三维建模的数据修正图像采集。

6.根据权利要求1所述的承压类特种设备形变量建模方法，其特征在于，包括在所述工具上周边3个点位设置轴穿孔(22)并固定安装磁行走轮组件(3)，每个磁行走轮组件(3)包括柱状磁辊轮(31)，该轮的轴心通过辊轮轴(32)安装在辊轮架(33)上，辊轮架(33)的上侧中心垂直固定支撑杆(34)，支撑杆(34)贯穿于所述轴穿孔(22)内被固定，调整各支撑杆(34)的长度，使各柱状磁辊轮(31)平行吸合于压力容器(9)的外表面，且能行走。

7.一种承压类特种设备外表面形变量检测工具，包括外壳(1)和基座(2)，两者密封扣装在一起，其特征在于，基座(2)中部按照点阵布置多个导向套(21)，各导向套(21)内分别安装有压力检测组件(4)，各压力检测组件(4)通过信号线分别与处理器的输入端连接，同时在基座(2)上周边3个点位设置轴穿孔(22)并固定安装磁行走轮组件(3)，每个磁行走轮组件(3)包括柱状磁辊轮(31)，该轮的轴心通过辊轮轴(32)安装在辊轮架(33)上，辊轮架(33)的上侧中心垂直固定支撑杆(34)，支撑杆(34)贯穿于所述轴穿孔(22)内被固定，调整各支撑杆(34)的长度，使各柱状磁辊轮(31)平行吸合于压力容器(9)的外表面，且能行走；又在基座(2)上安装有摄像组件(5)，摄像组件(5)通过数据线与处理器输入端连接，处理器存储上述数据和信号，通过数据线或存储设备转移至计算机进行数据处理，或者处理器直接对数据处理，所述数据处理包括对图像处理后进行三维建模和将压力点数据与建模点位链接，通过三维模型表达各压力点位的压力数值。

8.根据权利要求7所述的承压类特种设备外表面形变量检测工具，其特征在于，单件压力检测组件(4)包括压触轮(41)、导杆(43)、压力传感器(44)、定压片(45)、动压片(46)和弱力弹簧(49)，导杆(43)的一端固定有轮架(42)，轮架(42)上安装有压触轮(41)，导杆(43)的另一端固定有定压片(45)和套装有动压片(46)，位于定压片(45)和动压片(46)之间的间隙套装有压力传感器(44)，压力传感器的信号线从外壳内部布线后汇总连接控制器盒(6)内的处理器，或者汇总后连接至数据线插头(8)，在轮架(42)与动压片(46)之间连接有弱力弹簧(49)，导杆(43)同时贯穿于基座(2)上对应的导向套(21)内，在导杆(43)的末端螺纹连接有挡丝(47)作为防脱落限位部位。

9.根据权利要求8所述的承压类特种设备外表面形变量检测工具，其特征在于，在导向套(21)内设置有键，在导杆(43)外侧设置键槽(48)，导向套内的键与键槽(48)匹配套装在一起，从而导杆进能够在导向套(21)内沿轴向移动。

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