CN113484334A - 一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置及其工作方法，属于管道内壁缺陷检测技术领域。包括本体及设置在本体上的图像识别装置、电磁超声检测装置、控制及处理模块、柔性动力机构和供电装置；图像识别装置、电磁超声检测装置、柔性动力机构和供电装置分别与控制及处理模块连接；若干柔性动力机构环向布置在本体侧部；使用时，所有滚轮端部与管道内壁接触。本发明替代了人眼，提高了检测效率，降低了误差；能够使装置在管道获得足够的支撑而平稳行进；能够对管道内的缺陷进行高效识别，可在变径管道内部进行高效的连续作业，不依赖操作者的技能水平和经验，具有良好的应用前景。

Description

一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置及其工作方法
技术领域
本发明属于管道内壁缺陷检测技术领域，具体涉及一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置及其工作方法。
背景技术
管道是用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置，主要可运用于给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。能源需求的快速增长推动了管道工程建设的迅速发展，截至2010年底，全球管道干线总长度超过200万千米。
经过长期的运营，管道病害问题日益突显出来，管道内壁缺陷是当今管道运输过程中常出现的一种钢轨损伤，发生的主要原因是由于管道内壁运输过程中，运输物体对管道内壁的腐蚀、摩擦等，同时也存在制造过程中内壁产生缺陷如注塑气泡、应力裂纹等。
目前，对于管道检测常采用管道内窥电视检测系统，需要人工肉眼进行对管道内壁进行观测、判断损伤，检测效率极低，检测质量因人而异，且对管道管径变化段等管段无法顺利通过。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置及其工作方法，实现了对不同管径的管道内壁进行连续的高效精确检测。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，包括本体及设置在本体上的图像识别装置、电磁超声检测装置、控制及处理模块、柔性动力机构和供电装置；图像识别装置、电磁超声检测装置、柔性动力机构和供电装置分别与控制及处理模块连接；
柔性动力机构包括伺服机构、压力传感器、传动电机和滚轮；伺服机构的一端与本体连接，另一端与压力传感器连接，压力传感器与传动电机连接，传动电机与滚轮连接；
若干柔性动力机构环向布置在本体侧部；使用时，所有滚轮端部与管道内壁接触。
优选地，图像识别装置包括高速相机和若干补光灯，高速相机设置在本体行进方向的前方，若干补光灯朝向管道内壁设置，高速相机和若干补光灯均与控制及处理模块连接。
进一步优选地，若干补光灯环向均布在高速相机周围，且每个补光灯可通过控制及处理模块独立控制。
进一步优选地，高速相机外部设有球形防护罩。
优选地，若干电磁超声检测装置周向均布，检测方向与管道内壁垂直。
优选地，每个柔性动力机构包括两个滚轮，传动电机连接有安装座，电磁超声检测装置设在安装座上，安装座两端分别连接一个滚轮。
优选地，滚轮连接有阻尼减震器。
优选地，控制及处理模块连接有距离传感器和报警装置。
优选地，控制及处理模块连接有无线通讯模块，无线通讯模块与上位机通信互联。
本发明公开的上述用于管道内壁的柔性缺陷检测装置的工作方法，包括：
根据管道起始端的内径，调整柔性动力机构的初始长度，并将装置放入管道内，所有滚轮端部与管道内壁接触；控制及处理模块通过传动电机控制滚轮滚动，带动装置行进；在装置的行进过程中，控制及处理模块对图像识别装置采集到的图像数据和电磁超声检测装置采集到的超声波数据进行匹配及处理，对超出设定阈值的数据点进行报警；供电装置提供装置所需电力；当管道内径变化时，通过所有柔性动力机构中的压力传感器数据同步，伺服机构调节柔性动力机构的长度，使每个滚轮与管道内壁的压力恒定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，通过传动电机带动滚轮转动，能够实现装置在管道内的自动行进，在行进过程中，控制及处理模块对图像识别装置采集到的图像数据和电磁超声检测装置采集到的超声波数据进行匹配及处理，对超出设定阈值的数据点进行报警。图像识别装置和电磁超声检测装置代替了人眼，提高了检测效率，降低了误差。通过环向布置在本体侧部的若干柔性动力机构，能够使装置在管道获得足够的支撑而平稳行进；并且通过伺服机构和压力传感器的配合，能够在变管径的管道中实现稳定、连续地的运行检测。
进一步地，高速相机具有高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力，能够采集到精准的图像数据；补光灯可以在需要时对管道内壁进行照明。
更进一步地，若干补光灯环向均布在高速相机周围，且每个补光灯可通过控制及处理模块独立控制，能够根据实际的需要打开指定数量和位置的补光灯，提高图像采集效果。
更进一步地，高速相机外部设有球形防护罩，能够防水防尘，保护高速相机不受管道内残留介质等侵害；同时能够防止反光影响图像数据的采集。
进一步地，每个柔性动力机构通过安装座安装有两个滚轮，结构稳定，可靠性高。
进一步地，滚轮连接有阻尼减震器，当管道内壁不平整时能够使装置能够平稳前进。
进一步地，距离传感器能够对装置的位置进行准确定位，配合报警装置能够使检测人员能够快速定位并标记缺陷位置。
进一步地，通过无线通讯模块能够实时连接上位机，进行数据的存储和快速分析。
本发明公开的上述用于管道内壁的柔性缺陷检测装置的工作方法，能够对管道内的缺陷进行高效识别，可在变径管道内部进行高效的连续作业，不依赖操作者的技能水平和经验，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的整体结构主视示意图；
图3为本发明的工作流程示意图。
图中：1为本体，100为图像识别装置，110为高速相机，120为补光灯，200为电磁超声检测装置，300为控制及处理模块，400为柔性动力机构，410为伺服机构，420为压力传感器，430为传动电机，440为滚轮，500为供电装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
本发明的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，包括本体1及设置在本体1上的图像识别装置100、电磁超声检测装置200、控制及处理模块300、柔性动力机构400和供电装置500；图像识别装置100、电磁超声检测装置200、柔性动力机构400和供电装置500分别与控制及处理模块300连接。
柔性动力机构400包括伺服机构410、压力传感器420、传动电机430和滚轮440；伺服机构410的一端与本体1连接，另一端与压力传感器420连接，压力传感器420与传动电机430连接，传动电机430与滚轮440连接；若干柔性动力机构400环向布置在本体1侧部；使用时，所有滚轮440端部与管道内壁接触。
电磁超声检测装置200不需要耦合剂，能够进行非接触式检测。
在本发明的一个较优的实施例中，图像识别装置100包括高速相机110和若干补光灯120，高速相机110设置在本体1行进方向的前方，若干补光灯120朝向管道内壁设置，高速相机110和若干补光灯120均与控制及处理模块300连接。
在本发明的一个较优的实施例中，若干补光灯120环向均布在高速相机110周围，且每个补光灯120可通过控制及处理模块300独立控制。
在本发明的一个较优的实施例中，高速相机110外部设有球形防护罩；球形防护罩为玻璃材质，一方面防水防尘，保护高速相机不受管道内残留介质等侵害；一方面能够防止反光影响图像数据的采集。
在本发明的一个较优的实施例中，若干电磁超声检测装置200周向均布，检测方向与管道内壁垂直。
在本发明的一个较优的实施例中，每个柔性动力机构400包括两个滚轮440，传动电机430连接有安装座，电磁超声检测装置200设在安装座上，随整个柔性动力机构400一同伸缩，安装座两端分别连接一个滚轮440。
在本发明的一个较优的实施例中，滚轮440连接有阻尼减震器。
在本发明的一个较优的实施例中，控制及处理模块300连接有距离传感器和报警装置。
在本发明的一个较优的实施例中，控制及处理模块300连接有无线通讯模块，无线通讯模块与上位机通信互联。
下面以一个具体的实施例来对本发明的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置进行进一步的解释说明：
如图1和图2，本实施例提供的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，包括图像识别装置100、电磁超声检测装置200、控制及处理模块300、柔性动力机构400、供电装置500；所述图像识别装置100包含高速相机110与补光灯120；柔性动力机构400包含伺服机构410、压力传感器420、传动电机430、滚轮440；控制及处理模块300与供电装置500外壳固定连接，方向位于装置前进方向；高速相机110与控制及处理模块300外壳固定连接，布置于控制及处理模块300前方；补光灯120与控制及处理模块300外壳固定连接，布置于控制及处理模块300前侧方，平均分布一周，共6个；电磁超声检测装置200布置于控制及处理模块300外壳侧壁，方向与壁面垂直向外，平均分布一周，共6个；伺服机构410与供电装置500外壳固定连接，布置方向与壁面垂直向外，平均分布一周，共6个；压力传感器420与伺服机构410固定连接，共周向布置6个；伺服机构410包括必要的伸缩结构；传动电机430与压力传感器420固定连接，共周向布置6个；滚轮440与传动电机430连接，共周向布置6对；控制及处理模块300与图像识别装置100、电磁超声检测装置200同步数据，通过控制及处理模块300的设定阈值对管道内部缺陷数据进一步处理发出定位警报，从而达到管道内壁缺陷检测目的。
如图3，上述用于管道内壁的柔性缺陷检测装置在工作时：
首先基于管道内壁缺陷的大数据，利用机器学习建立评价模型，对大量管道内壁缺陷图像、超声波反射信号预处理加以分类，然后提取图像的像素级信息与超声波反射信号，对控制及处理模块300进行训练与学习。
根据管道起始端的内径，调整柔性动力机构400的初始长度，并将装置放入管道内，所有滚轮440端部与管道内壁接触；控制及处理模块300通过传动电机430控制滚轮440滚动，带动装置行进；在装置的行进过程中，控制及处理模块300对图像识别装置100采集到的图像数据和电磁超声检测装置200采集到的超声波数据进行匹配及处理，对超出设定阈值的数据点进行报警；供电装置500提供装置所需电力；当管道内径变化时，通过所有柔性动力机构400中的压力传感器420数据同步，伺服机构410调节柔性动力机构400的长度，使每个滚轮440与管道内壁的压力恒定。
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，包括本体(1)及设置在本体(1)上的图像识别装置(100)、电磁超声检测装置(200)、控制及处理模块(300)、柔性动力机构(400)和供电装置(500)；图像识别装置(100)、电磁超声检测装置(200)、柔性动力机构(400)和供电装置(500)分别与控制及处理模块(300)连接；
柔性动力机构(400)包括伺服机构(410)、压力传感器(420)、传动电机(430)和滚轮(440)；伺服机构(410)的一端与本体(1)连接，另一端与压力传感器(420)连接，压力传感器(420)与传动电机(430)连接，传动电机(430)与滚轮(440)连接；
若干柔性动力机构(400)环向布置在本体(1)侧部；使用时，所有滚轮(440)端部与管道内壁接触。
2.根据权利要求1所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，图像识别装置(100)包括高速相机(110)和若干补光灯(120)，高速相机(110)设置在本体(1)行进方向的前方，若干补光灯(120)朝向管道内壁设置，高速相机(110)和若干补光灯(120)均与控制及处理模块(300)连接。
3.根据权利要求2所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，若干补光灯(120)环向均布在高速相机(110)周围，且每个补光灯(120)可通过控制及处理模块(300)独立控制。
4.根据权利要求2所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，高速相机(110)外部设有球形防护罩。
5.根据权利要求1所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，若干电磁超声检测装置(200)周向均布，检测方向与管道内壁垂直。
6.根据权利要求1所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，每个柔性动力机构(400)包括两个滚轮(440)，传动电机(430)连接有安装座，电磁超声检测装置(200)设在安装座上，安装座两端分别连接一个滚轮(440)。
7.根据权利要求1所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，滚轮(440)连接有阻尼减震器。
8.根据权利要求1所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，控制及处理模块(300)连接有距离传感器和报警装置。
9.根据权利要求1所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置，其特征在于，控制及处理模块(300)连接有无线通讯模块，无线通讯模块与上位机通信互联。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的用于管道内壁的柔性缺陷检测装置的工作方法，其特征在于，包括：
根据管道起始端的内径，调整柔性动力机构(400)的初始长度，并将装置放入管道内，所有滚轮(440)端部与管道内壁接触；控制及处理模块(300)通过传动电机(430)控制滚轮(440)滚动，带动装置行进；在装置的行进过程中，控制及处理模块(300)对图像识别装置(100)采集到的图像数据和电磁超声检测装置(200)采集到的超声波数据进行匹配及处理，对超出设定阈值的数据点进行报警；供电装置(500)提供装置所需电力；当管道内径变化时，通过所有柔性动力机构(400)中的压力传感器(420)数据同步，伺服机构(410)调节柔性动力机构(400)的长度，使每个滚轮(440)与管道内壁的压力恒定。
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