CN117073454B - 基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，包括三个或者多个行走机构、扩张机构、与扩张机构连接的旋转机构以及与旋转机构连接的检测机构，其中，行走机构环绕扩张机构的轴向设置，扩张机构能够同步推动三个或者多个行走机构抵靠到内膛内壁；旋转机构能够带动检测机构环绕自身轴向转动。该实施方式通过将行走机构环绕扩张机构的轴向设置，使得扩张机构能够同步推拉上述行走机构，进而使得行走机构朝向或者背离内膛的内壁运动。正因为有了上述扩张机构，可以使行走机构扩张预期距离，进而抵靠到不同口径的内膛，从而适配多种口径管状内膛的检测。

Description

基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置

技术领域

本发明涉及管状内膛检测技术领域，尤其是涉及一种基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置。

背景技术

火炮身管是火炮的重要部件，然而在发射过程中，身管内壁会受到高温高压火药气体的化学作用、物理作用以及弹丸的机械作用，使内膛表面和膛线产生烧蚀和磨损，身管内膛结构尺寸发生变化，长此以往，会影响火炮的弹道性能和安全性。因此，需要测量火炮身管磨损量。如此一来，对于预测火炮弹道性能的改变量和火炮寿命，提升火炮的射击安全性和加强火炮装备保障工作等有着非常重要的意义。

相关的火炮内膛检测装置通常只适配一种口径内膛，无法对多种口径管状内膛进行检测。

因此需要一种新型的适配多种口径管状内膛检测的装置。

发明内容

本发明的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本发明的一些实施例提供了一种基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

该装置包括三个或者多个行走机构、扩张机构、与所述扩张机构连接的旋转机构以及与所述旋转机构连接的检测机构，其中，所述行走机构环绕所述扩张机构的轴向设置，所述扩张机构能够同步推动所述三个或者多个行走机构抵靠到内膛；所述旋转机构能够带动所述检测机构环绕自身轴向转动。

可选的，所述扩张机构包括扩张电机、传动轴、两个第一支撑板、两个第二支撑板和多个连杆组件，所述传动轴设置有两个对称设置的螺纹，两个所述第一支撑板套置到所述传动轴两侧，两个所述第二支撑板设置到两个所述第一支撑板之间，两个所述第二支撑板分别与两个所述螺纹啮合，每个所述连杆组件枢转连接一个行走机构和相邻的一个第一支撑板和一个第二支撑板。

可选的，所述扩张机构还包括光杠，所述光杠的两端连接所述扩张电机和所述旋转机构，所述光杠穿过两个所述第一支撑板和两个所述第二支撑板，所述光杠与所述第一支撑板固定连接，与所述第二支撑板可滑动地连接。

可选的，所述连杆组件包括两个枢转连接的连杆，两个所述连杆的一端分别可转动地连接到所述第一支撑板和所述第二支撑板，两个所述连杆的另一端可转动地连接到设置在所述行走机构的转轴。

可选的，所述行走机构包括行走电机、轮组和两个间隔设置的轮组连接板，所述轮组枢转地连接到两个所述轮组连接板之间，所述行走电机与所述轮组连接。

可选的，所述旋转机构包括旋转电机、支撑杆、两个固定连接板和滑环，所述支撑杆的两端连接两个所述固定连接板，所述旋转电机与朝向所述行走机构的固定连接板固定连接，所述滑环的固定部与背离所述行走机构的固定连接板固定连接，所述旋转电机的输出轴与所述滑环的旋转部的一端连接，所述滑环的旋转部的另一端与所述检测机构连接。

可选的，所述检测机构包括主体，所述主体的一端与所述旋转机构连接，所述主体的另一端设置有轴向摄像头和激光测距仪，所述主体的一侧设置有径向摄像头和激光位移传感器。

可选的，所述多口径管状内膛检测装置还包括与所述行走机构、扩张机构、旋转机构以及检测机构通讯连接的控制器；所述控制器控制所述扩张机构推动所述行走机构，使所述行走机构抵靠到所述内膛；所述控制器控制所述行走机构沿所述内膛行进，以及控制所述旋转机构带动所述检测机构转动以采集图像信息和位置信息；所述控制器响应于所述图像信息显示疵病特征，控制所述行走机构停止行走后，控制所述旋转机构转动使所述检测机构采集疵病特征处的距离信息，生成疵病膛线截面图；所述控制器基于所述图像信息、所述位置信息和所述疵病膛线截面图，确定疵病信息。

可选的，所述控制器响应于所述图像信息显示疵病特征，控制所述行走机构停止行走后，控制所述旋转机构带动所述激光位移传感器以预设速度转动一周，所述激光位移传感器采集N个探测点的距离信息集合{D₁…D_A…D_N}；将采集的探测点的距离信息集合根据预设的取值范围进行滤波处理；以所述内膛的轴线为中心建立坐标系，根据以下公式确定探测点的坐标：

其中，x_A为第A个探测点的横坐标；

y_A为第A个探测点的纵坐标；

A为由最低点作为第一个探测点时，该探测点的序号；

D_A为激光位移传感器采集的由该激光位移传感器的测量起始点到该探测点的距离信息；

R为内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离；

所述控制器根据所述探测点的坐标生成所述疵病膛线截面图。

可选的，将所述多口径管状内膛检测装置放置到标准管件中，所述控制器采集多个所述激光位移传感器的测量起始点到标准件内壁的样本距离信息；确定多个所述样本距离信息的平均值；将所述标准管件内半径与所述样本距离信息的平均值之差确定为内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离。

可选的，所述控制器基于所述探测点的坐标，以距离最大的两个探测点的中心作为参考圆的圆心生成参考圆；将所述参考圆与所述疵病膛线截面图比对，确定疵病特征处与对应位置的参考圆的距离差值；根据膛线的高度信息与所述距离差值，确定疵病的深度信息。

可选的，所述控制器在预设方向上采集所述图像信息中的疵病特征的两个目标特征点的像素坐标；根据以下公式确定两个目标特征点的像素距离信息D_x：

根据以下公式将所述像素距离信息D_x转换为实际距离信息D_s：

其中，_ε为像素距离信息与实际距离信息的转换系数；

根据所述实际距离信息D_s确定疵病的表层信息。

本发明的上述实施例具有如下有益效果：通过本发明的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，能够对多种口径的管状内膛进行检测，使得该检测装置应用更广泛。具体来说，造成相关检测装置只能对一种口径的管状内膛进行检测的原因在于：行走机构的周向尺寸是固定无法调整的，仅与一种管状内膛的口径相对应。基于此，本发明的一些实施例的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置包括扩张机构、行走机构、旋转机构和检测机构。上述行走机构环绕扩张机构的轴向设置。扩张机构能够同步推拉上述行走机构，进而使得行走机构朝向或者背离内膛的内壁运动。正因为有了上述扩张机构，可以使行走机构扩张预期距离，进而抵靠到不同口径的内膛内壁，从而适配多种口径管状内膛的检测。

此外，旋转机构能够随行走机构运动到内膛内部，通过使检测机构转动对内膛周向进行检测，能够提高检测的精准度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的扩张机构的一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的扩张机构和行走机构的一个实施例的结构示意图；

图4A为本发明的旋转机构和检测机构的一个实施例的结构示意图；

图4B为本发明的旋转机构和检测机构的又一个实施例的结构示意图；

图5为本发明的控制器工作过程的一些实施例的流程图；

图6为本发明的控制器工作过程的另一些实施例的流程图；

图7为本发明的径向图像和轴向图像的显示界面示意图；

图8为本发明的疵病膛线截面图的显示界面示意图；

图9为本发明的参考圆与疵病膛线截面图对比图的显示界面示意图；

图10为本发明的参考圆与疵病膛线截面图对比放大图的显示界面示意图；

图11为本发明的确定探测点坐标的一些实施例的示意图。

附图标记说明：

1：扩张机构；11：扩张电机；12：传动轴；121：螺纹；122：螺纹；13：第一支撑板；14：第二支撑板；15：光杠；16：第一连杆；17：第二连杆；2：行走机构；21：行走电机；22：轮组连接板；23：轮组；3：旋转机构；31：旋转电机；32：支撑杆；33：滑环；34：固定连接板；4：检测机构；41：主体；42：径向摄像头；43：激光测距仪；44：轴向摄像头；45：激光位移传感器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

首先请参阅图1，图1为本发明的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该装置包括扩张机构1、行走机构2、旋转机构3和检测机构4。

上述行走机构2环绕扩张机构1的轴向设置，扩张机构1用于推动行走机构2抵靠到内膛内壁，进而使得行走机构2能够适配不同口径的管状内膛。上述管状内膛可以是各种类型的火炮的身管内膛。

作为示例，上述扩张机构可以包括与行走机构数量相应的电动推杆，每个电动推杆环绕内膛的轴心设置。该电动推杆的活动端指向内膛内壁，以及与对应的行走机构连接。在工作状态下，多个电动推杆同时伸出，能够推动行走机构抵靠到内膛。作为再一示例，上述电动推杆还可以是电磁推杆、气压撑杆等。

接下来结合图2和图3对扩张机构进行说明。图2为本发明的扩张机构的一个实施例的结构示意图；图3为本发明的扩张机构和行走机构的一个实施例的结构示意图。如图2和图3所示，该扩张机构1可以包括扩张电机11、传动轴12、两个第一支撑板13、两个第二支撑板14和多个连杆组件(图中未整体标示)。上述扩张电机11与传动轴12的左端(图2所示的方向)连接，使得该传动轴12能够环绕自身轴向转动。进一步地，该传动轴12设置有两个相对称的螺纹121、122。在组装好的状态下，上述两个第一支撑板13套置到传动轴12的两侧。上述两个第二支撑板14设置到两个上述第一支撑板13之间。两个上述第二支撑板14分别与两个螺纹121、122一一对应地啮合。如此一来，在工作状态下，当该传动轴12转动时，能够带动两个第二支撑板14背向或者相向运动。

进一步地，该扩张机构1还包括光杠15。该光杠15穿过上述两个第一支撑板13和两个第二支撑板14。光杠15与第一支撑板13固定连接，光杠15与第二支撑板14滑动连接。进而在工作状态下，在传动轴12运动过程中，上述第一支撑板13不发生位移，第二支撑板14背向或者相向运动。

继续参阅图3，上述连杆组件包括一端枢转连接的第一连杆16和第二连杆17。该第一连杆16和第二连杆17的一端可转动地连接到设置在行走机构2上的转轴。第一连杆16的另一端与第一支撑板13枢转连接。第二连杆17的另一端与第二支撑板14枢转连接。如此一来，在工作状态下，两个第二支撑板14的相向或者背向运动会使第二连杆17倾斜，进而带动行走机构2往复运动。

由于第一支撑板13不发生位移，只有位于中部的第二支撑板14朝向或者背离传动轴12中部移动，进而能够使该装置质心不发生变化，使得该装置在保证行走稳定的情况下，适配多种口径管状内膛。

重新参阅图1和图3，为了保证该行走机构2在抵靠内膛内壁后，能够稳定地行走，避免抖动而造成检测结果误差大的情况发生，上述行走机构2可以如图1所示设置三个。当然，行走机构的数量并不是唯一的，本领域技术人员可以根据实际情况调整行走机构的数量，但是这种改变并不超出本发明的保护范围。

在一些可选实现方式中，上述行走机构2可以包括行走电机21、轮组23和两个间隔设置的轮组连接板22。上述轮组23通过轮轴枢转地连接到两个上述轮组连接板22之间。上述行走电机21与上述轮组23连接。上述第一连杆16和第二连杆17枢转连接的一端通过枢转轴与上述轮组连接板22活动连接。上述轮组23可以包括多个行走轮，为了提高摩擦力，上述行走轮可以采用胶轮。进一步地，为了避免轮组出现卡滞的情况，上述行走轮可以采用半活动行走轮。

接下来请参阅图4A、图4B并继续参阅图1，图4A为本发明的旋转机构和检测机构的一个实施例的结构示意图；图4B为本发明的旋转机构和检测机构的又一个实施例的结构示意图。如图4A、图4B和图1所示，上述旋转机构3包括两个间隔设置的固定连接板34、支撑杆32和滑环33。支撑杆32的两端连接两个固定连接板34。旋转电机31与左侧(图4A中的方向)的固定连接板34固定连接。滑环33的固定部与右侧(图4A中的方向)的固定连接板34固定连接。该旋转电机31的输出轴与滑环33的旋转部的左侧连接。滑环33的旋转部的右侧与检测机构4连接。

继续参阅图4，上述检测机构4包括主体41、径向摄像头42、轴向摄像头44、激光测距仪43和激光位移传感器45。上述主体41的一端与滑环33的旋转部连接。采用滑环33能够防止径向摄像头42和激光位移传感器45旋转时发生数据线缠绕的现象。径向摄像头42和激光位移传感器45设置到主体41的侧向，用于采集内膛的内壁图像信息。上述轴向摄像头44设置到主体41的朝向行进方向的一端，用于采集该检测装置的行走状态信息。上述激光测距仪43与上述轴向摄像头44同向设置，激光测距仪43用于确定该检测装置以及疵病的位置信息。上述激光位移传感器用于采集疵病信息。

进一步地，该检测装置还可以包括控制器，该控制器与上述行走机构、扩张机构、旋转机构以及检测机构通讯连接。

上述控制器可以是控制终端或者服务器。

控制终端可以是硬件，也可以是软件。当终端设备为硬件时，可以是便携计算机、上位机、工作站、台式计算机等。当终端设备为软件时，可以安装在上述所列举的电子设备中。其可以实现成例如用来提供采集数据、处理数据的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。

服务器也可以是硬件或软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成例如用来提供分布式服务的多个软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块。在此不做具体限定。

如图5所示，其示出了本发明的控制器工作过程的一些实施例的流程500。该控制器工作过程可以包括以下步骤：

步骤501，控制器控制扩张机构推动行走机构，使行走机构抵靠到内膛。

在一些实施例中，将上述检测装置放置到内膛中，上述控制器控制扩张机构向外推动行走机构，使得行走机构抵靠到内膛内壁，进而适应不同口径的内膛。上文已对扩张机构的结构和工作过程进行了阐述，此处不再重述。

进一步地，作为示例，该控制器可以包括人机交互界面，工作人员可以通过人机交互界面输入该内膛口径，控制器在获取到该内膛口径后，根据与该内膛口径相对应的行走机构的运动位移控制扩张机构。例如，可以在控制器的数据库中存储内膛口径与行走机构的运动位移对应关系表。进而控制器通过调用上述对应关系表，确定对应的行走机构的运动位移，再通过控制扩张机构的扩张电机控制行走机构的运动位移，进而使得行走机构抵靠到内膛的内壁。

可选地，也可以在上述行走机构上设置压力传感器，该压力传感器与控制器通讯连接。通过压力传感器采集行走机构的轮组与内膛的压力信息。该控制器在接收到该压力信息后，与预设压力阈值进行比对，进而实现行走机构抵靠到内膛。

步骤502，控制器控制行走机构沿内膛行进，以及控制旋转机构带动检测机构转动以采集图像信息和位置信息。

在一些实施例中，当上述行走机构抵靠到内膛之后，行走机构带动该检测装置在内膛中移动。作为示例，可以在人机交互界面上输入行进速度，或者控制器预设行进速度。

上述图像信息可以包括径向图像和轴向图像。如上文所述，上述检测装置包括径向摄像头、轴向摄像头、激光测距仪以及激光位移传感器。径向摄像头在上述旋转机构的带动下能够采集内膛的径向图像。轴向摄像头采集内膛的轴向图像以及该检测装置的行进状态。若该轴向摄像头抖动剧烈，采集的轴向图像偏差过大，则需重新控制扩张机构推动行走机构。径向图像和轴向图像可以直接发送到控制器或者展示到人机交互界面上进行展示。作为示例，上述人机交互界面可以是采用MATLAB GUI软件通过程序编写展示人机交互界面。结合图7进行说明，图7为本发明的径向图像和轴向图像的显示界面示意图。如图7所示，界面左上部能够实时展示径向摄像头和轴向摄像头采集的径向图像和轴向图像。还可以在界面右侧设置“打开摄像头”和“关闭摄像头”按钮对上述径向摄像头和轴向摄像头进行控制。此外，还可以设置“轴向摄像头保存图像”以及“径向摄像头保存图像”按钮，工作人员可以通过点击，将轴向图像和镜像图像进行保存，供后续判别损伤状况及精确测量损伤部位数据使用。

上述激光测距仪用于采集该检测设备在内膛中的位置。以该内膛为火炮内膛为例，该检测机构可以由炮口的对侧进入，在炮口处设置挡板，进而使该激光测距仪能够采集检测装置到炮口的距离，最终确定检测装置的位置。同样的，上述位置信息可以直接发送到控制器或者展示到人机交互界面上供工作人员参阅。

步骤503，控制器响应于图像信息显示疵病特征，行走机构停止行走，控制旋转机构转动使检测机构采集疵病特征处的距离信息，生成疵病膛线截面图。

在一些实施例中，若图像信息传输到控制器，控制器可以对上述图像信息进行分析进而确定该图像中是否有疵病特征。上述疵病特征包括但不限于压坑、划痕等疵病的特征。作为示例，上述图像信息可以包括图片或者视频。该控制器可以包括图像处理模块，通过提取图片中的特征与数据库中样本库中的疵病特征进行比对，从而确定该图像中是否有疵病特征。进而控制行走机构停止行走。

若图像信息传输到人机交互界面，用户可以根据经验或者通过样本疵病图像库中的图像进行比对。当发现图片信息中存在疵病特征时，通过人机交互界面中的控制按钮，使该行走机构停止工作。

接下来将通过激光位移传感器对疵病特征进行信息采集。需要说明的是，上述激光位移传感器能够精确测量距离信息。因此对于包括如压坑、划痕等疵病特征能够精确采集距离信息。在工作中，控制器控制旋转机构转动，上述激光位移传感器采集周向的距离信息。

进一步地，在控制旋转机构转动前，可以先将旋转机构的旋转电机控制到起始位。综合旋转电机的旋转角度以及上述距离信息可以确定多个探测点的坐标。最后，上述多个探测点的连接线即是上述疵病膛线截面图。

图7所展示的人机交互界面在工作中，首先点击“读取文件”按钮，使控制器获取到上述距离信息，进而生成疵病膛线截面图。最后点击“激光扫描轮廓成像”，能够在该界面上显示疵病膛线截面图。

步骤504，基于图像信息、位置信息和疵病膛线截面图，确定疵病信息。

在一些实施例中，疵病信息包括疵病位置信息、疵病深度信息以及疵病表层信息。

通过上述激光测距仪能够确定该疵病位置与炮口的距离，进而确定该疵病位置。

而对于疵病表层信息可以通过对上述图像信息进行处理来确定。具体而言，控制器可以在预设方向上采集上述图像信息中的疵病特征的两个目标特征点的像素坐标。上述预设方向可以是横向或者纵向等。当该控制器包括人机交互界面时，也可以通过手动来确定上述两个目标特征点。两个目标特征点可以是在预设方向上距离最远的两个点。

接下来，可以根据以下公式确定两个目标特征点的像素距离信息D_x：

其中，(x₁，y₁)为第一个目标特征点的像素坐标；

(x₂，y₂)为第二个目标特征点的像素坐标。

最后，根据以下公式将上述像素距离信息D_x转换为实际距离信息D_s：

其中，ε为像素距离信息与实际距离信息的转换系数；

最后，通过在不同的预设方向上采集上述实际距离信息，获取疵病的表层信息。

作为示例，上述疵病的深度信息可以通过如下过程确定：通过上述疵病膛线截面图与该口径样本的内膛截面图进行比对，将采集的疵病特征的距离信息与对应处的样本内膛阳线的距离信息作差，得出的差值即为疵病的深度信息表征的深度值。

在一些实施例的一些可选实现方式中，也可以确定一个参考圆进行比对。

接下来结合图8和图9进行说明。图8为本发明的疵病膛线截面图的显示界面示意图；图9为本发明的参考圆与疵病膛线截面图对比图的显示界面示意图。如图8和图9所示，基于上述探测点的坐标，能够确定出两个距离最大的探测点。对两个探测点进行连线，以该连线的中点作为该参考圆的圆心。该参考圆可以表征内膛阴线的轮廓。

接着请参阅图10并继续参阅图9，图10为本发明的参考圆与疵病膛线截面图对比放大图的显示界面示意图。如图10所示，将该参考圆与疵病膛线截面图进行比对，确定出疵病膛线截面图的疵病特征与对应位置处参考圆的距离差值。进一步地，再根据已知的膛线高度与上述距离差值相减，得到疵病的深度信息表征的深度值。

本发明的一些实施例提供的检测方法，通过图像与激光测距相结合的技术方案能够大幅度提高检测精度，相较于人工手动伸缩杆检测的方式更具可靠性，也提高了精准度。此外，以图像采集和激光采集相关信息的方式，相较于光学测量机构，更能规避光的影响，能够提高测量精度。

进一步地，本发明通过两个距离最大的探测点而确定的参考圆，能够直接确定该参考圆的圆心，大幅度降低比对的误差。此外，上述参考圆为该内膛阴线的实际截面图，通过与参考圆表征的阴线实际截面进行比对，相较于采用设计理论数据来说会更加准确，能够大幅度提高检测精度，检测效率更高。

进一步参考图6，其示出了本发明的控制器工作过程的另一些实施例的流程600。具体包括以下步骤：

步骤601，控制器控制扩张机构推动行走机构，使行走机构抵靠到内膛。

步骤602，控制器控制行走机构沿内膛行进，以及控制旋转机构带动检测机构转动以采集图像信息和位置信息。

在一些实施例中，步骤601-602的具体实现及其所带来的技术效果，可以参考图5对应的实施例中的步骤501-502，在此不再赘述。

步骤603，控制器响应于图像信息显示疵病特征，行走机构停止行走，旋转机构带动激光位移传感器以预设速度转动一周，激光位移传感器采集N个探测点的距离信息集合{D1…DA…DN}。

在一些实施例中，控制器可以控制激光位移传感器采集该疵病特征周向的N个探测点的距离信息，这些探测点的距离信息表征该内膛轴线到内膛的距离。

步骤604，控制器将采集的探测点的距离信息集合根据预设的取值范围进行滤波处理。

在一些实施例中，为了确保上述探测点的距离信息集合中数据的准确性，需要去掉坏值。首先，对上述集合中的距离信息确定标准偏差，进而确定一个区间。根据正态分布3σ原则，数值分布在(μ-σ，μ+σ)的概率为0.6826，分布在(μ-2σ，μ+2σ)的概率为0.9544，分布在(μ-3σ，μ+3σ)的概率为0.9974，(μ-3σ，μ+3σ)取值范围外的可能性占不到0.3％，可以认为正常的取值范围集中在(μ-3σ，μ+3σ)区间内，超过该取值范围的距离信息应予以剔除。

步骤605，以内膛的轴线为中心建立坐标系，根据以下公式确定探测点的坐标：

在一些实施例中，x_A为第A个探测点的横坐标；y_A为第A个探测点的纵坐标；A为由最低点作为第一个探测点时，该探测点的序号；D_A为激光位移传感器采集的该探测点的距离信息；R为内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离。

进一步地，上述内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离R可以通过以下步骤确定：

首先，将该检测装置放置到标准管件中。控制器采集多个激光位移传感器的测量起始点到标准件内壁的样本距离信息；

确定多个所述样本距离信息的平均值；

将标准管件内半径与样本距离信息的平均值之差确定为内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离。

接下来结合图8进行说明，图8为本发明的确定探测点坐标系的一些实施例的示意图。首先，控制器控制旋转机构转动，使得激光位移传感器首先采集最低点，即第1探测点的距离信息。控制该旋转机构的旋转电机逆时针旋转。图8是以旋转一周采集6个点作为实施例进行示出的，但需要说明的是，采集的探测点数目并不是唯一的，本领域技术人员可以根据实际情况进行调整，这里只是进行举例说明。

以内膛的轴线为中心建立坐标系，6个探测点与中心的连线将该坐标系分为6等份。作为示例，第三个探测点与x轴的夹角为D3为采集的第3探测点的距离信息表征的距离数值。内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离R已知，以R为1为例进行说明。由于D3已采集，第3探测点与x轴夹角可确定，因此，上述第3探测点的坐标为：

步骤606，根据探测点的坐标生成疵病膛线截面图。

通过上述多个探测点的坐标连接生成疵病膛线截面图。

步骤607，基于位置信息和疵病膛线截面图，确定疵病信息。

在一些实施例中，步骤607的具体实现及其所带来的技术效果，可以参考图5对应的实施例中的步骤504，在此不再赘述。

上述技术方案作为本发明的实施例的又一个发明点，能够降低确定探测点坐标的误差。首先，将该坐标系分成多个等分，使每个探测点与x轴的夹角成为定量，只需采集的距离信息准确即可大幅提高精准度。此外，通过滤波处理，能够去掉坏值，使得采集的距离信息更加精准，能够大幅度地提高检测结果的准确度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，包括三个或者多个行走机构、扩张机构、与所述扩张机构连接的旋转机构以及与所述旋转机构连接的检测机构，其中，

所述行走机构环绕所述扩张机构的轴向设置，所述扩张机构能够同步推动所述三个或者多个行走机构抵靠到内膛；

所述旋转机构能够带动所述检测机构环绕自身轴向转动；

所述检测机构包括主体，所述主体的一端与所述旋转机构连接，所述主体的另一端设置有轴向摄像头和激光测距仪，所述主体的一侧设置有径向摄像头和激光位移传感器；

所述多口径管状内膛检测装置还包括与所述行走机构、扩张机构、旋转机构以及检测机构通讯连接的控制器；所述控制器控制所述扩张机构推动所述行走机构，使所述行走机构抵靠到所述内膛；所述控制器控制所述行走机构沿所述内膛行进，以及控制所述旋转机构带动所述检测机构转动以采集图像信息和位置信息；所述控制器响应于所述图像信息显示疵病特征，控制所述行走机构停止行走后，控制所述旋转机构转动使所述检测机构采集疵病特征处的距离信息，生成疵病膛线截面图；所述控制器基于所述图像信息、所述位置信息和所述疵病膛线截面图，确定疵病信息；

所述控制器响应于所述图像信息显示疵病特征，控制所述行走机构停止行走后，控制所述旋转机构带动所述激光位移传感器以预设速度转动一周，所述激光位移传感器采集N个探测点的距离信息集合{D₁…D_A…D_N}；

将采集的探测点的距离信息集合根据预设的取值范围进行滤波处理；

以所述内膛的轴线为中心建立坐标系，根据以下公式确定探测点的坐标：

其中，x_A为第A个探测点的横坐标；

y_A为第A个探测点的纵坐标；

A为由最低点作为第一个探测点时，该探测点的序号；

D_A为激光位移传感器采集的由该激光位移传感器的测量起始点到该探测点的距离信息；

R为内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离；

所述控制器根据所述探测点的坐标生成所述疵病膛线截面图。

2.根据权利要求1所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，所述扩张机构包括扩张电机、传动轴、两个第一支撑板、两个第二支撑板和多个连杆组件，所述传动轴设置有两个对称设置的螺纹，两个所述第一支撑板套置到所述传动轴两侧，两个所述第二支撑板设置到两个所述第一支撑板之间，两个所述第二支撑板分别与两个所述螺纹啮合，每个所述连杆组件枢转连接一个行走机构和相邻的一个第一支撑板和一个第二支撑板。

3.根据权利要求2所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，所述扩张机构还包括光杠，所述光杠的两端连接所述扩张电机和所述旋转机构，所述光杠穿过两个所述第一支撑板和两个所述第二支撑板，所述光杠与所述第一支撑板固定连接，与所述第二支撑板可滑动地连接。

4.根据权利要求3所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，所述连杆组件包括两个枢转连接的连杆，两个所述连杆的一端分别可转动地连接到所述第一支撑板和所述第二支撑板，两个所述连杆的另一端可转动地连接到设置在所述行走机构的转轴。

5.根据权利要求1所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，所述行走机构包括行走电机、轮组和两个间隔设置的轮组连接板，所述轮组枢转地连接到两个所述轮组连接板之间，所述行走电机与所述轮组连接。

6.根据权利要求1所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，所述旋转机构包括旋转电机、支撑杆、两个固定连接板和滑环，所述支撑杆的两端连接两个所述固定连接板，所述旋转电机与朝向所述行走机构的固定连接板固定连接，所述滑环的固定部与背离所述行走机构的固定连接板固定连接，所述旋转电机的输出轴与所述滑环的旋转部的一端连接，所述滑环的旋转部的另一端与所述检测机构连接。

7.根据权利要求1所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，

将所述多口径管状内膛检测装置放置到标准管件中，所述控制器采集多个所述激光位移传感器的测量起始点到标准件内壁的样本距离信息；

确定多个所述样本距离信息的平均值；

将所述标准管件内半径与所述样本距离信息的平均值之差确定为内膛的轴线到该激光位移传感器的测量起始点的距离。

8.根据权利要求7所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，

所述控制器基于所述探测点的坐标，以距离最大的两个探测点的中心作为参考圆的圆心生成参考圆；

将所述参考圆与所述疵病膛线截面图比对，确定疵病特征处与对应位置的参考圆的距离差值；

根据膛线的高度信息与所述距离差值，确定疵病的深度信息。

9.根据权利要求7所述的基于图像和激光扫描的多口径管状内膛检测装置，其特征在于，

所述控制器在预设方向上采集所述图像信息中的疵病特征的两个目标特征点的像素坐标；

根据以下公式确定两个目标特征点的像素距离信息D_x：

根据以下公式将所述像素距离信息D_x转换为实际距离信息D_s：

其中，ε为像素距离信息与实际距离信息的转换系数；

根据所述实际距离信息D_s确定疵病的表层信息。