CN117450953A - 基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油气装备检测技术领域，尤其涉及一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法。该方案面对油管内螺纹全周检测的需求，提出了镜像结构光三维旋转测量理论，推导得到对应的三维旋转测量模型，准确构建起序列图像的像素信息与内螺纹实际轮廓间转换关系，再通过搭建的全周测量系统，实现了油管内螺纹全周形貌高精度重建。基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法中包括有步骤一：构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型；步骤二：推导镜像结构光三维旋转测量模型；步骤三：基于步骤二得到的镜像结构光三维旋转测量模型，结合系统旋转角度，实现对油管内螺纹全周三维点云的重建。
Description
技术领域
本发明属于油气装备检测技术领域，尤其涉及一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法。
背景技术
油管作为油气运输的关键装备，广泛应用在油田井场各类液体和气体开采的输送场景中（如石油、天然气、泥浆等），因此在油气田企业生产过程中具有着不可替代的地位。然而，受井下复杂载荷冲击、泥浆化学介质腐蚀等恶劣工况的影响，油管容易发生脱扣、滑脱、丝扣断裂、粘扣等失效，直接影响油气田企业的正常生产工作，严重时还会造成设备损失和生态系统破坏。
内螺纹是油管连接的基本结构，也是油管最易发生损坏的部位，为保障油气田企业的安全生产，需要对油管内螺纹形貌进行全面检测、对其螺纹几何参数进行高精度测量，以实现油管精细化诊断及健康运维，即油管内螺纹的全面质检工作已经不可或缺。
其中，本领域技术人员对此做出了诸多技术尝试，例如：成都实唯物联网科技有限公司的谢志梅等人发明的专利CN104567722B“一种内螺纹检测方法”发明了一种利用反射镜辅助线激光视觉系统进行内螺纹检测的方法，该方法将相机和线激光器同侧安装在内螺纹管口上端，并将平行的两块反射镜探入内螺纹，使相机能采集投射在内螺纹表面的激光图像，最后通过螺纹件的旋转实现全周测量。此外，沈阳理工大学的姜月秋等发明的专利CN112815866A“一种基于激光轮廓扫描的内螺纹检测仪及其检测方法”提出了一种使用激光轮廓扫描仪和反射镜进行内螺纹检测的方法，其中激光轮廓扫描仪发出的激光通过光学反射镜投射到内螺纹上，再驱动电机带动测量系统360°转动，完成内螺纹全周数据采集检测。
然而，进一步研究后发明人发现，上述现有内螺纹测量技术更侧重于系统或工装结构细节的研究，缺乏对视觉测量模型方面的理论研究，导致内螺纹高精度测量的理论性、真实性和可靠性不足，难以高精度拼接并准确复现内螺纹全周形貌，影响油管内螺纹全面质检结果，亟待解决。
发明内容
本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法，该方案面对油管内螺纹全周检测的需求，提出了镜像结构光三维旋转测量理论，推导得到对应的三维旋转测量模型，准确构建起序列图像的像素信息与内螺纹实际轮廓间转换关系，再通过搭建的全周测量系统，实现了油管内螺纹全周形貌高精度重建。本发明提供的一种内螺纹测量方法，计算过程简单、测量理论完备、创新性强，可精准、快速复现内螺纹全周形貌，实现内螺纹全面质检与多参数一体化高效测量。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统，包括有：平面反射棱镜、线激光器、镜头、工业相机、旋转电控平台、支撑件、直线电控导轨以及夹具；
其中，通过支撑件，旋转电控平台固定安装在直线电控导轨上；
旋转电控平台上设置有旋转盘以及延伸臂；镜头、工业相机安装在旋转盘上，随旋转盘转动；线激光器通过夹具固定在延伸臂上，平面反射棱镜则固定设置在线激光器投射的线激光前进方向的延伸臂上。
较为优选的，所述夹具用于将线激光器投射的线激光前进方向固定调整至与系统旋转轴线同轴。
较为优选的，所述平面反射棱镜用于将线激光器投射的线激光、工业相机成像的光路经反射面分叉反射并垂直转射至待测量油管内部的两侧。
另一方面，本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，包括有如下步骤：
步骤一：构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型；其中，镜像结构光由本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统中的平面反射棱镜、线激光器、镜头、工业相机间传导的光路所形成；
步骤二：推导镜像结构光三维旋转测量模型；
步骤三：基于步骤二得到的镜像结构光三维旋转测量模型，结合系统旋转角度，实现对油管内螺纹全周三维点云的重建；所述油管内螺纹全周三维点云即可用于实现对油管内螺纹每个螺纹截面进行的螺纹参数计算。
较为优选的，所述步骤一具体可描述为：
以工业相机的聚焦中心为原点O C 、以光轴为Z轴，建立相机坐标系O C -X C Y C Z C ；
以工业相机光轴与线激光器投射的线激光所在平面的交点O R 为原点，以待测量的油管的旋转轴线为Z轴，建立点云旋转坐标系；并在旋转过程中将各位置点云旋转坐标系转换为点云旋转坐标系簇O i -X R Y R Z R ；其中，i代表不同旋转角度的点云旋转坐标系；
以待测量油管旋转轴线的一定点为原点O G ，以待测量的油管的旋转轴线为Z轴，建立全局点云坐标系O G -X G Y G Z G ；所述全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 用作油管内螺纹拼接与重建的基准；
根据相机坐标系O C -X C Y C Z C 与对应旋转角处的点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 之间的位置关系，建立两坐标系间的坐标转换关系表达式：
式（1）；
式（1）中、/>为两坐标系间的旋转矩阵及平移矩阵；/>与分别空间点在相机坐标系O C -X C Y C Z C 和点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 下的坐标。
较为优选的，所述步骤二具体可描述为：
推导得到相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型；
将相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型与镜像结构光三维旋转坐标转换模型相结合，即可构建得到镜像结构光三维旋转测量模型。
较为优选的，所述推导相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型的具体过程可描述为：
设推导相机坐标系O C -X C Y C Z C 下任意平面和射线/>的向量表达式分别为：
式（2）；
式（3）；
其式（2）、（3）中，为/>的法向量，/>为/>上任意一点，/>为/>的方向向量，/>为上一点，/>为实数，则/>与/>相交点/>，满足：
式（4）；
基于以上线面交点，求解得到线激光器投射的线激光平面，满足：
式（5）；
其式（5）中，，/>，/>分别为相机坐标系O C -X C Y C Z C 下激光平面法向量的三维分量，为激光平面的距离分量；
将相机坐标系O C -X C Y C Z C 下激光平面上的任意一点和平面法向量分别记为：和/>；令像素点/>映射在标定板表面的点为；以/>和工业相机的光心/>构成射线方程/>，则对应方向向量，满足：/>；其中，相机坐标系O C -X C Y C Z C 下工业相机的光心为/>；
通过求解与/>的交点，即可确定像素点/>对应的平面反射棱镜中内螺纹轮廓的虚像点/>坐标；其中，轮廓点/>可表示为：
式（6）；
其中，为求解点，引入工业相机成像模型的单应性变换矩阵：先求解出世界坐标系下/>的坐标/>，再通过工业相机外参矩阵/>，进行/>与/>间的转换，从而求解得到；
综合上述推导过程，建立相机坐标系O C -X C Y C Z C 下螺纹图像的像素点到平面反射棱镜中虚像点/>的求解链路，满足：
式（7）；
其式（7）中，为工业相机的内参矩阵，/>为图像尺度因子；
引入镜面反射模型，将镜中虚像点还原成内螺纹具体的实像点；其中，/>式中的/>指代的是平面反射棱镜反射面的单位法向量，满足；/>为相机原点O C 到平面反射棱镜反射面的距离；
综上，即可推导得到油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型，满足：
式（8）。
较为优选的，所述构建得到镜像结构光三维旋转测量模型，满足：
式（9）；
其式（9）中，为全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 下的坐标。
本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法。其中，基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统中包括有平面反射棱镜、线激光器、镜头、工业相机、旋转电控平台、支撑件、直线电控导轨以及夹具等结构单元；基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法中包括有步骤一：构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型；步骤二：推导镜像结构光三维旋转测量模型；步骤三：基于步骤二得到的镜像结构光三维旋转测量模型，结合系统旋转角度，实现对油管内螺纹全周三维点云的重建等步骤。具有上述结构特征以及步骤特征的本发明，其相比于现有技术而言，至少具备有如下有益效果：本发明提供的技术方案，通过构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型，实现了测量系统每次成像所重建的油管内螺纹轴向截面轮廓准确拼接；在此基础上，推导得到完整的镜像结构光三维旋转测量模型，实现了二维图像序列到油管内螺纹全周形貌的高精度还原。相比于现有内螺纹测量方法，具有更加全面的理论依据，并实现了内螺纹全周形貌的高精度拼接与准确复现及螺纹几何参数一体化计算。
附图说明
该附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在下述附图中：
图1为本发明提供的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统的结构示意图；
图2为图1所示的油管内螺纹全周测量系统所对应镜像结构光三维旋转坐标转换模型图；
图3为依托图4所示的油管内螺纹全周测量方法所形成油管内螺纹全周重建结果及局部放大图；
图4为本发明提供的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法的流程示意图。
附图标记：
1、平面反射棱镜；2、线激光器；3、镜头；4、工业相机；5、旋转电控平台；6、支撑件；7、直线电控导轨；8、夹具；9、油管内螺纹；10、系统旋转轴线；11、全局点云坐标系O G -X G Y G Z G ；12、相机坐标系O C -X C Y C Z C ；13、点云旋转坐标系簇O i -X R Y R Z R ；14、激光平面。
具体实施方式
本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法，该方案面对油管内螺纹全周检测的需求，提出了镜像结构光三维旋转测量理论，推导得到对应的三维旋转测量模型，准确构建起序列图像的像素信息与内螺纹实际轮廓间转换关系，再通过搭建的全周测量系统，实现了油管内螺纹全周形貌高精度重建。本发明提供的一种内螺纹测量方法，计算过程简单、测量理论完备、创新性强，可精准、快速复现内螺纹全周形貌，实现内螺纹全面质检与多参数一体化高效测量。
具体的，首先对本发明提供的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统其结构特征做如下解释说明：
如图1所示，包括有：平面反射棱镜1、线激光器2、镜头3、工业相机4、旋转电控平台5、支撑件6、直线电控导轨7以及夹具8。具体的，通过支撑件6，旋转电控平台5固定安装在直线电控导轨7上。旋转电控平台5上设置有旋转盘以及延伸臂。其中，镜头3、工业相机4安装在旋转盘上，随旋转盘转动。而线激光器2通过夹具8固定在延伸臂上，平面反射棱镜1则固定设置在线激光器2投射的线激光前进方向的延伸臂上。
进一步的，如图2所示，图2为图1所示的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统所对应镜像结构光三维旋转坐标转换模型图。在此过程中，将工业相机4的聚焦中心上建立的坐标系具体标记为相机坐标系O C -X C Y C Z C ，其为视觉系统各角度成像所重建点云的基准，在视觉系统旋转过程中随工业相机4转动。而以系统旋转轴线10上固定点为原点建立的坐标系，则记作全局点云坐标系，所有点云旋转坐标系组成点云旋转坐标系簇O i - X R Y R Z R 。最后，在系统旋转轴线10上另一固定点处建立全局点云坐标系O G -X G Y G Z G ，其用于作为油管内螺纹全周重建的基准，始终与油管内螺纹固定。
此外，作为本发明的一种较为优选的实施方式，夹具8用于将线激光器2投射的线激光前进方向固定调整至与系统旋转轴线10同轴。以及平面反射棱镜1用于将线激光器2投射的线激光、工业相机4成像的光路经反射面分叉反射并垂直转射至待测量油管内部的两侧。
基于上述结构特征，下面进一步对本发明提供的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，做如下解释说明。
具体的，本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法。值得注意的是，依托该本发明提供的油管内螺纹全周测量方法所形成的（油田常用的2-7/8英寸）油管内螺纹全周重建的结果及局部放大图可具体参考如图3所示。
而该油管内螺纹全周测量方法则如图4所示，具体包括有如下步骤：
步骤一：构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型。
值得注意的是，在进行步骤一之前，首先需要对镜像结构光旋转测量系统进行搭建。在本具体实施例中，为保证镜像结构光旋转测量系统的高测量精度以及高速成像，选用分辨率为1024×960像素、帧频为240帧的工业相机；并且配备15mm的定焦镜头。然后，选用40×40mm的平面反射棱镜和更易凸显内螺纹轮廓的432nm蓝光线激光器。此外，选用带42系列的两相高精度步进电机的旋转电控平台，被测对象选择使用油田常用的2-7/8英寸规格油管内螺纹9其余系统构件为精加工件。
在搭建镜像结构光旋转测量系统完成后，进一步对镜像结构光三维旋转坐标转换模型进行构建。
其中，步骤一具体可描述为：
以工业相机的聚焦中心为原点O C 、以光轴为Z轴，建立相机坐标系O C -X C Y C Z C 。
以工业相机光轴与线激光器投射的线激光所在平面的交点O R 为原点，以待测量的油管的旋转轴线为Z轴，建立点云旋转坐标系；并在旋转过程中将各位置点云旋转坐标系转换为点云旋转坐标系簇O i -X R Y R Z R ；其中，i代表不同旋转角度的点云旋转坐标系。
以待测量油管旋转轴线的一定点为原点O G ，以待测量的油管的旋转轴线为Z轴，建立全局点云坐标系O G -X G Y G Z G ；所述全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 用作油管内螺纹拼接与重建的基准。
根据相机坐标系O C -X C Y C Z C 与对应旋转角处的点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 之间的位置关系，建立两坐标系间的坐标转换关系表达式：
式（1）；
式（1）中、/>为两坐标系间的旋转矩阵及平移矩阵；/>与分别空间点在相机坐标系O C -X C Y C Z C 和点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 下的坐标。
将以上具体实施例中所使用的系统结构参数代入式（1），可以计算得到相机坐标系O C -X C Y C Z C 与对应旋转角处点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 之间的转换关系，即式（1）具体为：。
值得注意的是，每个点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 与全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 之间则仅存在绕Z轴的旋转角和Z方向的固定平移距离/>。
而为保证油管内螺纹全周形貌重建的紧密性，在此进一步设旋转步进角为1°、，则全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 和点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 之间的转换矩阵，则具体变为/>。
在完成步骤一的基础上，进一步继续实施步骤二。步骤二：推导镜像结构光三维旋转测量模型。
具体的，步骤二具体可描述以下两部分，为：
推导得到相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型；
将相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型与镜像结构光三维旋转坐标转换模型相结合，即可构建得到镜像结构光三维旋转测量模型。
其中，推导相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型的具体过程可描述为：
设推导相机坐标系O C -X C Y C Z C 下任意平面和射线/>的向量表达式分别为：
式（2）；
式（3）；
其式（2）、（3）中，为/>的法向量，/>为/>上任意一点，/>为/>的方向向量，/>为上一点，/>为实数，则/>与/>相交点/>，满足：
式（4）；
基于以上线面交点，求解得到线激光器投射的线激光平面，满足：
式（5）；
其式（5）中，，/>，/>分别为相机坐标系O C -X C Y C Z C 下激光平面法向量的三维分量，为激光平面的距离分量；
将相机坐标系O C -X C Y C Z C 下激光平面上的任意一点和平面法向量分别记为：和/>；令像素点/>映射在标定板表面的点为；以/>和工业相机的光心/>构成射线方程/>，则对应方向向量，满足：/>；其中，相机坐标系O C -X C Y C Z C 下工业相机的光心为/>；
通过求解与/>的交点，即可确定像素点/>对应的平面反射棱镜中内螺纹轮廓的虚像点/>坐标；其中，轮廓点/>可表示为：
式（6）；
其中，为求解点，引入工业相机成像模型的单应性变换矩阵：先求解出世界坐标系下/>的坐标/>，再通过工业相机外参矩阵/>，进行/>与/>间的转换，从而求解得到；
综合上述推导过程，建立相机坐标系O C -X C Y C Z C 下螺纹图像的像素点到平面反射棱镜中虚像点/>的求解链路，满足：
式（7）；
其式（7）中，为工业相机的内参矩阵，/>为图像尺度因子；
引入镜面反射模型，将镜中虚像点（即虚像点/>）还原成内螺纹具体的实像点（实像点可以表示为：/>）；其中，/>式中的/>指代的是平面反射棱镜反射面的单位法向量，满足/>；/>为相机原点O C 到平面反射棱镜反射面的距离；
综上，即可推导得到油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型，满足：
式（8）。
构建得到镜像结构光三维旋转测量模型，满足：
式（9）；
其式（9）中，为全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 下的坐标。
需要说明的是，根据搭建的各坐标系和系统各部分之间的相对位置关系，标定激光平面在相机坐标系O C -X C Y C Z C 下的参数，分别具体计算为、/>、、/>，则可以推导得到/>、、/>。
而后，利用传统的相机标定方法，获得单应性变换矩阵，满足：；
相机外参矩阵，满足：；
以及，相机外参矩阵，满足：。由此，即可建立得到像素坐标和平面反射棱镜中油管内螺纹虚像空间点间的转换关系，以准确求解油管内螺纹的虚像点/>。
根据平面反射棱镜与工业相机的相对位置关系，进一步还可以计算平面反射棱镜的方向向量为、/>，并进一步确定镜面反射模型，满足：/>。
在完成步骤二后，进一步继续实施步骤三。
步骤三：基于步骤二得到的镜像结构光三维旋转测量模型，结合系统旋转角度，实现对油管内螺纹全周三维点云的重建。该油管内螺纹全周三维点云即可用于实现对油管内螺纹每个螺纹截面进行的螺纹参数计算。
需要指出的是，通过镜像结构光三维旋转测量模型及以上模型参数，就可准确求解出油管内螺纹轴向截面线激光轮廓的三维信息，并实现1°步进下的油管内螺纹全周三维点云重建。在油管内螺纹全周三维点云的基础上，进一步可实现对油管内螺纹的全周形貌进行综合质量评价（即实现对油管内螺纹的全面质检）。如图3所示，图3示出的油管内螺纹全周三维点云中螺纹内无明显变形、局部损伤（齿峰崩塌和齿谷开裂）和螺牙不连续性等缺陷。
在此基础上，进一步可选取任意截面进行内螺纹参数的计算。具体根据国标对内螺纹参数的定义方式，选取系统旋转角度为37°时的油管内螺纹截面点云进行几何参数计算，计算得螺距、锥度和齿高分别为25.417mm、61.264mm/m和1.410mm。由此可以判断确定，该油管内螺纹为合格品。
本发明提供了一种基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统及测量方法。其中，基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统中包括有平面反射棱镜、线激光器、镜头、工业相机、旋转电控平台、支撑件、直线电控导轨以及夹具等结构单元；基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法中包括有步骤一：构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型；步骤二：推导镜像结构光三维旋转测量模型；步骤三：基于步骤二得到的镜像结构光三维旋转测量模型，结合系统旋转角度，实现对油管内螺纹全周三维点云的重建等步骤。具有上述结构特征以及步骤特征的本发明，其相比于现有技术而言，至少具备有如下有益效果：本发明提供的技术方案，通过构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型，实现了测量系统每次成像所重建的油管内螺纹轴向截面轮廓准确拼接；在此基础上，推导得到完整的镜像结构光三维旋转测量模型，实现了二维图像序列到油管内螺纹全周形貌的高精度还原。相比于现有内螺纹测量方法，具有更加全面的理论依据，并实现了内螺纹全周形貌的高精度拼接与准确复现及螺纹几何参数一体化计算。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统，其特征在于，包括有：平面反射棱镜、线激光器、镜头、工业相机、旋转电控平台、支撑件、直线电控导轨以及夹具；
其中，通过支撑件，旋转电控平台固定安装在直线电控导轨上；
旋转电控平台上设置有旋转盘以及延伸臂；镜头、工业相机安装在旋转盘上，随旋转盘转动；线激光器通过夹具固定在延伸臂上，平面反射棱镜则固定设置在线激光器投射的线激光前进方向的延伸臂上。
2.根据权利要求1所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统，其特征在于，所述夹具用于将线激光器投射的线激光前进方向固定调整至与系统旋转轴线同轴。
3.根据权利要求1所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统，其特征在于，所述平面反射棱镜用于将线激光器投射的线激光、工业相机成像的光路经反射面分叉反射并垂直转射至待测量油管内部的两侧。
4.基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，其特征在于，包括有如下步骤：
步骤一：构建镜像结构光三维旋转坐标转换模型；其中，镜像结构光由如权利要求1-3中任意一项所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量系统中的平面反射棱镜、线激光器、镜头、工业相机间传导的光路所形成；
步骤二：推导镜像结构光三维旋转测量模型；
步骤三：基于步骤二得到的镜像结构光三维旋转测量模型，结合系统旋转角度，实现对油管内螺纹全周三维点云的重建；所述油管内螺纹全周三维点云即可用于实现对油管内螺纹每个螺纹截面进行的螺纹参数计算。
5.根据权利要求4所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，其特征在于，所述步骤一具体可描述为：
以工业相机的聚焦中心为原点O C 、以光轴为Z轴，建立相机坐标系O C -X C Y C Z C ；
以工业相机光轴与线激光器投射的线激光所在平面的交点O R 为原点，以待测量的油管的旋转轴线为Z轴，建立点云旋转坐标系；并在旋转过程中将各位置点云旋转坐标系转换为点云旋转坐标系簇O i -X R Y R Z R ；其中，i代表不同旋转角度的点云旋转坐标系；
以待测量油管旋转轴线的一定点为原点O G ，以待测量的油管的旋转轴线为Z轴，建立全局点云坐标系O G -X G Y G Z G ；所述全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 用作油管内螺纹拼接与重建的基准；
根据相机坐标系O C -X C Y C Z C 与对应旋转角处的点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 之间的位置关系，建立两坐标系间的坐标转换关系表达式：
式（1）；
式（1）中、/>为两坐标系间的旋转矩阵及平移矩阵；/>与分别空间点在相机坐标系O C -X C Y C Z C 和点云旋转坐标系O θ -X R Y R Z R 下的坐标。
6.根据权利要求4所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，其特征在于，所述步骤二具体可描述为：
推导得到相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型；
将相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型与镜像结构光三维旋转坐标转换模型相结合，即可构建得到镜像结构光三维旋转测量模型。
7.根据权利要求6所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，其特征在于，所述推导相机坐标系O C -X C Y C Z C 下油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型的具体过程可描述为：
设推导相机坐标系O C -X C Y C Z C 下任意平面和射线/>的向量表达式分别为：
式（2）；
式（3）；
其式（2）、（3）中，为/>的法向量，/>为/>上任意一点，/>为/>的方向向量，/>为/>上一点，/>为实数，则/>与/>相交点/>，满足：
式（4）；
基于以上线面交点，求解得到线激光器投射的线激光平面，满足：
式（5）；
其式（5）中，，/>，/>分别为相机坐标系O C -X C Y C Z C 下激光平面法向量的三维分量，/>为激光平面的距离分量；
将相机坐标系O C -X C Y C Z C 下激光平面上的任意一点和平面法向量分别记为：和/>；令像素点/>映射在标定板表面的点为；以/>和工业相机的光心/>构成射线方程/>，则对应方向向量，满足：/>；其中，相机坐标系O C - X C Y C Z C 下工业相机的光心为/>；
通过求解与/>的交点，即可确定像素点/>对应的平面反射棱镜中内螺纹轮廓的虚像点/>坐标；其中，轮廓点/>可表示为：
式（6）；
其中，为求解点，引入工业相机成像模型的单应性变换矩阵：先求解出世界坐标系下/>的坐标/>，再通过工业相机外参矩阵/>，进行/>与/>间的转换，从而求解得到；
综合上述推导过程，建立相机坐标系O C -X C Y C Z C 下螺纹图像的像素点到平面反射棱镜中虚像点/>的求解链路，满足：
式（7）；
其式（7）中，为工业相机的内参矩阵，/>为图像尺度因子；
引入镜面反射模型，将镜中虚像点还原成内螺纹具体的实像点；其中，/>式中的/>指代的是平面反射棱镜反射面的单位法向量，满足；/>为相机原点O C 到平面反射棱镜反射面的距离；
综上，即可推导得到油管内螺纹单截面轮廓的三维测量模型，满足：
式（8）。
8.根据权利要求6所述的基于镜像结构光的油管内螺纹全周测量方法，其特征在于，所述构建得到镜像结构光三维旋转测量模型，满足：
式（9）；
其式（9）中，为全局点云坐标系O G -X G Y G Z G 下的坐标。
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