CN2562183Y - 微细管道内表面形貌检测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微细管道内表面形貌检测器。它具有光环发生器、CCD摄像机，光环发生器具有调节螺栓、光路固定圈、会聚透镜、折射棱柱、遮光板、发散透镜、激光器。本实用新型的优点是：该形貌检测器适用于内径为Φ9～Φ12mm的微细管道内壁检测；在驱动装载机构的带动下，利用自主开发的图像处理软件系统可快速的对管道内壁进行三维重构，同时进行在线的缺陷检测，而且精度较高，达到0.05mm左右；在空间曲率传感器的协同工作下，可完成曲率半径大于100mm的微细弯曲管道内壁的截面图形数据的采集。

Description

微细管道内表面形貌检测器

                       技术领域

本实用新型涉及一种微细管道内表面形貌检测器。

                       背景技术

随着制造业的不断发展，微细管道应用越来越广泛，而对微细管道内壁缺陷的检测也就越来越引起人们的重视。目前应用于管道无损检测的技术主要有：涡流检测法、超声波检测法、光学单点扫描法、光环成像法等。但是涡流检测法只适用于特定材料制成的管道，超声波检测法则需要水等介质，而且检测精度不高。光学单点扫描法有两种形式，一是利用激光测距的原理，通过测量管道内壁上的点到光电探测器距离的变化检测其缺陷；一是利用光纤，通过测量照射在管道内壁上的光的辐射强度变化检测其缺陷。光环成像法是用激光器投射装置向管道内壁发出光环，然后由CCD摄像机接受，便能生成管道内壁截面图像。光学单点扫描法虽然精度较高，但必须采用一旋转机构才能完成整个管道的检测，因此效率非常低，对于微细管道的检测来说，旋转机构的引入更能产生一些额外的噪声，从而使精度降低。光环成像法是二十世纪九十年代后兴起的一种方法，该方法的检测精度较高，检测效率比前几种方法都高。Inari T等人用光环成像法设计出了适于检测直径为14.5-25.4mm管道内表面缺陷的装置，Zhang W W等也用类似的方法完成了适于较大内径管道(70～160mm)内表面的检测装置。

                       发明内容

本实用新型的目的是提供一种微细管道内表面形貌检测器。

它具有光环发生器、CCD摄像机，光环发生器具有调节螺栓、光路固定圈、会聚透镜、折射棱柱、遮光板、发散透镜、激光器。

本实用新型的优点是：

1)该形貌检测器适用于内径为Φ9～Φ12mm的微细管道内壁检测。

2)圆柱状折射棱镜的采用，一方面可以将光束折射成光环，同时又起到了传统机构中的透明窗的作用，可以有效的减小机构的重量和尺寸。

3)在驱动装载机构的带动下，利用自主开发的图像处理软件系统可快速的对管道内壁进行三维重构，同时进行在线的缺陷检测，而且精度较高，达到0.05mm左右。

4)在空间曲率传感器的协同工作下，可完成曲率半径大于100mm的微细弯曲管道内壁的截面图形数据的采集。

5)通过调节会聚透镜与发散透镜的距离，以及遮光板透光区域的大小，可使检测器能够检测一定直径范围的管道内壁，而且精度可以保持在0.05mm左右。

                      附图说明

图1是微细管道内表面形貌检测器结构示意图；

图2是光环成像检测原理图。

                    具体实施方式

微细管道内表面形貌检测器具有光环发生器7、CCD摄像机6，光环发生器具有调节螺栓1、光路固定圈2、会聚透镜3、折射棱柱4、遮光板5、发散透镜6、激光器7。

上述的会聚透镜和发散透镜之间的距离通过调节螺栓进行调节。光路固定圈上留有缺口，便于螺栓的调节，缺口处标有尺寸，能够测出透镜移动的距离。折射棱柱外形为圆柱体，直径为7～8毫米，内部为中空锥体，其锥角为50°～70°、锥体底部直径5～6毫米。发散透镜直径2～4毫米，焦距1～2毫米。会聚透镜直径为3～6毫米，焦距3～6毫米。遮光板外径为7～8毫米，中间透光部分宽度为0.2～1毫米。

光环成像检测法原理如图2所示，光环发生器产生的光环投射在管道内壁上，被照射内壁的形貌便被CCD摄像机采集到。从图中可以看出内壁上一点M，对应于CCD上的N点。设M点到中轴线距离为R，N点到图像圆环中心距离为r，考虑到透明窗的折射作用有 $R=\frac{\mathrm{Lr}+\mathrm{rd}(1/\tan \mathrm{\α}-\tan \mathrm{\θ})}{f+r/\tan \mathrm{\α}}---\left(1\right)$ 其中d表示透明窗的厚度，θ表示光线进入透明窗后的折射角，则 $\mathrm{\θ}=\arcsin \left(\frac{\sin \mathrm{\α}}{n}\right)$ ，n为透明窗的折射率。

在检测过程中L、f、α都是固定的，只要测得CCD上图像圆环任一点到圆心的距离r，就能推出管道内壁上对应点到中轴线的距离R。

微细管道内表面形貌检测器主要包括调节螺栓、光路固定圈、会聚透镜、折射棱柱、遮光板、发散透镜、激光器、CCD摄像机等几部分组成，其结构如图1所示。

工作过程：

发散透镜将激光器发出的细平行光束经扩散成较大的光束，再由会聚透镜会聚，经过遮光板、折射棱柱后激光束就变成光环投射在管道内壁上，其反射光(或漫反射光)由CCD摄像机接受并将光环照射的内壁圆截面成二维图像。通过对平面图像的数据处理，可将截面带分成更细的窄带，利用最小二乘逼近法求出细窄带的圆心，然后可得出细窄带圆环上各点的坐标，从而将一个内壁截面圆环形貌重构。如果此处的管道是光滑的，则得到的圆也是光滑的；如果此处的管道有缺陷，则得到的圆也是有缺陷的。

该检测器由驱动机构带动可完成长距离微细管道的内壁检测，检测过程是间歇进行的，即每移动一个圆环带距离，检测器就检测一次，将数据传到主机上，利用自主开发的图像处理软件系统进行处理。对于直线管道，可将处理得到的圆环中心按照检测位置顺序排列则得到内壁的三维重构图。而对于曲率大于100mm的弯曲管道，则还要装载上相应的曲率传感器测出管道中轴曲线的形状，然后可得到内壁的三维重构图形。

Claims (6)

1.一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：它具有光环发生器(9)、CCD摄像机(8)，光环发生器具有调节螺栓(1)、光路固定圈(2)、会聚透镜(3)、折射棱柱(4)、遮光板(5)、发散透镜(6)、激光器(7)。

1.根据权利要求1所述的一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：所说的会聚透镜和发散透镜之间的距离通过调节螺栓进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：所说的光路固定圈上留有缺口，便于螺栓的调节，缺口处标有尺寸，能够测出透镜移动的距离。

3.根据权利要求1所述的一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：所说的折射棱柱外形为圆柱体，直径为7～8毫米，内部为中空锥体，其锥角为50°～70°、锥体底部直径5～6毫米。

4.根据权利要求1所述的一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：所说的发散透镜直径2～4毫米，焦距1～2毫米。

5.根据权利要求1所述的一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：所说的会聚透镜直径为3～6毫米，焦距3～6毫米。

6.根据权利要求1所述的一种微细管道内表面形貌检测器，其特征在于：所说的遮光板外径为7～8毫米，中间透光部分宽度为0.2～1毫米。

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