管道在線檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及基于折反射技術(shù)的成像裝置，特別是一種在役管道的在線檢測(cè)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)管道系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工以及城市水暖供應(yīng)等領(lǐng)域。工業(yè)管道的 工作環(huán)境非常惡劣，容易發(fā)生腐蝕，疲勞破壞可能會(huì)使管道內(nèi)部的潛在缺陷發(fā)展成破損而 引起泄漏事故等。因此，管道的監(jiān)測(cè)、診斷和維護(hù)成為保障管道系統(tǒng)安全、暢通和高效運(yùn)營(yíng) 的關(guān)鍵。
[0003] 無(wú)損檢測(cè)是管道在役和在線檢測(cè)的發(fā)展方向，可應(yīng)用的無(wú)損檢測(cè)方法包括射線檢 測(cè)法、電磁超聲波檢測(cè)法和CCD檢測(cè)法等。其中：射線檢測(cè)法對(duì)設(shè)備龐大，過(guò)程復(fù)雜，對(duì)人體 有傷害，價(jià)格昂貴；電磁超聲波檢測(cè)法有用信號(hào)非常微弱，需要放大1000倍以上，且有用信 號(hào)容易被噪聲信號(hào)淹沒而難以提取。上述兩種方法難以應(yīng)用于工業(yè)管道現(xiàn)場(chǎng)?，F(xiàn)有的CCD 檢測(cè)法一般采用攝像機(jī)直接成像，或者采用普通鏡面反射，采用LED作為照明光源，具有成 像質(zhì)量差、測(cè)量精度低、設(shè)備壽命短等局限性。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)有管道的CCD檢測(cè)法存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量 精度高的管道在線檢測(cè)裝置。
[0005] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種管道在線檢測(cè)裝置，包括 運(yùn)行在管道中的管道機(jī)器人，還包括安裝在管道機(jī)器人上的攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡； 攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡沿管道軸線方向并列安裝，其中攝像機(jī)透鏡的中心與曲面鏡 的中心共線；攝像機(jī)上的存儲(chǔ)模塊與計(jì)算機(jī)連接。
[0006] 作為優(yōu)選方案：曲面鏡為為雙曲面凸鏡。
[0007] 作為優(yōu)選方案：攝像機(jī)的鏡頭采用針孔攝像頭。
[0008] 作為優(yōu)選方案：攝像機(jī)的感光器件為(XD。
[0009] 作為優(yōu)選方案：攝像機(jī)中的存儲(chǔ)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接。
[0010] 作為優(yōu)選方案：攝像機(jī)中的存儲(chǔ)模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)連接。
[0011] 本實(shí)用新型的有益效果是：在線檢測(cè)管道內(nèi)部瑕疵，檢測(cè)準(zhǔn)確度高，應(yīng)用范圍廣， 適用于鋼管、水泥管等各種管道，并且受粉塵、噪聲、油污等影響??；標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低， 體積小，不需要攝像機(jī)同步，不需要圖像拼接，成像及圖像處理過(guò)程簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0013] 圖2是本實(shí)用新型的檢測(cè)原理圖。
[0014] 圖3是本實(shí)用新型的光學(xué)幾何圖。
[0015] 圖中：1攝像機(jī)，2曲面鏡，3激光投影儀，4投影到管壁的激光環(huán)，5攝像頭透鏡入 射孔，6成像平面，7管道機(jī)器人；
[0016] V-焦點(diǎn)（0, 0)，W-實(shí)際物點(diǎn)，P-針孔（0,c)，MN-入射點(diǎn)法線，M-鏡像點(diǎn)（rm，zm)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下文結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0018] 見圖1-2,本新型所公開的這種管道在線檢測(cè)裝置，包括1攝像機(jī)，2曲面鏡，3激光 投影儀，4投影到管壁的激光環(huán)，5攝像頭透鏡入射孔，6成像平面。攝像機(jī)、激光投影儀和曲 面鏡沿管道軸線方向并列安裝在管道機(jī)器人7上，其中攝像機(jī)透鏡的中心與曲面鏡的中心 共線。攝像機(jī)上的存儲(chǔ)模塊采用無(wú)線傳輸或有線傳輸?shù)男问脚c計(jì)算機(jī)連接。
[0019] 激光投影儀用于提供用于管道檢測(cè)的結(jié)構(gòu)化光源，如圖所示，光源為一個(gè)激光光 環(huán)。
[0020] 曲面鏡為為雙曲面凸鏡，用于擴(kuò)大視場(chǎng)，將管壁上的激光光環(huán)反射給攝像機(jī)，攝像 機(jī)檢測(cè)的視野范圍取決于曲面鏡的曲率。
[0021] 攝像機(jī)的鏡頭采用針孔攝像頭，用于拍攝圖像。攝像機(jī)的感光器件為CCD。
[0022] 攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡構(gòu)成一套折反射傳感器，將成像信息傳輸給計(jì)算機(jī)， 通過(guò)對(duì)成像光環(huán)形狀和一致性的分析計(jì)算，可用于檢測(cè)管道內(nèi)壁的狀況，并可用于測(cè)量缺 陷或者瑕疵的尺寸。
[0023] 整套裝置被安裝在管道機(jī)器人上且與管道軸線同向，機(jī)器人在管道中運(yùn)動(dòng)。激光 投影儀發(fā)射出激光，打在管壁形成激光環(huán)作為檢測(cè)系統(tǒng)的照明光源。光源照射到的管壁部 分在曲面鏡上成像，然后經(jīng)曲面鏡反射通過(guò)攝像機(jī)的鏡頭透鏡成像孔折射，在攝像機(jī)的CCD 成像面上成像。圖2示出了管壁瑕疵的光軌跡以及成像原理，這里u是攝像機(jī)的焦距，是曲 面鏡鏡面上入射點(diǎn)的坐標(biāo)，c是鏡面焦點(diǎn)到攝像機(jī)鏡頭中心的距離。
[0024] 如圖3所示，通過(guò)物理原理和數(shù)學(xué)推導(dǎo)計(jì)算出反射折射后的成像與被成像點(diǎn)之間 的像素關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算管壁瑕疵的尺寸。攝像機(jī)的中心和曲面鏡的中心同軸，基于投影幾何 圖，攝像機(jī)焦距即從鏡頭中心到CCD的距離為u，是成像平面上極小的點(diǎn)。這個(gè)極小點(diǎn)的像 素是真實(shí)的一個(gè)立體角的圖像，則作為中心點(diǎn)的函數(shù)的傳感器的分辨率是。以下為各參數(shù) 計(jì)算方法公式表
[0025]
[0026] 在成像孔與對(duì)應(yīng)的立體角：見公式1 ;
[0027] 光學(xué)軸VP和連接與成像孔中心P與中心的連線的角：見公式2;
[0028] 則傳統(tǒng)攝像機(jī)的分辨率：見公式3 ;
[0029] 在曲面鏡的鏡面成像的面積：見公式4 ;公式4中是鏡面上點(diǎn)處的法線與連接點(diǎn) 和攝像機(jī)成像孔的連線之間的角度。
[0030] 由于鏡面的反射，經(jīng)過(guò)折反射攝像機(jī)的真實(shí)圖像的立體角：見公式5 ;
[0031] 折反射攝像機(jī)的分辨率：見公式6。
[0032] 攝像機(jī)的焦距與鏡面的形狀對(duì)裝置的分辯率及視野有直接的、確定的影響。增加 攝像機(jī)的焦距將提高裝置的分辨率，但會(huì)減小攝像機(jī)的視野寬度。降低鏡面曲率將提高裝 置的分辨率，但會(huì)減小影響視野寬度。
[0033] 根據(jù)上述部件配置方法和計(jì)算公式，針對(duì)管道的實(shí)際尺寸和檢測(cè)效果的需求，裝 置可對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，使得在可接受的檢測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)，檢測(cè)精度達(dá)到最優(yōu)。[0034] 以上實(shí)施例僅僅起到解釋本實(shí)用新型技術(shù)方案的作用，本實(shí)用新型所要求的保護(hù) 范圍并不局限于上述實(shí)施例所述的實(shí)現(xiàn)方法和具體實(shí)施步驟。因此，僅對(duì)上述實(shí)施例中具 體的成像模型、公式及算法進(jìn)行簡(jiǎn)單替換，但其實(shí)質(zhì)內(nèi)容仍與本文所述方法相一致的技術(shù) 方案，均應(yīng)屬于本申請(qǐng)的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種管道在線檢測(cè)裝置，包括運(yùn)行在管道中的管道機(jī)器人，其特征在于，還包括安裝 在管道機(jī)器人上的攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡；攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡沿管道軸線 方向并列安裝，其中攝像機(jī)透鏡的中心與曲面鏡的中心共線；攝像機(jī)上的存儲(chǔ)模塊與計(jì)算 機(jī)連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述曲面鏡為為雙曲面凸 鏡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)的鏡頭采用針 孔攝像頭。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道在線檢測(cè)裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)的感光器件為 CCD05. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道在線檢測(cè)裝置，其特征在于，攝像機(jī)中的存儲(chǔ)模塊通過(guò) 數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道在線檢測(cè)裝置，其特征在于，攝像機(jī)中的存儲(chǔ)模塊通過(guò) 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)連接。
【專利摘要】一種管道在線檢測(cè)裝置，包括管道機(jī)器人，還包括安裝在管道機(jī)器人上的攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡；攝像機(jī)、激光投影儀和曲面鏡沿管道軸線方向并列安裝，其中攝像機(jī)透鏡的中心與曲面鏡的中心共線；攝像機(jī)上的存儲(chǔ)模塊與計(jì)算機(jī)連接。曲面鏡為雙曲面凸鏡。攝像機(jī)的鏡頭采用針孔攝像頭。攝像機(jī)的感光器件為CCD。攝像機(jī)中的存儲(chǔ)模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接。攝像機(jī)中的存儲(chǔ)模塊通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型的有益效果是：在線檢測(cè)管道內(nèi)部瑕疵，檢測(cè)準(zhǔn)確度高，應(yīng)用范圍廣，適用于鋼管、水泥管等各種管道，并且受粉塵、噪聲、油污等影響??；標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，體積小，不需要攝像機(jī)同步，不需要圖像拼接，成像及圖像處理過(guò)程簡(jiǎn)單。
【IPC分類】G01N21/954, G01B11/00
【公開號(hào)】CN204630951
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520389234
【發(fā)明人】錢俊磊, 杜學(xué)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】唐山阿諾達(dá)自動(dòng)化有限公司, 華北理工大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日