壓力管道內球形檢測器運動控制方法與流程

2023-06-06 23:27:56

本發明涉及壓力管道內檢測領域，尤其涉及了一種壓力管道內球形檢測器運動控制方法，對壓力管道內球形檢測器運動進行控制。

背景技術：

視頻球檢測管道堵塞和腐蝕是壓力管道一種檢測方法。由於對視頻的清晰度要求比較高，所以如果檢測的管道比較長，則對視頻球的內存要求比較大。視頻球如果在管道內前進的速度太快，就會出現很多盲區；如果太慢，又會造成許多地方重複拍攝，內存消耗太多。

技術實現要素：

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在於提出了一種壓力管道內球形檢測器運動控制方法，通過控制水的流速及流量有效的控制視頻球在管道內前進的速度，進行合理有效的拍攝。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案是將視頻球作為球形檢測器置於水流管道裝置中，並採用以下步驟：

一方面，通過視頻球內部的加速度計採集到視頻球的行進速度，由於視頻球在水流管道中跟隨水流同步行進，因此其行進速度等同於水流的流速，控制水流的流速使得視頻球的行進速度在最大速度和最小速度範圍內，形成對水流流速的控制；

另一方面，通過視頻球內部的浮力傳感器採集到視頻球的所受浮力值，根據視頻球自身的重量和所受浮力值的比較用以調整水泵控制水流的流量，如果視頻球自身的重量大於所受浮力值，則控制增大水流的流量。並可同時根據攝像機採集的每一幀圖片判斷缺陷輪廓，若缺陷輪廓不清晰，則控制減小水流的流速。

所述最大速度和最小速度具體採用以下方式進行計算：

a)根據視頻球上的攝像機的視角θ和每秒鐘拍攝的幀率ν，考慮視頻球上的攝像機在行進中以剛好無遺漏拍攝管道的速度為最大速度，採用以下公式計算獲得最大速度Vmax：

其中，h表示視頻球上所有攝像機的焦距平均值，n表示視頻球每秒拍攝圖片的張數，θ表示視頻球上攝像機的視角；

焦距h的視頻球每秒拍攝n張圖片，由於在視頻球行進過程中，其上的每個攝像機都是變焦的，因此根據視頻球的直徑以及管道的直徑能獲得變化的焦距範圍，所以在實際行進中最大速度會在一定範圍內變化。

b)根據相鄰兩幀圖像的重疊率百分比閾值ε，採用以下公式計算得出視頻球行進的最小速度Vmin：

其中，ε表示相鄰兩幀圖像的重疊率百分比閾值，h表示視頻球上所有攝像機的焦距平均值，n表示視頻球每秒拍攝圖片的張數，θ表示視頻球上攝像機的視角。

如果視頻球運行的速度太慢，拍攝的視頻將會佔用太多的內存，處理起來也會增加數據量，而且許多數據都是重複的。因此採用上述公式計算獲得的最小速度對視頻球的行進速度進行限制。

同樣，焦距h的視頻球每秒拍攝n張圖片，由於在視頻球行進過程中，其上的每個攝像機都是變焦的，因此根據視頻球的直徑以及管道的直徑能獲得變化的焦距範圍，因此在實際行進中最小速度會在一定範圍內變化。

一般通過浮力使得視頻球浮在水中行進，但因為水流量較大，雖然能保證視頻球懸浮，但是也容易發生碰撞，要儘量減少視頻球在拍攝過程中發生碰撞，所以水的流量也不能太大，要控制在合理的範圍內。因此，通過浮力重力比較使得視頻球浮在水中行進，所以要保證視頻球所受的浮力要等於視頻球自身的重力。

具體實施中還可以針對視頻球的攝像機採集的每一幀圖片進行處理，先通過梯度函數獲得每張圖像的灰度梯度，對應生成每一張圖像的梯度圖像作為圖像輪廓，待檢測樣管包括管道缺陷如腐蝕、裂縫等，圖像中如果缺陷輪廓清晰，此時的水流流速為最佳速度，如果缺陷輪廓不清晰，達不到檢測要求，則減小水流的流速。

所述的水流管道裝置包括待檢測樣管、水箱、支架、出水管道、進水管道、調速電機、變頻器和計算機，水箱的出水口與出水管道一端連接，出水管道另一端與進水管道一端連接並在連接處接有調速電機，進水管道另一端與待檢測樣管的入口端連接，進水管道另一端與待檢測樣管的入口端連接，待檢測樣管的出口端置於水箱中並經浸沒於水下，調速電機經變頻器和計算機連接，其中的水流方向如圖1中的箭頭所示，視頻球置於出水管道、進水管道、待檢測樣管和水箱形成的水管道循環系統中，對待檢測樣管進行檢測。所述水泵的出水管與待檢測樣管的進水端相連，水箱的出水口與水泵的進水管相連。這樣就可以實現水的循環利用。

所述的視頻球包括球形外殼以及安裝在球形外殼球體表面的攝像機、安裝在球形外殼球體表面的電池和主板，球形外殼球體表面固定安裝有六個攝像機，六個攝像機位於球形外殼正六面處，主板上設有低頻發射器、加速度計、浮力傳感器、存儲器和ARM處理器，ARM處理器分別與低頻發射器、加速度計、浮力傳感器和存儲器連接，電池與主板連接。

所述視頻球的密度和水的密度相同。

所述水流的流速是調整調速電機控制，所述水流的流量是通過出水閥門控制閥門開合的大小控制，使視頻球在管道內懸浮。調速電機和變頻器構成了水泵，水泵置於待檢測樣管旁。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明能夠有效獲得視頻球在檢測時水的最佳流速及流量，實現有效控制球形檢測器在管道內行進的速度，以實現對管道無遺漏拍攝，同時保證拍攝視頻的最佳。

附圖說明

圖1為本發明實施例中水流控制裝置結構示意圖。

圖2為本發明實施例中球形檢測器行進示意圖。

圖3為本發明實施例中球形檢測器結構示意圖。

圖4為本發明實例中球形檢測器相機分布結構示意圖。

圖5為本發明實施例中速度控制流程圖。

圖中：1：待檢測樣管，2：水箱，3：出水口，4：支架，5：出水管道，6：進水管道，7：調速電機，8：變頻器，9：計算機，10：視頻球大部分時間懸浮，11：待檢測管道缺陷，12：水流方向，13：視頻球，14：球形外殼，15：攝像機，16：電池，17：主板，18：低頻發射器，19：加速度計，20：浮力傳感器，21：存儲器，22：ARM處理器，23：出水閥門。

具體實施方式

以下結合附圖所示的實施例進一步說明。

本發明的具體實施是在如圖1所示的水流管道裝置中進行，水流管道裝置包括待檢測樣管1、水箱2、支架4、出水管道5、進水管道6、調速電機7、變頻器8和計算機9，水箱2的出水口3與出水管道5一端連接，出水管道5另一端與進水管道6一端連接並在連接處接有調速電機7，進水管道6設有出水閥門23，進水管道6另一端與待檢測樣管1的入口端連接，待檢測樣管1的出口端置於水箱2中並經浸沒於水下，調速電機7經變頻器8和計算機9連接，其中的水流方向12如圖1中的箭頭所示，視頻球置於出水管道5、進水管道6、待檢測樣管1和水箱2形成的水管道循環系統中，對待檢測樣管1進行檢測。

視頻球內部結構如圖3所示，包括球形外殼14以及安裝在球形外殼14球體表面的攝像機15、安裝在球形外殼14球體表面的電池16和主板17，球形外殼14球體表面固定安裝有六個攝像機15，六個攝像機15位於球形外殼14正六面處，如圖4所示，主板17上設有低頻發射器18、加速度計19、浮力傳感器20、存儲器21和ARM處理器22。

本發明的實施例及其實施工作過程如下：

下面以DN200(單位mm，以下同)的壓力管道，視頻球的直徑為180，攝像機視角為120度，每秒拍攝30張圖片為例，說明壓力管道球形視頻內檢測器運動控制的具體實施方式。

首先可以確定所攝像機的拍攝幀率和視角。因為管道DN200，視頻球DN180，所以焦距的範圍為0到20。由於視頻球的密度和水的密度一致，所以視頻球大部分時間是在管道內懸浮，所以本實例焦距選擇10。根據要求每幀重複率不超過50％(即相鄰兩幀圖像的重疊率百分比閾值ε為50％)以及結合上面公式，通過本發明方法計算出視頻球最大速度是0.5196m/s和最小速度是0.259m/s。

通過視頻球13內部的加速度計採集到視頻球的行進速度，並實時通過低頻通訊模塊傳到計算機9，通過調速電機調整水流管道的水泵控制水流的流速，使得視頻球的行進速度在最大速度和最小速度範圍內，形成對水流流速的控制；

如果加速度計採集到的視頻球13的行進速度不在最大速度和最小速度範圍內，一種是視頻球的行進速度大於最大速度，則通過調速電機調整水流管道的水泵減小水流的流速；另一種是視頻球的行進速度小於最小速度，則通過調速電機調整水流管道的水泵增大水流的流速。

通過視頻球13內部的浮力傳感器採集到視頻球的所受浮力值，並通過採集獲得的圖像判斷視頻球是否滿足碰撞條件，根據視頻球自身的重量和所受浮力值的比較以及視頻球是否滿足碰撞條件的結果進行綜合分析判斷，用以通過變頻器調整水泵控制水流的流量，如果視頻球滿足碰撞條件，則控制減小水流的流量，如果視頻球自身的重量大於所受浮力值，則通過加水球閥和吸水球閥控制增大水流的流量。

如圖2所示，當視頻球13開始運動時，待檢測樣管1中的水流方向12朝向右，視頻球13在管道中懸浮10並隨水流同步行進。視頻球13會實時向計算機傳輸自己的加速度計參數以及浮力傳感器的數據，由此得出視頻球的運行速度，然後通過水泵的調速電機來控制水泵水的流速，同時通過浮力傳感器獲得視頻球所受浮力的大小，當浮力小於視頻球重力時，通過計算機調整變頻器控制水泵的水流量，使視頻球大部分時間在管道內懸浮。拍攝完成後，取出拍攝視頻，提取每一幀圖像，並通過後續處理獲得待檢測樣管1中的待檢測管道缺陷11。

然後通過梯度函數，對應生成每一張圖像的梯度圖像(即圖像輪廓)。待檢測樣管包括管道缺陷如腐蝕、裂縫等。如果這些缺陷輪廓清晰，就是最佳速度，如果不清晰，達不到檢測要求(無法判斷缺陷)，就應減小水的流速。在最大和最小速度內找出最佳速度。

通過浮力使得視頻球浮在水中行進，所以要保證視頻球所受的浮力要等於視頻球自身的重力。當浮力傳感器的值小於視頻球自身重力，應加大水的流量。如果相等則保持不變。經過多次實驗，速度在0.38m/s到0.42m/s範圍內，檢測管道缺陷輪廓清晰，滿足檢測需求，此時速度最佳。

最後，需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的一個具體實施案例，並非對本發明做任何形式上的限制。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有很多變形。本領域的技術人員能從本發明公開的內容中直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。