空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器的製作方法
2023-11-02 11:11:37 2
專利名稱：空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器。
背景技術：
隨著製造業的不斷發展，微細管道應用越來越廣泛，而對微細管道內壁缺陷的檢測也就越來越引起人們的重視。目前應用於管道無損檢測的技術主要有渦流檢測法、超聲波檢測法、光學單點掃描法、光環成像法等。但是渦流檢測法只適用於特定材料製成的管道，超聲波檢測法則需要水等介質，而且檢測精度不高。光學單點掃描法有兩種形式，一是利用雷射測距的原理，通過測量管道內壁上的點到光電探測器距離的變化檢測其缺陷；一是利用光纖，通過測量照射在管道內壁上的光的輻射強度變化檢測其缺陷。光環成像法是用雷射器投射裝置向管道內壁發出光環，然後由CCD攝像機接受，便能生成管道內壁截面圖像。光學單點掃描法雖然精度較高，但必須採用一旋轉機構才能完成整個管道的檢測，因此效率非常低，對於微細管道的檢測來說，旋轉機構的引入更能產生一些額外的噪聲，從而使精度降低。光環成像法是二十世紀九十年代後興起的一種方法，該方法的檢測精度較高，檢測效率比前幾種方法都高。Inari T等人用光環成像法設計出了適於檢測直徑為14.5-25.4mm管道內表面缺陷的裝置，Zhang W W等也用類似的方法完成了適於較大內徑管道(70～160mm)內表面的檢測裝置。
發明內容
本發明的目的是提供一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器。
它具有光環發生器、CCD攝像機，光環發生器具有雷射器固定圈、透鏡固定圈、透射窗、錐形反射鏡、會聚透鏡、發散透鏡、雷射器，透射窗內設有錐形反射鏡，透鏡固定圈內設有會聚透鏡，雷射器固定圈內設有雷射器和發散透鏡，雷射器固定圈、透鏡固定圈用螺紋連接，透鏡固定圈與透射窗粘接固定。
本發明的優點是1)該形貌檢測器適用於內徑為Φ9～Φ12mm的微細管道內壁的檢測三維重建。
2)在驅動裝載機構的帶動下，可對微細直管道內壁進行在線缺陷檢測，而且精度較高，達到0.01mm左右，同時利用自主開發的圖像處理軟體系統可快速的對管道內壁的形貌進行三維重構。
3)在我們設計開發的空間曲率傳感器的協同工作下，可完成曲率半徑大於100mm的微細彎曲管道內壁的缺陷檢測和形貌三維重建。
4)通過調節會聚透鏡與發散透鏡的距離，可使檢測器能夠檢測一定直徑範圍的管道內壁，而且精度可以保持在0.01mm左右。
圖1是空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器結構示意圖；圖2是光環成像檢測原理圖。
具體實施例方式
空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器具有光環發生器9、CCD攝像機8，光環發生器具有雷射器固定圈1、透鏡固定圈2、透射窗3、錐形反射鏡4、會聚透鏡5、發散透鏡6、雷射器7，透射窗3內設有錐形反射鏡4，透鏡同定圈2內設有會聚透鏡5，雷射器固定圈1內設有雷射器7和發散透鏡6，雷射器固定圈1、透鏡固定圈2用螺紋連接，透鏡固定圈2與透射窗3粘接固定。
上述的會聚透鏡和發散透鏡之間的距離通過雷射器固定圈和透鏡固定圈上的螺紋進行調節，可改善出射圓環的質量，其調節的距離可通過雷射器固定圈上的標尺測得，而在檢測過程中該距離是不可調節的。錐形反射鏡底部為圓柱體，直徑為7～8毫米；反射部分為圓錐體，其錐角為50°～70°。發散透鏡直徑3～5毫米，焦距2～4毫米。會聚透鏡直徑為5～7毫米，焦距4～6毫米。
光環成像檢測法原理如圖2所示，光環發生器產生的光環投射在管道內壁上，被照射內壁的形貌便被CCD攝像機採集到。從圖中可以看出內壁上一點M，對應於CCD上的N點。設M點到中軸線距離為R，N點到圖像圓環中心距離為r，考慮到透射窗的折射作用有R=Lr+rd(1/tana-tan)f+r/tana...(1)]]>其中d表示透射窗的厚度，θ表示光線進入透射窗後的折射角，則=arcsin(sinan),]]>n為透射窗的折射率。
在檢測過程中L、f、α都是固定的，只要測得CCD上圖像圓環任一點到圓心的距離r，就能推出管道內壁上對應點到中軸線的距離R。
微細管道內表面形貌檢測器主要包括雷射器固定圈、透鏡固定圈、透射窗、錐形反射鏡、會聚透鏡、發散透鏡、雷射器、CCD攝像機等幾部分組成，其結構如圖1所示。
工作過程發散透鏡將雷射器發出的細平行光束經擴散成較大的光束，再由會聚透鏡會聚，經過錐形反射鏡的反射後雷射束就變成光環投射在管道內壁上，其反射光(或漫反射光)由CCD攝像機接受並將光環照射的內壁圓截面成二維圖像。通過平面圖像的數據處理，可得到該內壁截面帶的灰度圖象。利用最小二乘擬合法求出細窄帶的圓心及圓環上各點的坐標，從而將一個內壁截面圓環形狀重構。如果此處的管道是光滑的，則得到的圓也是光滑的；如果此處的管道有缺陷，則得到的圓也是有缺陷的。
該檢測器由驅動機構帶動可完成長距離微細管道的內壁檢測，檢測過程是間歇進行的，即每移動一個圓環帶距離，檢測器就檢測一次，將數據傳到主機上，利用自主開發的圖像處理軟體系統進行處理。對於直線管道，可將處理得到的圓環中心按照檢測位置順序排列則得到內壁的三維重構圖。而對於曲率大於100mm的彎曲管道，則還要裝載上相應的曲率傳感器測出管道中軸曲線的形狀，然後可得到內壁的三維重構圖形。
權利要求
1.一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器，其特徵在於它具有光環發生器(9)、CCD攝像機(8)，光環發生器具有雷射器固定圈(1)、透鏡固定圈(2)、透射窗(3)、錐形反射鏡(4)、會聚透鏡(5)、發散透鏡(6)、雷射器(7)，透射窗(3)內設有錐形反射鏡(4)，透鏡固定圈(2)內設有會聚透鏡(5)，雷射器固定圈(1)內設有雷射器(7)和發散透鏡(6)，雷射器固定圈(1)、透鏡固定圈(2)用螺紋連接，透鏡固定圈(2)與透射窗(3)粘接固定。
2.根據權利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器，其特徵在於所說的雷射器固定圈和透鏡固定圈上設有調節會聚透鏡和發散透鏡之間距離的螺紋，在雷射器固定圈上設有標尺。
3.根據權利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器，其特徵在於所說的錐形反射鏡底部為圓柱體，直徑為7～8毫米；反射部分為圓錐體，其錐角為50°～70°。
4.根據權利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器，其特徵在於所說的發散透鏡直徑3～5毫米，焦距2～4毫米。
5.根據權利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器，其特徵在於所說的會聚透鏡直徑為5～7毫米，焦距4～6毫米。
6.根據權利要求1所述的一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器，其特徵在於所說的透射窗外徑為8～9毫米，厚度為0.5～0.8毫米，長度為8～12毫米。
全文摘要
本發明公開了一種空間曲線型微細管道內表面形貌檢測器。它具有光環發生器、CCD攝像機，光環發生器具有雷射器固定圈、透鏡固定圈、透射窗、錐形反射鏡、會聚透鏡、發散透鏡、雷射器，透射窗內設有錐形反射鏡，透鏡固定圈內設有會聚透鏡，雷射器固定圈內設有雷射器和發散透鏡，雷射器固定圈、透鏡固定圈用螺紋連接，透鏡固定圈與透射窗粘接固定。本發明的優點是該形貌檢測器適用於內徑為Φ9～Φ12mm的曲線型微細管道內壁的缺陷檢測，精度達到0.01mm左右。在我們設計開發的驅動裝載機構的帶動和空間曲率傳感器的協同工作下，可完成曲率半徑大於100mm的微細彎曲管道內壁的缺陷檢測和形貌三維重建。
文檔編號G01N21/88GK1410763SQ02137659
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月25日 優先權日2002年10月25日
發明者柯映林, 吳恩啟, 李江雄 申請人:浙江大學