專利名稱：微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器。
背景技術(shù)：
隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，微細(xì)管道應(yīng)用越來越廣泛，而對微細(xì)管道內(nèi)壁缺陷的檢測也就越來越引起人們的重視。目前應(yīng)用于管道無損檢測的技術(shù)主要有渦流檢測法、超聲波檢測法、光學(xué)單點(diǎn)掃描法、光環(huán)成像法等。但是渦流檢測法只適用于特定材料制成的管道，超聲波檢測法則需要水等介質(zhì)，而且檢測精度不高。光學(xué)單點(diǎn)掃描法有兩種形式，一是利用激光測距的原理，通過測量管道內(nèi)壁上的點(diǎn)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(nèi)壁上的光的輻射強(qiáng)度變化檢測其缺陷。光環(huán)成像法是用激光器投射裝置向管道內(nèi)壁發(fā)出光環(huán)，然后由CCD攝像機(jī)接受，便能生成管道內(nèi)壁截面圖像。光學(xué)單點(diǎn)掃描法雖然精度較高，但必須采用一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)才能完成整個管道的檢測，因此效率非常低，對于微細(xì)管道的檢測來說，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的引入更能產(chǎn)生一些額外的噪聲，從而使精度降低。光環(huán)成像法是二十世紀(jì)九十年代后興起的一種方法，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(huán)成像法設(shè)計出了適于檢測直徑為14.5-25.4mm管道內(nèi)表面缺陷的裝置，Zhang W W等也用類似的方法完成了適于較大內(nèi)徑管道(70～160mm)內(nèi)表面的檢測裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器。
它具有光環(huán)發(fā)生器、CCD攝像機(jī)，光環(huán)發(fā)生器具有調(diào)節(jié)螺栓、光路固定圈、會聚透鏡、折射棱柱、遮光板、發(fā)散透鏡、激光器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)該形貌檢測器適用于內(nèi)徑為Φ9～Φ12mm的微細(xì)管道內(nèi)壁檢測。
2)圓柱狀折射棱鏡的采用，一方面可以將光束折射成光環(huán)，同時又起到了傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)中的透明窗的作用，可以有效的減小機(jī)構(gòu)的重量和尺寸。
3)在驅(qū)動裝載機(jī)構(gòu)的帶動下，利用自主開發(fā)的圖像處理軟件系統(tǒng)可快速的對管道內(nèi)壁進(jìn)行三維重構(gòu)，同時進(jìn)行在線的缺陷檢測，而且精度較高，達(dá)到0.05mm左右。
4)在空間曲率傳感器的協(xié)同工作下，可完成曲率半徑大于100mm的微細(xì)彎曲管道內(nèi)壁的截面圖形數(shù)據(jù)的采集。
5)通過調(diào)節(jié)會聚透鏡與發(fā)散透鏡的距離，以及遮光板透光區(qū)域的大小，可使檢測器能夠檢測一定直徑范圍的管道內(nèi)壁，而且精度可以保持在0.05mm左右。


圖1是微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光環(huán)成像檢測原理圖。
具體實(shí)施方式
微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器具有光環(huán)發(fā)生器7、CCD攝像機(jī)6，光環(huán)發(fā)生器具有調(diào)節(jié)螺栓1、光路固定圈2、會聚透鏡3、折射棱柱4、遮光板5、發(fā)散透鏡6、激光器7。
上述的會聚透鏡和發(fā)散透鏡之間的距離通過調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。光路固定圈上留有缺口，便于螺栓的調(diào)節(jié)，缺口處標(biāo)有尺寸，能夠測出透鏡移動的距離。折射棱柱外形為圓柱體，直徑為7～8毫米，內(nèi)部為中空錐體，其錐角為50°～70°、錐體底部直徑5～6毫米。發(fā)散透鏡直徑2～4毫米，焦距1～2毫米。會聚透鏡直徑為3～6毫米，焦距3～6毫米。遮光板外徑為7～8毫米，中間透光部分寬度為0.2～1毫米。
光環(huán)成像檢測法原理如圖2所示，光環(huán)發(fā)生器產(chǎn)生的光環(huán)投射在管道內(nèi)壁上，被照射內(nèi)壁的形貌便被CCD攝像機(jī)采集到。從圖中可以看出內(nèi)壁上一點(diǎn)M，對應(yīng)于CCD上的N點(diǎn)。設(shè)M點(diǎn)到中軸線距離為R，N點(diǎn)到圖像圓環(huán)中心距離為r，考慮到透明窗的折射作用有R=Lr+rd(1/tanα-tanθ)f+r/tanα---(1)]]>其中d表示透明窗的厚度，θ表示光線進(jìn)入透明窗后的折射角，則θ=arcsin(sinαn)]]>，n為透明窗的折射率。
在檢測過程中L、f、α都是固定的，只要測得CCD上圖像圓環(huán)任一點(diǎn)到圓心的距離r，就能推出管道內(nèi)壁上對應(yīng)點(diǎn)到中軸線的距離R。
微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器主要包括調(diào)節(jié)螺栓、光路固定圈、會聚透鏡、折射棱柱、遮光板、發(fā)散透鏡、激光器、CCD攝像機(jī)等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
工作過程發(fā)散透鏡將激光器發(fā)出的細(xì)平行光束經(jīng)擴(kuò)散成較大的光束，再由會聚透鏡會聚，經(jīng)過遮光板、折射棱柱后激光束就變成光環(huán)投射在管道內(nèi)壁上，其反射光(或漫反射光)由CCD攝像機(jī)接受并將光環(huán)照射的內(nèi)壁圓截面成二維圖像。通過對平面圖像的數(shù)據(jù)處理，可將截面帶分成更細(xì)的窄帶，利用最小二乘逼近法求出細(xì)窄帶的圓心，然后可得出細(xì)窄帶圓環(huán)上各點(diǎn)的坐標(biāo)，從而將一個內(nèi)壁截面圓環(huán)形貌重構(gòu)。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(qū)動機(jī)構(gòu)帶動可完成長距離微細(xì)管道的內(nèi)壁檢測，檢測過程是間歇進(jìn)行的，即每移動一個圓環(huán)帶距離，檢測器就檢測一次，將數(shù)據(jù)傳到主機(jī)上，利用自主開發(fā)的圖像處理軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理。對于直線管道，可將處理得到的圓環(huán)中心按照檢測位置順序排列則得到內(nèi)壁的三維重構(gòu)圖。而對于曲率大于100mm的彎曲管道，則還要裝載上相應(yīng)的曲率傳感器測出管道中軸曲線的形狀，然后可得到內(nèi)壁的三維重構(gòu)圖形。
權(quán)利要求1.一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于它具有光環(huán)發(fā)生器(9)、CCD攝像機(jī)(8)，光環(huán)發(fā)生器具有調(diào)節(jié)螺栓(1)、光路固定圈(2)、會聚透鏡(3)、折射棱柱(4)、遮光板(5)、發(fā)散透鏡(6)、激光器(7)。1.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的會聚透鏡和發(fā)散透鏡之間的距離通過調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的光路固定圈上留有缺口，便于螺栓的調(diào)節(jié)，缺口處標(biāo)有尺寸，能夠測出透鏡移動的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的折射棱柱外形為圓柱體，直徑為7～8毫米，內(nèi)部為中空錐體，其錐角為50°～70°、錐體底部直徑5～6毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的發(fā)散透鏡直徑2～4毫米，焦距1～2毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的會聚透鏡直徑為3～6毫米，焦距3～6毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器，其特征在于所說的遮光板外徑為7～8毫米，中間透光部分寬度為0.2～1毫米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微細(xì)管道內(nèi)表面形貌檢測器。它具有光環(huán)發(fā)生器、CCD攝像機(jī)，光環(huán)發(fā)生器具有調(diào)節(jié)螺栓、光路固定圈、會聚透鏡、折射棱柱、遮光板、發(fā)散透鏡、激光器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是該形貌檢測器適用于內(nèi)徑為Φ9～Φ12mm的微細(xì)管道內(nèi)壁檢測；在驅(qū)動裝載機(jī)構(gòu)的帶動下，利用自主開發(fā)的圖像處理軟件系統(tǒng)可快速的對管道內(nèi)壁進(jìn)行三維重構(gòu)，同時進(jìn)行在線的缺陷檢測，而且精度較高，達(dá)到0.05mm左右；在空間曲率傳感器的協(xié)同工作下，可完成曲率半徑大于100mm的微細(xì)彎曲管道內(nèi)壁的截面圖形數(shù)據(jù)的采集。
文檔編號G01N21/88GK2562183SQ0226583
公開日2003年7月23日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者柯映林, 吳恩啟 申請人:浙江大學(xué)