專利名稱：微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微細(xì)管道管內(nèi)缺陷測(cè)量、光學(xué)測(cè)量，具體講涉及微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著先進(jìn)制造業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微細(xì)管道或小尺寸特征內(nèi)孔在航空航天、汽車、能源及冶金、化工等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如航空航天飛行器散熱、氣流場(chǎng)的控制管路，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋及變速箱，核反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器的熱交換管、冷凝器，以及化工應(yīng)用中反應(yīng)釜、反應(yīng)塔中都分布著大量形狀復(fù)雜的微細(xì)管道或小尺寸特征內(nèi)孔。在上述部件或裝置的精密鑄造過(guò)程中，由于灰塵或氣隙的存在，在微細(xì)管道內(nèi)壁表面常常會(huì)產(chǎn)生一些微小的凹坑等缺陷，有時(shí)在微細(xì)管道的內(nèi)部也會(huì)存在一些微小的氣室，經(jīng)后續(xù)機(jī)加工或經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用，可能使內(nèi)部的微小氣室暴露形成小凹坑或出現(xiàn)裂紋、劃痕等缺陷，從而引起部件內(nèi)部尤其是連接處高壓氣體或液體的泄漏，造成設(shè)備性能的降低，甚至釀成安全事故。為此需要對(duì)微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌進(jìn)行測(cè)量，以對(duì)零部件的合格性和安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，這對(duì)于提高產(chǎn)品性能質(zhì)量、減少浪費(fèi)、避免事故尤其是災(zāi)難性事故的發(fā)生都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，常用的管道或孔內(nèi)壁檢測(cè)技術(shù)主要有漏磁法、超聲波法、渦流法、光環(huán)截面法、內(nèi)窺鏡法以及CXD攝像機(jī)圖像采集法。這些方法主要針對(duì)內(nèi)徑尺寸大于10_的管道或特征內(nèi)孔檢測(cè)，而對(duì)于IOmm或更小尺寸內(nèi)徑特征孔或微細(xì)管道的檢測(cè)方法較少。隨著光電技術(shù)和微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)內(nèi)窺鏡的外徑已經(jīng)縮小到4mm，甚至更小，因此可以采用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢測(cè)IOmm左右的特征內(nèi)孔或管道。但采用內(nèi)窺鏡只能定性地判斷管道內(nèi)表面是否存在瑕疵和裂紋等缺陷，而不能定量地給出缺陷的尺寸和具體位置，尤其是需要人工手動(dòng)操作，因此應(yīng)用上具有很大的局限性。另外，現(xiàn)有方法對(duì)于微細(xì)管道或孔壁的檢測(cè)還存在精度較低、檢測(cè)速度慢、自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，不能滿足柔性、自動(dòng)化、快速檢測(cè)的實(shí)際生產(chǎn)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在解決克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置及方法，具有柔性、自動(dòng)、快速、可在線等性能特點(diǎn)，以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)小尺寸特征內(nèi)孔或微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌的測(cè)量要求。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置，由光學(xué)傳輸部件、照明光源、攝像機(jī)組成微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量傳感器，并與工業(yè)機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)固定聯(lián)接，管內(nèi)360°柱面環(huán)帶全景圖像數(shù)據(jù)經(jīng)光學(xué)傳輸部件傳輸、攝像機(jī)拍攝、圖像采集卡采集到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。光學(xué)傳輸部件頂端設(shè)置有360°錐鏡，光學(xué)傳輸部件能夠沿微細(xì)管道前進(jìn)或后退。微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量方法，借助于前述裝置實(shí)現(xiàn)，并包括下列步驟(I)將待測(cè)管道精確定位；
(2)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)測(cè)量傳感器的光學(xué)傳輸部件進(jìn)入待測(cè)管道一截面位置，并保持光學(xué)傳輸部件與待測(cè)管道的同軸性；(3)開(kāi)啟照明光源，并由計(jì)算機(jī)控制圖像采集卡實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)輸出環(huán)形圖像數(shù)據(jù)的米集；(4)沿被測(cè)管道軸向方向，重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，完成被測(cè)管道管內(nèi)全部區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)采集；(5)將獲取的環(huán)形圖像展開(kāi)并拼接組成所測(cè)孔壁的完整圖像，采用圖像信息處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)行缺陷的判別及缺陷位置、大小等參數(shù)測(cè)量及管內(nèi)形貌的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)管道管壁內(nèi)的缺陷及形貌測(cè)量。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)及效果本發(fā)明方法與裝置可實(shí)現(xiàn)微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌的測(cè)量，該方法操作方便、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有高度的柔性，同時(shí)具有測(cè)量速度快、測(cè)量精度高、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，可滿足航空航天、汽車、能源等裝備或零部件中微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌在線測(cè)量的要求。采用外部光源導(dǎo)入、內(nèi)部圖像導(dǎo)出新思路，將照明光源和圖像采集器件放置在待測(cè)管道外部，通過(guò)光學(xué)傳輸部件將外部照明光導(dǎo)入管內(nèi)待測(cè)區(qū)域，同時(shí)由同一光學(xué)傳輸部件將待測(cè)區(qū)域的光學(xué)圖像導(dǎo)出，結(jié)合圖像信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌的非接觸、自動(dòng)測(cè)量，突破了傳統(tǒng)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量方法中傳感器內(nèi)置的實(shí)現(xiàn)模式，可以適應(yīng)尺寸更小的微細(xì)管道管內(nèi)缺陷的測(cè)量；同時(shí)，可靠、靈活的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的引入保證了測(cè)量過(guò)程的快速性及高度自動(dòng)化。本發(fā)明方法與裝置操作方便、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、精度高、測(cè)量速度快、自動(dòng)化程度高，可以推廣應(yīng)用。


圖I是微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量傳感器示意圖；圖2是管內(nèi)全景圖像處理流程不意圖；圖3是微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置示意圖。其中I :被測(cè)管道 2 :光學(xué)傳輸部件(含360°全景錐鏡)3 :外部光源 4 :攝像機(jī)5:工業(yè)機(jī)器人 6:測(cè)量傳感器7 :被測(cè)工件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用的技術(shù)方案是突破已有管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量方法中傳感器內(nèi)置的傳統(tǒng)模式，提出外部光源導(dǎo)入、內(nèi)部圖像導(dǎo)出新思路，將照明光源和圖像采集器件放置在待測(cè)管道外部，通過(guò)光學(xué)傳輸部件將外部照明光導(dǎo)入管內(nèi)待測(cè)區(qū)域，同時(shí)由同一光學(xué)傳輸部件將待測(cè)區(qū)域的光學(xué)圖像導(dǎo)出，結(jié)合圖像信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌的非接觸、自動(dòng)測(cè)量；在此基礎(chǔ)上，將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)引入微細(xì)管道精密測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)柔性、快速、在線的微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量提供運(yùn)動(dòng)控制及支撐平臺(tái)。以上技術(shù)方案需要借助于工業(yè)機(jī)器人(如ABB公司IRB2400型工業(yè)機(jī)器人)、照明光源(如Sight-Pipe公司PLI-28SR)、光學(xué)傳輸部件(如Sight-Pipe公司P/N 3198930)、攝像機(jī)(如 Baumer公司TXG12)、圖像采集卡(如Matrox公司MeteorII)、計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),并進(jìn)一步包括如下步驟(I)由光學(xué)傳輸部件、照明光源、攝像機(jī)組成微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量傳感器，并與工業(yè)機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)固定聯(lián)接。(2)被測(cè)工件精確定位。(3)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)測(cè)量傳感器的光學(xué)傳輸部件進(jìn)入待測(cè)管道一截面位置，并保持光學(xué)傳輸部件與待測(cè)管道的同軸性。(4)開(kāi)啟照明光源，并由計(jì)算機(jī)控制圖像采集卡實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)輸出環(huán)形圖像數(shù)據(jù)的米集。(5)沿被測(cè)管道軸向方向，重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，完成被測(cè)管道管內(nèi)全部區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)采集。(6)將獲取的環(huán)形圖像展開(kāi)并拼接組成所測(cè)孔壁的完整圖像，采用圖像信息處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)行缺陷的判別及缺陷位置、大小等參數(shù)測(cè)量及管內(nèi)形貌的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)管道管壁內(nèi)的缺陷及形貌測(cè)量。下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明的一種全新的微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置與方法做出詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的一種微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置與方法，其獨(dú)特之處在于突破已有管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量方法中傳感器內(nèi)置的傳統(tǒng)模式，提出外部光源導(dǎo)入、內(nèi)部圖像導(dǎo)出新思路，將照明光源和圖像采集器件放置在待測(cè)管道外部，通過(guò)光學(xué)傳輸部件將外部照明光導(dǎo)入管內(nèi)待測(cè)區(qū)域，同時(shí)由同一光學(xué)傳輸部件將待測(cè)區(qū)域的光學(xué)圖像導(dǎo)出，結(jié)合圖像信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌的非接觸、自動(dòng)測(cè)量；在此基礎(chǔ)上，將工業(yè)機(jī)器人技術(shù)引入微細(xì)管道精密測(cè)量應(yīng)用領(lǐng)域，為實(shí)現(xiàn)柔性、快速、在線的微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量提供運(yùn)動(dòng)控制及支撐平臺(tái)。如圖I所示為微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量傳感器示意圖。測(cè)量傳感器出)由光學(xué)傳輸部件(含360°全景錐鏡)(2)、外部光源(3)和攝像機(jī)(4)組成。外部光源(3)通過(guò)光學(xué)傳輸部件(2)將照明光均勻投射在管內(nèi)被測(cè)區(qū)域，并通過(guò)光學(xué)傳輸部件(含360°全景錐鏡)(2)由攝像機(jī)(4)采集微細(xì)管道管內(nèi)測(cè)量區(qū)域360°柱面環(huán)帶全景圖像。如圖2所示為管內(nèi)全景圖像處理流程示意圖。360°錐鏡全景成像遵循“圓錐變換”，即軸向同一深度位置處，360°全景管內(nèi)信息對(duì)應(yīng)于全景圖像中的一個(gè)環(huán)形區(qū)域。由攝像機(jī)(4)采集得到的管內(nèi)360°全景圖像，首先進(jìn)行環(huán)形區(qū)域劃分，然后將環(huán)形區(qū)域數(shù)據(jù)抽取出來(lái)并進(jìn)行展開(kāi)，經(jīng)過(guò)后續(xù)的數(shù)據(jù)拼接、缺陷判別及形貌重建，繼而實(shí)現(xiàn)微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量。如圖3所示為微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置示意圖。該裝置主要由工業(yè)機(jī)器人(5)、測(cè)量傳感器￠)、及相關(guān)的通訊控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)、缺陷判斷、 測(cè)量及形貌重建系統(tǒng)等組成。被測(cè)工件(7)精確定位后，工業(yè)機(jī)器人(5)驅(qū)動(dòng)測(cè)量傳感器
(6)的光學(xué)傳輸部件(2)進(jìn)入待測(cè)管道一截面位置，并保持光學(xué)傳輸部件(2)與待測(cè)管道的同軸性。開(kāi)啟外部光源(3)，并由攝像機(jī)(4)采集管內(nèi)區(qū)域的360°柱面環(huán)帶全景圖像。然后工業(yè)機(jī)器人(5)驅(qū)動(dòng)測(cè)量傳感器(6)沿被測(cè)管道軸向方向行進(jìn)一定距離，并由攝像機(jī)⑷采集管內(nèi)區(qū)域的360°柱面環(huán)帶全景圖像，直到完成被測(cè)管道管內(nèi)全部區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)采集。將獲取的環(huán)形圖像展開(kāi)并拼接組成所測(cè)孔壁的完整圖像，采用圖像信息處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)行缺陷的判別及缺陷位置、大小等參數(shù)測(cè)量及管內(nèi)形貌的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)管道管壁內(nèi)的缺陷及形貌測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置，其特征是，由光學(xué)傳輸部件、照明光源、攝像機(jī)組成微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量傳感器，并與工業(yè)機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)固定聯(lián)接，管內(nèi)360°柱面環(huán)帶全景圖像數(shù)據(jù)經(jīng)光學(xué)傳輸部件傳輸、攝像機(jī)拍攝、圖像采集卡采集到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
2.如權(quán)利要求I所述的微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置，其特征是，光學(xué)傳輸部件頂端設(shè)置有360°錐鏡，光學(xué)傳輸部件能夠沿微細(xì)管道前進(jìn)或后退。
3.一種微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量方法，其特征是，微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量方法，借助于前述裝置實(shí)現(xiàn)，并包括下列步驟(1)將待測(cè)管道精確定位；(2)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)測(cè)量傳感器的光學(xué)傳輸部件進(jìn)入待測(cè)管道一截面位置，并保持光學(xué)傳輸部件與待測(cè)管道的同軸性；(3)開(kāi)啟照明光源，并由計(jì)算機(jī)控制圖像采集卡實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)輸出環(huán)形圖像數(shù)據(jù)的采集;(4)沿被測(cè)管道軸向方向，重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，完成被測(cè)管道管內(nèi)全部區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)采集；(5)將獲取的環(huán)形圖像展開(kāi)并拼接組成所測(cè)孔壁的完整圖像，采用圖像信息處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，進(jìn)行缺陷的判別及缺陷位置、大小等參數(shù)測(cè)量及管內(nèi)形貌的構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)管道管壁內(nèi)的缺陷及形貌測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及微細(xì)管道管內(nèi)缺陷測(cè)量、光學(xué)測(cè)量。為提供一種微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置及方法，具有柔性、自動(dòng)、快速、可在線等性能特點(diǎn)，以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)小尺寸特征內(nèi)孔或微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌的測(cè)量要求。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量裝置，由光學(xué)傳輸部件、照明光源、攝像機(jī)組成微細(xì)管道管內(nèi)缺陷及形貌測(cè)量傳感器，并與工業(yè)機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)固定聯(lián)接，管內(nèi)360°柱面環(huán)帶全景圖像數(shù)據(jù)經(jīng)光學(xué)傳輸部件傳輸、攝像機(jī)拍攝、圖像采集卡采集到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。本發(fā)明主要應(yīng)用于微細(xì)管道管內(nèi)缺陷測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102608124SQ20121009946
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者吳斌, 薛婷, 韓文強(qiáng) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)