一種管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明應(yīng)用結(jié)構(gòu)光視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)對(duì)管道內(nèi)表面進(jìn)行測(cè)量，屬于受限空間內(nèi)三 維形貌測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)、光電測(cè)試技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于計(jì)算 機(jī)視覺(jué)的三維測(cè)量技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，該技術(shù)能夠通過(guò)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)被測(cè)物體三維空間 信息進(jìn)行感知映射到二維成像空間，以此恢復(fù)被測(cè)物體真實(shí)三維形貌。
[0003] 目前，計(jì)算機(jī)視覺(jué)三維測(cè)量技術(shù)主要有立體視覺(jué)、從陰影恢復(fù)形狀、激光掃描和結(jié) 構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量等，而結(jié)構(gòu)光測(cè)量作為最具吸引力的三維測(cè)量技術(shù)，成為解決物體形貌測(cè)量、 空間位置測(cè)量、三維場(chǎng)景感知、三維運(yùn)動(dòng)信息獲取等諸多領(lǐng)域在線(xiàn)測(cè)量的有效途徑。由于管 道內(nèi)壁空間局限性，以及表面形狀復(fù)雜等特點(diǎn)，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)光技術(shù)投射光條在有限空間相 互干擾，復(fù)雜內(nèi)表面的強(qiáng)反光，導(dǎo)致管道內(nèi)表面的三維測(cè)量難度增加，迫切需要研制新的測(cè) 量方法及測(cè)量傳感器，否則，一旦管道內(nèi)部發(fā)生破裂極易造成設(shè)備損壞，甚至人員傷亡。研 宄快速、有效、方便的深孔磨損檢測(cè)以及內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置對(duì)機(jī)械生產(chǎn)、檢修工藝和重大裝 備維護(hù)和有效作業(yè)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置，其特征在于，
[0005] 1、管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置由全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)組 成；
[0006] 2、所說(shuō)的全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器由曲面鏡1、點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器3和攝像機(jī)4組成，其 中曲面鏡1倒立放置在攝像機(jī)4的正前方，點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器3均勻分布在曲面鏡1和攝像 機(jī)4之間向被測(cè)管道內(nèi)壁2投射結(jié)構(gòu)光，形成環(huán)形結(jié)構(gòu)光點(diǎn)陣，環(huán)形結(jié)構(gòu)光點(diǎn)陣經(jīng)過(guò)曲面鏡 1反射后被攝像機(jī)4接收；
[0007] 3、所說(shuō)的軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)由滑動(dòng)軌5和電機(jī)6組成，滑動(dòng)軌5與攝像機(jī)光軸重合，滑 動(dòng)軌5 -端固定在全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器底部中心處，另一端固定在電機(jī)上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)全向 點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器按固定步長(zhǎng)移動(dòng)，步長(zhǎng)范圍為〇. 5mm~5mm ;
[0008] 4、所說(shuō)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)軸7和電機(jī)6組成，旋轉(zhuǎn)軸7用于帶動(dòng)全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳 感器以固定角度旋轉(zhuǎn)環(huán)形點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器按固定角度旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)軸，角度范圍為〇. Γ~3° ;
[0009] 5、全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器的原理是將點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器3以攝像機(jī)4光軸為中心軸， 均勻分布在曲面鏡1和攝像機(jī)4之間，點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器3的數(shù)量為3~12個(gè)，組成的環(huán)形點(diǎn) 結(jié)構(gòu)光投射器投射光平面垂直于攝像機(jī)光軸，將環(huán)形點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器向被測(cè)管道內(nèi)壁2投 射結(jié)構(gòu)光，經(jīng)曲面鏡1反射進(jìn)入攝像機(jī)4,形成環(huán)形結(jié)構(gòu)光點(diǎn)陣，按固定角度旋轉(zhuǎn)環(huán)形點(diǎn)結(jié) 構(gòu)光投射器，角度范圍為0.Γ~3°，直至完全采集被測(cè)管道內(nèi)壁2橫向360°圖像信息；
[0010] 6、軸向移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器按固定定步長(zhǎng)移動(dòng)，步長(zhǎng)范圍為 0. 5mm~5_，每移動(dòng)到一個(gè)位置時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器以固定角度旋轉(zhuǎn)環(huán) 形點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器，角度范圍為0.Γ~3°，獲取橫向360°圖像信息，直至完全獲得整個(gè) 管道內(nèi)壁2圖像信息；
[0011] 7、管道內(nèi)壁形貌恢復(fù)的具體步驟如下：
[0012] 步驟一，根據(jù)2中傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器；
[0013] 步驟二，依據(jù)5中所述的全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器原理，對(duì)管道內(nèi)壁形貌圖像進(jìn)行采 集；
[0014] 步驟三，根據(jù)步驟二中采集的管道內(nèi)壁中環(huán)形點(diǎn)陣圖像，提取環(huán)形點(diǎn)陣圖像中每 一個(gè)光點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，然后根據(jù)全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器結(jié)構(gòu)模型，計(jì)算環(huán)形點(diǎn)陣中光點(diǎn)的測(cè) 量三維坐標(biāo)，即被測(cè)管道內(nèi)壁的表面三維數(shù)據(jù)，從而恢復(fù)被測(cè)管道內(nèi)壁的三維形貌。
[0015] 管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] -、采用曲面鏡反射成像，擴(kuò)大了攝像機(jī)視場(chǎng)范圍，與結(jié)構(gòu)光視覺(jué)測(cè)量技術(shù)相結(jié) 合，實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)壁視覺(jué)三維感知測(cè)量；
[0017] 二、將點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器組成環(huán)形點(diǎn)陣，按一定步長(zhǎng)和距離調(diào)整環(huán)形點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射 器，完全采集被測(cè)管道內(nèi)壁圖像信息，提高了管道內(nèi)表面測(cè)量精度；
[0018] 三、傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，克服了傳統(tǒng)管道內(nèi)表面三維形貌檢測(cè)的失真 以及維修現(xiàn)狀的不足，精準(zhǔn)恢復(fù)管道內(nèi)表面三維信息。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 通過(guò)下述結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將更加清晰。其中，
[0020] 圖1是示出本發(fā)明全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器原理圖。
[0021] 圖2是環(huán)形點(diǎn)陣激光投射排列示意圖。
[0022] 圖3是示出本發(fā)明管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置示意圖。
[0023] 不意圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：
[0024] 1、曲面鏡2、被測(cè)管道內(nèi)壁3、點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器4、攝像機(jī)5、滑動(dòng)軌6、電機(jī)7、旋 轉(zhuǎn)軸8、攝像機(jī)安裝底座A、曲面鏡頂點(diǎn)隊(duì)、曲面鏡映射光斑處法線(xiàn)1、攝像機(jī)光心與被測(cè) 內(nèi)壁水平方向距離9、FOV視角（視場(chǎng)角）m、激光投射器中心與攝像機(jī)光心垂直方向上距 離〇、攝像機(jī)光心d、攝像機(jī)CCD尺寸f、攝像機(jī)焦距h、攝像機(jī)光心與曲面鏡頂點(diǎn)垂直方向 距離α、曲面鏡曲面法線(xiàn)在垂直方向上的夾角BC、曲面鏡底部圓直徑
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將更加詳細(xì)的描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，其示例在附圖中圖示。
[0026] 本發(fā)明全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器原理如圖1所示，它由曲面鏡1、點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器3和 攝像機(jī)4組成，多個(gè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器投射出結(jié)構(gòu)光，在管道內(nèi)壁形成環(huán)形光斑，光斑經(jīng)過(guò)曲 面鏡反射之后進(jìn)入攝像機(jī)。
[0027] 如圖2所示10個(gè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器以攝像機(jī)4光軸為中心，按一定角度均勻分布在 曲面鏡1和攝像機(jī)4之間，組成環(huán)形點(diǎn)結(jié)構(gòu)光投射器。
[0028] 如圖3所示，管道內(nèi)壁形貌測(cè)量裝置由全向點(diǎn)結(jié)構(gòu)光傳感器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和軸向移 動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
[0029] 參照?qǐng)D1，選取任意一個(gè)激光投射器為例，對(duì)管道內(nèi)壁形貌裝置中曲面鏡、點(diǎn)結(jié)構(gòu) 光投射器和攝像機(jī)的相對(duì)位置及攝像機(jī)焦距的選取進(jìn)行說(shuō)明，將曲面鏡1倒立放置在攝像 機(jī)4的正前方，曲面鏡1圓軸與攝像機(jī)4光軸重合，以攝像機(jī)4光心為原點(diǎn)O建立坐標(biāo)系， 已知攝像機(jī)4光心O與曲面鏡1頂點(diǎn)A垂直距離h，曲面鏡1底部圓直徑為BC，攝像機(jī)4(XD