[发明专利]管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法

说明书

本发明涉及光电检测技术领域，为能够同时测量管道内壁3D形貌和中心轴直线度，并对结果进行输出显示，得到准确的管道内壁形貌数据，从而精确地还原管道内壁形貌，提高管内壁形貌及中心轴直线度测量精度。本发明，管道内壁形貌和中心轴直线度测量装置和方法，借助预调装置、激光扫描模块、位姿检测模块和驱动模块实现，激光扫描模块和位姿检测模块刚性连接，相对位置确定，设有适度胀紧装置，两模块组成系统检测装置，由爬行器驱动，沿管道内壁接触式连续爬行，激光扫描模块由激光测头和旋转电机组成；位姿检测模块由管口激光器组、姿态探测器组和拉线位移传感器组成；驱动模块中包含爬行器。本发明主要应用于管道光电检测场合。

技术领域

本发明涉及光电检测技术领域，具体讲,涉及管道内壁形貌和中心轴直线度测量。

背景技术

随着国民经济与科学技术的进步，各类管道被广泛应用于诸多领域，例如军事、冶金、石油及化工行业中。管道在使用过程中可能发生锈蚀、脆断、裂纹、蠕变等损坏，而因为生产环境和加工技术等条件的制约，一些管道工件在成型之初就存在一定的弯度。管道质量的优劣与经济利益直接相关，更关系到相关应用领域的安全问题，所以，对管道进行定期质量检测显得尤为重要。

其中，管道内壁3D形貌和中心轴直线度情况能够最为直观地反映管道质量问题，而目前已经公开的管道内壁检测系统在功能上不能兼顾，只测量管道内壁三维形貌或者只测量管道中心轴直线度，系统设计往往结构复杂但功能单一。此外，直接以检测装置测得的数据作为最后结果，忽略了装置本身姿态偏差和局部接触误差的影响，使得整个测量系统不够完整，测量方法不够严谨，测量结果存在较大误差。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种管道内壁形貌及中心轴直线度测量方法，能够同时测量管道内壁3D形貌和中心轴直线度，并对结果进行输出显示。对目前管道内壁形貌及直线度检测方法中由于检测装置自身位姿偏差和局部接触误差而引起的测量结果误差，通过位姿检测模块对测得的管内壁形貌数据进行修正补偿，得到准确的管道内壁形貌数据，从而精确地还原管道内壁形貌，并通过内壁包络求得管道中心轴直线度，消除了检测装置本身姿态偏差和局部接触误差的影响，提高了管内壁形貌及中心轴直线度测量精度。本发明采用的技术方案是，管道内壁形貌和中心轴直线度测量方法，步骤如下：

(1)由激光扫描模块完成管道内壁径向数据的初步测量，激光扫描模块包括激光测头和旋转电机：激光测头由旋转电机带动进行旋转扫描，完成其回转中心到管道内壁径向尺寸的测量，旋转电机自带角度编码器，实时测出激光测头的周向角度位置；

(2)由位姿检测模块完成激光测头位姿检测，位姿检查模块包括激光器组和姿态探测器组：激光器组固定在管道口，各激光器发射激光束垂直入射到对应的姿态探测器靶面，根据激光斑在靶面上位置坐标的变化计算得出激光测头姿态变化，拉线位移传感器实时标定激光测头轴向位置；

(3)正向测量阶段，爬行器推动检测装置轴向移动，实现位姿探测器组、旋转电机和激光测头的整体轴向移动；

(4)返程阶段，爬行器反向爬行，带动检测装置返回；

(5)激光扫描模块和位姿检测模块测得的数据由各自下位机传输到上位机中，上位机调用数据处理模块软件，根据位姿检测模块测得的位姿信息，对特定轴向位置处的径向数据作修正处理，得到准确的管道内壁包络，进而得到管道内壁3D形貌，根据管道内壁截面信息求出管道中心轴直线度；

(6)输出检测结果，在显示器上直接显示管道内壁3D形貌和中心轴直线度数据。

步骤(1)开始前，先要完成检测装置预调整，然后将激光器组固定于管道口，调整激光束与中心探测器靶面的相对位置，使激光束垂直入射到探测器靶面中心域。

激光扫描模块和位姿检测模块刚性连接并设有适度胀紧装置，二者组成一个整体检测装置，位姿检测模块检测到的姿态数据即为激光测头的姿态信息。