[发明专利]一种管道自动对中方法、系统及试验装置

权利要求书

1.一种管道自动对中方法，其特征在于，定义需要对中的两根管道中，位置保持固定的管道为静管道，位置需要调整的管道为动管道，所述方法包括：

从静管道侧的设定位置对动管道进行图像采集，获取动管道的图像；

对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量；

依据动管道相对静管道的调整量驱动动管道，直至动管道与静管道实现对中。

2.根据权利要求1所述的管道自动对中方法，其特征在于，所述动管道、静管道均采用五维向量(x_c,y_c,z_c,α,β)来表示，其中，(x_c,y_c,z_c)为管道坡口端面中心在全局坐标系O₀-X₀Y₀Z₀中的位置；(α,β)分别为管道轴线在全局坐标系O₀-X₀Y₀Z₀的X₀O₀Z₀平面和Y₀O₀Z₀平面上投影的倾斜角，其中，α表示为偏航角，β表示为俯仰角。

3.根据权利要求2所述的管道自动对中方法，其特征在于，所述对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量，包括：

对动管道的图像进行特征提取，获得管道坡口端面的空间圆；

在摄像机坐标系O_c-X_cY_cZ_c下，空间圆所在平面对应的法向量对应的姿态角分别为偏航角α和俯仰角β；假设计算得到的空间圆所在表面的单位法向量为根据三角几何关系计算出法向量的姿态角，即偏航角α和俯仰角β分别为：

利用管道坡口端面内外特征圆相互平行的关系，消除单圆位姿估计解的二义性；

对动管道的图像进行特征提取，并计算动管道的平移偏差。

4.一种管道自动对中系统，其特征在于，定义需要对中的两根管道中，位置保持固定的管道为静管道，位置需要调整的管道为动管道，所述系统包括：

图像采集单元，用于从静管道侧的设定位置对动管道进行图像采集，获取动管道的图像；

偏差计算单元，用于对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量；

管道调整单元，用于依据动管道相对静管道的调整量驱动动管道，直至动管道与静管道实现对中。

5.一种管道自动对中试验装置，其特征在于，定义需要对中的两根管道中，位置保持固定的管道为静管道，位置需要调整的管道为动管道，所述试验装置包括：

光学平台；

管道支撑及夹紧装置，安装在所述光学平台上，用于固定静管道；

图像采集单元，安装在所述光学平台上，用于从静管道侧的设定位置对动管道进行图像采集，获取动管道的图像；

偏差计算单元，与图像采集单元通信连接，用于对动管道的图像进行特征提取，并计算获得动管道相对静管道的调整量；

管道调整单元，与偏差计算单元通信连接，用于依据动管道相对静管道的调整量驱动动管道，直至动管道与静管道实现对中。

6.根据权利要求5所述的管道自动对中试验装置，其特征在于，所述图像采集单元包括一字线激光器、第一工业相机和第二工业相机，所述一字线激光器以设定角度照射待对中的管道，所述第一工业相机以设定角度接收经待对中管道反射的激光；所述第二工业相机安装于静管道一侧，且所述第二工业相机的光轴与静管道的轴线在水平面上的投影的夹角为α₀。

7.根据权利要求6所述的管道自动对中试验装置，其特征在于，所述管道调整单元包括至少三个移动轴和至少一个旋转轴，各运动轴之间相互独立；所述移动轴采用步进电机驱动滚珠丝杆的方式，所述旋转轴采用步进电机驱动蜗轮蜗杆机构的形式。