[发明专利]管道内表面锚纹度信息提取方法及装置

说明书

本发明是一种方法和专用于该方法的装置，主要应用于石油化学工业，传输流体用钢管内表面的防腐处理过程。

在石油化学工业中，在对金属管道内表面喷漆前，均需做喷砂除锈处理。除锈后内表面的质量以锚纹度来衡量。现有检测方法是将所抽取的样管断开，靠人眼观察除锈后的内表面。并且仅能观察到端部部位。然后同各等级标准锚纹度图样进行比较，确定出被检钢管的锚纹度等级。

现有这种检测方法比较繁琐，消耗较多样管，取样有限、观察部位有限、随机性大、检测结果准确性差、可靠性及检测效率低。为了能够准确快速检测钢管内表面锚纹度，可应用电子计算机技术，即将标准各等级锚纹度图样存入计算机，然后采用一种自动提取被检钢管内表面锚纹度图样信息的方法，将采得的信息转换成电信号输入计算机，由计算机进行显示和比较，再由打印机给出检测结果。在这种方法中为了能实现自动、保证被检钢管完整、全面和快速地提出钢管内表面锚纹度信息，我们发明了管道内表面锚纹度信息提取方法及装置。

本发明是这样实现的。其管道内表面锚纹度提取方法是，不破坏被检管道，保持其完整。发明一套光机电装置，该装置可在计算机控制系统控制下，自行全部地进入被检管道。该装置每前进一段距离停止一次，此时它的光电检测部分开始工作。即这部分发出光束，由于经过一窄条状窗口，这束光投射在被检表面的光斑呈一与钢管母线平行的亮线。与此同时，光电检测部分被动地绕钢管轴线自转一角度，所以这束光提取到二维锚纹度信息。之后反射回光电检测部分，再经由光学系统，最后由光电转换系统将这一光信号转换成电信号，由电缆输出，送入后续以计算机为核心的信息处理系统。最后得到管道被检部位的锚纹度等级。整套装置在停留片刻后，继续前进同样一段距离，重复以上过程。如此实现自动、保持管道完整、快速和全面地检测管道内表面质量。

本发明其管道内表面锚纹度提取装置是，它由牵引部分、扭转部分和光电转换部分组成。牵引部分和扭转部分铰接，扭转部分和光电检测部分固定连接。三部分的主体轮廓尺寸大致相同并略小于被检管道内径。三部分主要通过若干只导轮支承在管道内，它的牵引部分主要由电机、齿轮传动系统和驱动轮组成。扭转部分为一步进电机。而光电检测部分主要依次由光源、棱镜、透镜组、CCD及其驱动电路和电缆组成。在本发明中，由这样一套光机电装置取代人眼，进行管道内表面的锚纹度图样提取工作。

由本发明带来的效果是，不需断开被检管道，以钢管为例，可检测整根钢管内部任意部位，一般钢管长18米，装置每前进1米停止一次，即可检多达17处的内表面。可检测小口径钢管，如内径为Φ50、Φ60、Φ76和Φ89的钢管。整套装置在管道内行进的速度可设计为30米/分，那么从锚纹度信息的提取，到由计算机给出整根钢管的平均锚纹度等级，对于一根长18米的钢管，只需15分钟。同现有技术比较，本发明成本低、效率高、准确和可靠，无随机性。

图1是处在被检管道内部的本发明之全套装置的示意图，1是管道，2是牵引车，3是步进电机，4是光电测头，5是电缆，6是导轮，7是弹力导轮。

图2是牵引车2的局部剖视示意图，8是直流力矩电机，9-1、9-2是直齿轮，10-1、10-2是伞齿轮，11为驱动胶轮。

图3是光电测头4的内部各组成及其位置和光路示意图，12是探测窗，13是光源，14是梯形棱镜，15-1、15-2是双焦合透镜，16是光栏，17是CCD，18是驱动电路。

下面结合附图详细说明本发明。本发明其光机电装置中的牵引部分为牵引车2，扭转部分为步进电机3，光电检测部分为光电测头4。牵引车2主要由三只导轮6、弹力导轮7、直流力矩电机8、直齿轮9-1和9-2、伞齿轮10-1和10-2及一对驱动胶轮11组成。弹力导轮7提供附加的压力，使驱动胶轮11与管道1之间有足够的摩擦力。直齿轮9-1固定在直流力矩电机8的转子枢轴上，直齿轮9-2与伞齿轮10-1固定在同一轴上，伞齿轮10-2与驱动胶轮11固定在同一轴上。牵引车2与步进电机3铰接。步进电机3的转子枢轴与光电测头4固定连接。光电测头4依次主要由光源13、梯形棱镜14、双焦合透镜15-1和15-2、光栏16、CCD17、驱动电路18和电缆5组成。在梯形棱镜14上方的光电测头4壳体上，沿母线方向开一长条形探测窗12，由玻璃封闭。探测窗12相当于一光栏。双焦合透镜15-1、15-2以光栏16为对称面，且凹凸镜一侧与光栏16相对。

本发明的检测过程是这样的，由计算机系统实现全过程自动控制。被检管道1为内径Φ50、长18米的钢管。牵引车2将整套装置拖进钢管1内，每前进1米停止一次。此时步进电机3带动光电测头4低速旋转45度角，同时驱动电路18开始工作。在整个检测过程中，光源13始终发光，光束经梯形棱镜14一反射面反射，通过探测窗12投射到钢管1内壁上，随着步进电机3的旋转，提取出二维锚纹度信息。载有锚纹度信息的光信号从钢管1内壁反射到梯形棱镜14的另一反射面，被再反射，通过由双焦合透镜15-1、15-2和光栏16组的光学成像系统，投射到线阵CCD17上，载有锚纹度信息的光信号被转换成电信号，经驱动电路18处理后，由电缆5送入计算机处理系统。当牵引车2再次行进时，驱动电路18停止工作。整套装置行进到下一位置时，步进电机3向与上次方向相反的方向旋转同样的角度。此时光电测头4将上述工作过程重复一次。如此在18米长的钢管内约取得17处的检测结果。最后得到关于这根钢管的平均锚纹度等级。