空间曲线型长距离微细管道内表面形貌测量检测方法

摘要

本发明公开了一种空间曲线型长距离微细管道内表面形貌测量检测方法。该管道内表面形貌测量仪主要由二维位置传感器、半导体激光器、透明窗、微型马达、扫描镜、反射镜、会聚透镜、接收透镜组等部分组成。从激光器出射的光束经过两次反射后在管道内壁上形成一个细小光斑，该光斑被二维位置传感器接收。根据二维位置传感器产生的电流信号以及测量仪的结构参数，计算出该光斑点在局部三维坐标系中的位置。微型马达带动扫描镜旋转一周，得到管道内壁一个截面上所有采样点的位置。该测量仪适用于内径为Φ9～Φ11mm，曲率半径大于100mm的曲线型微细管道内壁的缺陷检测和三维测量，测量精度可以达到±0.1mm。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间曲线型长距离微细管道内表面形貌测量检测方法。

背景技术

在机械、能源、化工等诸多行业中都应用了大量的管道类零件，经过长期使用之后，就有可能出现裂纹等缺陷，从而造成气体或液体的泄漏，使整个系统收到损坏，造成不必要的经济损失，甚至危急到工作人员的生命安全。因此对这类零件的检测就成了一个非常重要的课题。国内外许多文献都对这方面的问题做了深入的研究，但大部分是针对内径大于20mm的管道，而对于小管道，尤其是内径小于10mm的管道的研究报道较少。

大管道内壁的检测技术已经比较成熟，最常用的方法是采用CCD摄像机对管道内壁成像，然后对图像进行适当的处理，就可以判断管道是否存在缺陷。由于CCD芯片的处理电路复杂，微型化比较困难，因此对小管道来说，普通的CCD摄像机很难进入内部。而专用的工业电子内窥镜虽然可以对小管道内壁进行检测，但很难确定缺陷的大小、所在的具体空间位置以及管内部的三维形貌。Tsuruta k.等人研制的微型管道机器人虽然也可以进入10mm的管道进行检测，但只能靠CCD拍摄的图片对管道内壁进行观察，而不能弥补内窥镜的上述缺点。Mizunuma M等人用位置传感器PSD(Position Sensitive Detector)来实现管道内壁的检测和三维重建，但他们研制的系统旋转机构复杂，只适于内径为66～83mm的直管，而不能检测弯曲管道或微细管道。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于内径为Ф9～Ф11mm，曲率半径100mm以上的曲线型微细管道内壁的缺陷检测和三维测量的空间曲线型长距离微细管道内表面形貌测量检测方法。

空间曲线型长距离微细管道内表面形貌检测方法的步骤为：

1)激光器出射光束经扫描镜和反射镜两次反射后，在管道内壁上形成一个微小的光斑D，该光点由透镜接收后在二维位置传感器光敏面上得到像点N，设点D和点N到测量仪中轴线的距离分别为R和r，反射镜的偏转角为θ，透镜主面间距为d，点B是激光束在扫描镜面的投射点，而点B’是B关于带孔反射镜面的对称点；L表示点B’到二维位置传感器光敏面的距离，f表示透镜左主面到二维位置传感器光敏面的距离；则根据光学几何关系求得管道内壁上点D到测量仪中轴线的距离：