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专利名称：空间曲线型微细管道内表面形貌检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器。
背景技术：
随着制造业的不断发展，微细管道应用越来越广泛，而对微细管道内壁缺陷的检测也就越来越引起人们的重视。目前应用于管道无损检测的技术主要有涡流检测法、超声波检测法、光学单点扫描法、光环成像法等。但是涡流检测法只适用于特定材料制成的管道，超声波检测法则需要水等介质，而且检测精度不高。光学单点扫描法有两种形式，一是利用激光测距的原理，通过测量管道内壁上的点到光电探测器距离的变化检测其缺陷；一是利用光纤，通过测量照射在管道内壁上的光的辐射强度变化检测其缺陷。光环成像法是用激光器投射装置向管道内壁发出光环，然后由CCD摄像机接受，便能生成管道内壁截面图像。光学单点扫描法虽然精度较高，但必须采用一旋转机构才能完成整个管道的检测，因此效率非常低，对于微细管道的检测来说，旋转机构的引入更能产生一些额外的噪声，从而使精度降低。光环成像法是二十世纪九十年代后兴起的一种方法，该方法的检测精度较高，检测效率比前几种方法都高。Inari T等人用光环成像法设计出了适于检测直径为14.5-25.4mm管道内表面缺陷的装置，Zhang W W等也用类似的方法完成了适于较大内径管道(70～160mm)内表面的检测装置。

发明内容
本发明的目的是提供一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器。
它具有光环发生器、CCD摄像机，光环发生器具有激光器固定圈、透镜固定圈、透射窗、锥形反射镜、会聚透镜、发散透镜、激光器，透射窗内设有锥形反射镜，透镜固定圈内设有会聚透镜，激光器固定圈内设有激光器和发散透镜，激光器固定圈、透镜固定圈用螺纹连接，透镜固定圈与透射窗粘接固定。
本发明的优点是1)该形貌检测器适用于内径为Φ9～Φ12mm的微细管道内壁的检测三维重建。
2)在驱动装载机构的带动下，可对微细直管道内壁进行在线缺陷检测，而且精度较高，达到0.01mm左右，同时利用自主开发的图像处理软件系统可快速的对管道内壁的形貌进行三维重构。
3)在我们设计开发的空间曲率传感器的协同工作下，可完成曲率半径大于100mm的微细弯曲管道内壁的缺陷检测和形貌三维重建。
4)通过调节会聚透镜与发散透镜的距离，可使检测器能够检测一定直径范围的管道内壁，而且精度可以保持在0.01mm左右。


图1是空间曲线型微细管道内表面形貌检测器结构示意图；图2是光环成像检测原理图。
具体实施例方式
空间曲线型微细管道内表面形貌检测器具有光环发生器9、CCD摄像机8，光环发生器具有激光器固定圈1、透镜固定圈2、透射窗3、锥形反射镜4、会聚透镜5、发散透镜6、激光器7，透射窗3内设有锥形反射镜4，透镜同定圈2内设有会聚透镜5，激光器固定圈1内设有激光器7和发散透镜6，激光器固定圈1、透镜固定圈2用螺纹连接，透镜固定圈2与透射窗3粘接固定。
上述的会聚透镜和发散透镜之间的距离通过激光器固定圈和透镜固定圈上的螺纹进行调节，可改善出射圆环的质量，其调节的距离可通过激光器固定圈上的标尺测得，而在检测过程中该距离是不可调节的。锥形反射镜底部为圆柱体，直径为7～8毫米；反射部分为圆锥体，其锥角为50°～70°。发散透镜直径3～5毫米，焦距2～4毫米。会聚透镜直径为5～7毫米，焦距4～6毫米。
光环成像检测法原理如图2所示，光环发生器产生的光环投射在管道内壁上，被照射内壁的形貌便被CCD摄像机采集到。从图中可以看出内壁上一点M，对应于CCD上的N点。设M点到中轴线距离为R，N点到图像圆环中心距离为r，考虑到透射窗的折射作用有R=Lr+rd(1/tana-tanθ)f+r/tana...(1)]]>其中d表示透射窗的厚度，θ表示光线进入透射窗后的折射角，则θ=arcsin(sinan),]]>n为透射窗的折射率。
在检测过程中L、f、α都是固定的，只要测得CCD上图像圆环任一点到圆心的距离r，就能推出管道内壁上对应点到中轴线的距离R。
微细管道内表面形貌检测器主要包括激光器固定圈、透镜固定圈、透射窗、锥形反射镜、会聚透镜、发散透镜、激光器、CCD摄像机等几部分组成，其结构如图1所示。
工作过程发散透镜将激光器发出的细平行光束经扩散成较大的光束，再由会聚透镜会聚，经过锥形反射镜的反射后激光束就变成光环投射在管道内壁上，其反射光(或漫反射光)由CCD摄像机接受并将光环照射的内壁圆截面成二维图像。通过平面图像的数据处理，可得到该内壁截面带的灰度图象。利用最小二乘拟合法求出细窄带的圆心及圆环上各点的坐标，从而将一个内壁截面圆环形状重构。如果此处的管道是光滑的，则得到的圆也是光滑的；如果此处的管道有缺陷，则得到的圆也是有缺陷的。
该检测器由驱动机构带动可完成长距离微细管道的内壁检测，检测过程是间歇进行的，即每移动一个圆环带距离，检测器就检测一次，将数据传到主机上，利用自主开发的图像处理软件系统进行处理。对于直线管道，可将处理得到的圆环中心按照检测位置顺序排列则得到内壁的三维重构图。而对于曲率大于100mm的弯曲管道，则还要装载上相应的曲率传感器测出管道中轴曲线的形状，然后可得到内壁的三维重构图形。
权利要求
1.一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器，其特征在于它具有光环发生器(9)、CCD摄像机(8)，光环发生器具有激光器固定圈(1)、透镜固定圈(2)、透射窗(3)、锥形反射镜(4)、会聚透镜(5)、发散透镜(6)、激光器(7)，透射窗(3)内设有锥形反射镜(4)，透镜固定圈(2)内设有会聚透镜(5)，激光器固定圈(1)内设有激光器(7)和发散透镜(6)，激光器固定圈(1)、透镜固定圈(2)用螺纹连接，透镜固定圈(2)与透射窗(3)粘接固定。
2.根据权利要求1所述的一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器，其特征在于所说的激光器固定圈和透镜固定圈上设有调节会聚透镜和发散透镜之间距离的螺纹，在激光器固定圈上设有标尺。
3.根据权利要求1所述的一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器，其特征在于所说的锥形反射镜底部为圆柱体，直径为7～8毫米；反射部分为圆锥体，其锥角为50°～70°。
4.根据权利要求1所述的一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器，其特征在于所说的发散透镜直径3～5毫米，焦距2～4毫米。
5.根据权利要求1所述的一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器，其特征在于所说的会聚透镜直径为5～7毫米，焦距4～6毫米。
6.根据权利要求1所述的一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器，其特征在于所说的透射窗外径为8～9毫米，厚度为0.5～0.8毫米，长度为8～12毫米。
全文摘要
本发明公开了一种空间曲线型微细管道内表面形貌检测器。它具有光环发生器、CCD摄像机，光环发生器具有激光器固定圈、透镜固定圈、透射窗、锥形反射镜、会聚透镜、发散透镜、激光器，透射窗内设有锥形反射镜，透镜固定圈内设有会聚透镜，激光器固定圈内设有激光器和发散透镜，激光器固定圈、透镜固定圈用螺纹连接，透镜固定圈与透射窗粘接固定。本发明的优点是该形貌检测器适用于内径为Φ9～Φ12mm的曲线型微细管道内壁的缺陷检测，精度达到0.01mm左右。在我们设计开发的驱动装载机构的带动和空间曲率传感器的协同工作下，可完成曲率半径大于100mm的微细弯曲管道内壁的缺陷检测和形貌三维重建。
文档编号G01N21/88GK1410763SQ02137659
公开日2003年4月16日 申请日期2002年10月25日 优先权日2002年10月25日
发明者柯映林, 吴恩启, 李江雄 申请人:浙江大学