[发明专利]一种基于光学的管道快速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光学的对管道快速检测的方法，特别涉及一种应用视觉测量技术对管道外形尺寸及型面进行快速测量的方法。

背景技术

管道广泛应用于冶金、石油、船舶及城市水暖供应等工业部门中。在管道工程施工中，由于空间限制或设计需要，会大量使用弯管和弯头。弯管是指曲率半径较大，角度小于10°的一根整管；弯头是指曲率半径较小、角度在12°~90°范围的较短的管子。无论是弯管还是弯头，其对接组合要求非常严格。准确测量其角度，正确使用弯管或弯头并实现快速安装，对于管道工程的质量、进度都十分重要；同时，在焊接安装过程中，管道外形会发生形变，准确检测出形变大小也对整个工程至关重要。因此，对管道外型尺寸及型面的全尺寸检测一直是业内的一个难题。

传统检测方法的效率低、测量范围小，较难实现三维全场或全尺寸检测，无法满足各向异性复合材料的全场力学性能检测。如：全站仪、三坐标机、经纬仪、激光跟踪仪等。全站仪的测量精度低，测量点设置数目增加将大大增加测量的工作量，不易实现。三坐标机虽然精度高，但对测量环境要求高、不便携、测量范围小，前期还要耗时进行检测坐标系的建立及测量编程。经纬仪、激光跟踪仪可以在现场进行高精度测量，但由于是逐点测量方式，测量效率偏低，无法达到全尺寸反求设计和生产检测所需的密集点云采集要求。

因此目前的研究热点集中于融合了计算机视觉技术和摄影测量技术的非接触式光学测量方法，这种方法有着严谨的理论基础，量程具有较大的弹性，并能提供相当高的精度和较高的测量效率，是解决中大型工件全尺寸检测难题一种可行的方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述问题，提供一种基于光学的管道快速检测方法，该方法检测速度快、精度高，且不会对管道表面造成伤害。

本发明的技术方案是：本发明基于光学的管道快速检测方法包括以下步骤：

步骤一、去除被测管道表面的锈斑，并喷涂着色渗透探伤剂；

步骤二、在管道表面及周围布置标志点，所述标志点包括非编码标志点和编码标志点，其中非编码标志点直接粘贴在管道表面，编码标志点布置于管道表面及周围； 

步骤三、将标尺平放于管道旁边，标尺的两端是固定好的编码标志点，且两端编码标志点间的距离经过严格的校准； 

步骤四、采用数码相机全方位对被测管道进行拍照，获取包含编码标志点、非编码标志点及标尺的一组照片；

步骤五、运行测量软件，在计算机中导入所拍照片组，进行图像处理，测量出照片组中标志点的二维坐标，然后根据二维坐标计算出所有标志点的空间三维坐标，结果中的非编码标志点点云即构成了被测管道的全局稀疏点模型；

步骤六、采用双目光栅扫描方法，用两部摄像机同步拍摄由投影机投向物体表面的编码条纹，测量软件自动进行立体匹配和三维重建后获得管道表面局部的标志点及密集点云，根据该局部的标志点在全局稀疏点模型的位置完成该局部密集点云的全局坐标对齐；重复采用上述双目光栅扫描方法得到所有已全局坐标对齐的局部密集点云，从而获得有一定数据冗余的管道整体密集点云模型；

步骤七、步骤六得到的管道整体密集点云模型有一定的数据冗余，在进行建模之前先对其进行处理，删除重叠部分点云，并将各局部密集点云进行合并，得到没有数据冗余的管道整体密集点云模型，也即管道测量模型；

步骤八、将管道测量模型与管道CAD设计模型的坐标系对齐，对管道测量模型进行坐标转换；

步骤九、对管道测量模型和管道CAD设计模型进行简单的矢量减运算，得到管道铸件表面每一个位置与管道CAD设计模型的偏差，通过编程实现并以3D的形式显示，或借助商业对比软件根据各个位置和方向的剖面图，生成2D的数据偏差。

所述步骤四中全方位对被测管道进行拍照时，设置摄像站位置采用三个依次增加的高度，每个高度均环绕360度，拍摄要求如下：

①以管道三维尺寸中最大值作为拍摄距离正直拍摄；

②使每个标志点被4个以上不同位置的摄像站所拍摄；

③使每个标志点的交会角在60°~120°范围内；

④使每个标志点的入射角小于45°；

⑤使每个摄像站都能拍摄尽量多的标志点，保持相邻摄像站拍摄的照片间有60％以上的重叠和公共点。

所述步骤六具体为：

①将非编码标志点点云表示的管道稀疏点模型数据从测量软件中导出，导入密集点云采集软件中，作为局部密集点云对齐时的参考；