[发明专利]一种管道内表面光学检测系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种管道内表面光学检测系统及检测方法，该系统简化了对管道的检测问题，具有低成本、非接触、高精度、易操作的特点；该方法对管道的测量方法减少了计算的复杂性、改善了测量精度，LED照明光源置于照明物镜的物方焦平面上，LED照明光源发出的555nm光经照明物镜扩束整形后，以平行光均匀照射到透射式光栅上；投影物镜与a反射镜组成的光学系统，将光栅清晰投影成像到管道内壁上；成像物镜与b反射镜组成的光学系统，同时对管道内壁和光栅像再次会聚成像，并通过CCD相机采集数字图像；根据已知的各光学系统参数和光栅参数，并结合实验标定，便可测量出管道内壁的形貌等。

技术领域

本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种管道内表面光学检测系统及检测方法。

背景技术

随着科学技术的发展，智能化、非接触式测量方法的研究得到了人们广泛地重视。结构光测量技术日趋成熟，但由于具有高精度的机械驱动装置，使成本大为提高，不利于普及和应用。而现有测量方法在实际操作中需要两架摄像机在变焦、变光圈、变位置时同步一致，操作不便，技术实现存在困难，而且测量精度较低，适用领域窄，无法更有效地适应社会需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种管道内表面光学检测系统，结构简单合理、使用方便、测量精度高，尤其适合管道内表面缺陷的检测。

本发明所要解决的技术问题是还提供了一种管道内表面光学检测方法，简化计算，改善测量精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种管道内表面光学检测系统，包括照明投影系统、折转取景系统和成像采集系统；所述照明投影系统、折转取景系统和成像采集系统沿管道轴向排列。

所述投影系统包括沿管道轴线方向排布的LED照明光源、照明物镜、光栅、a光阑和投影物镜，所述照明物镜、光栅、a光阑和投影物镜的轴线重合，所述LED照明光源大小为1mm×1mm，发光波长为λ，λ为555nm。

所述照明物镜采用同轴布置的双凸透镜结构，照明物镜的输出光为直径大于20mm的平行光。

所述光栅为透射式光栅，四条光栅为一组、且光栅与光轴之间的夹角为7.5°，四条光栅的尺寸分别为0.005mm、0.01mm、0.02mm和0.05mm，光栅间隔为0.08mm，均匀排列在φ20mm的玻璃镜片上。

所述投影物镜像方焦平面位置设置a光阑，投影物镜为物方远心光路形式，投影物镜由6组透镜组合形成、且投影物镜为反摄远物镜，所述投影物镜焦距为f，f的取值为25mm，投影物镜的工作距离为175mm。

所述折转取景系统包括a反射镜和b反射镜，其中a反射镜和b反射镜与光轴之间的夹角分别为22.5°和45°。

所述成像采集系统包括同轴设置的b光阑、成像物镜和CCD相机。

所述成像物镜和b光阑用于限制光束，成像物镜为物方远心光路形式，所述成像物镜的倍率为0.3、工作距离为110mm，径深为17mm，CCD相机选用1/2英寸。

为解决上述技术问题，本发明还采取的技术方案是：一种管道内表面光学检测方法，具体包括以下步骤：

S1、通过对已知缺陷的管道内壁进行成像标定，获取投影物镜(4)和成像物镜(10)的垂轴放大率β_t、β_c以及管道内径D；

S2、对未知缺陷的身管内壁进行深度缺陷测量，假设采集图像的光栅像间距为l₁，缺陷深度导致的光栅像错位为l₂，则身管内壁缺陷的实际深度Δl为：

式中：Δ为实际光栅间距，Δ＝0.08mm；