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一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置制造方法
【專利摘要】一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置，應(yīng)用于直管內(nèi)壁表面裂紋等缺陷的無損檢測。它采用伺服電機(jī)帶動工業(yè)相機(jī)對內(nèi)壁表面進(jìn)行光學(xué)圖像采集，定位機(jī)構(gòu)由兩個對稱平行配置的鎖緊氣缸和安裝在三級氣缸托架上的三級氣缸組成，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)探頭高度及伸縮長度的自由調(diào)整。其中，升降機(jī)構(gòu)采用的鎖緊氣缸，可以在升降過程中任意位置鎖停，鎖緊氣缸安裝固定在移動車體上。靜音氣泵作為氣源，放置在移動車體氣泵柜中。三級氣缸托架上還安裝有數(shù)字激光測距儀，用于檢測三級氣缸伸出行程，并將行程反饋到數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)圖像采集位置的標(biāo)定。工控機(jī)通過PCI總線擴(kuò)展槽插入可編程運(yùn)動控制卡，實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)及開關(guān)量的控制，并且同顯示器、控制盒配置在氣泵柜上的平臺上。
【專利說明】一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置，更具體地應(yīng)用于內(nèi)壁裂紋的無損檢測，屬于機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)窺檢測是一種重要的無損檢測技術(shù)，可用于高溫、有毒、核輻射及人眼無法直接觀察到的場所的檢查和觀測，可在不需拆卸或破壞組裝及設(shè)備停止運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)無損檢測，目前已廣泛應(yīng)用于汽車、航空發(fā)動機(jī)、推進(jìn)劑藥柱、管道等設(shè)備的檢測與維護(hù)中，相對于其他無損檢測技術(shù)，內(nèi)窺檢測具有直觀、高效、易于操作等特點(diǎn)，能夠?qū)?nèi)部缺陷的位置和性質(zhì)進(jìn)行實(shí)時地監(jiān)測、記錄、貯存和圖象分析。
[0003]隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的日益成熟，內(nèi)窺檢測技術(shù)在內(nèi)壁表面裂紋的檢測、識別與測量中取得了較好的效果。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者也已經(jīng)對內(nèi)窺檢測系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛而深入的研究。如:Paul W.Fieguth設(shè)計(jì)的地下管道表面裂紋檢測系統(tǒng)；官頌等人設(shè)計(jì)的航空發(fā)動機(jī)智能內(nèi)窺故障診斷系統(tǒng)等；張曉春等人設(shè)計(jì)的基于計(jì)算機(jī)圖像識別的表面裂紋檢測系統(tǒng)等。
[0004]但是，目前許多內(nèi)窺檢測的應(yīng)用自動化程度很低，在對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行檢測的過程中，很大部分要依賴人的手動操作來將內(nèi)窺探頭伸入到指定位置；其次，對于長直內(nèi)壁檢測，很多內(nèi)窺設(shè)備的作用僅局限于伸入被測物內(nèi)部進(jìn)行簡單觀察，不能有效的對目標(biāo)內(nèi)壁進(jìn)行精確定位圖像采集，并且長時間的目視觀測還容易使檢測人員感到疲勞；最后，對于采集較長的的直管內(nèi)壁圖像時，硬管內(nèi)窺鏡的長度一般不能滿足要求。
[0005]本實(shí)用新型提供一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集系統(tǒng)，是專門研制開發(fā)出的一種使用簡便、持久耐用、性能可靠的內(nèi)壁缺陷光學(xué)無損檢測設(shè)備，用以替代目前我國通過外部光源人工肉眼觀測或人工使用內(nèi)窺鏡觀測內(nèi)壁表面缺陷的落后手段，該設(shè)備能夠?qū)χ惫軆?nèi)壁表面進(jìn)行高精度的自動圖像采集，為后續(xù)缺陷圖像處理以及裂紋特征的提取和測量創(chuàng)造條件。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了克服內(nèi)窺檢測設(shè)備自動化程度低以及不能滿足對距離較長的直管內(nèi)壁進(jìn)行圖像采集等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置，該設(shè)備能自動控制和調(diào)整光學(xué)探頭-工業(yè)相機(jī)的高度、伸縮長度和旋轉(zhuǎn)角度來完成對長直內(nèi)壁表面缺陷的觀察或自動圖像采集。
[0007]—種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置，其特征在于，該內(nèi)壁圖像采集裝置由工業(yè)相機(jī)、伺服電機(jī)、三級氣缸、鎖緊氣缸、氣缸托架、靜音氣泵、工控機(jī)、控制盒和移動車體組成，其中，工業(yè)相機(jī)安裝在相機(jī)固定架上，相機(jī)固定架利用平鍵與短軸連接，短軸再通過聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連；伺服電機(jī)固定在伺服電機(jī)安裝架上，并通過螺紋連接在三級氣缸氣缸桿的前端；三級氣缸安裝在三級氣缸托架上，三級氣缸托架的升降機(jī)構(gòu)由兩個對稱平行配置的鎖緊氣缸組成；鎖緊氣缸的氣缸桿通過氣缸連接輔件連接在三級氣缸托架底部，鎖緊氣缸尾部則安裝固定在移動車體上；鎖緊氣缸由靜音氣泵作為氣源，靜音氣泵放置在移動車體的氣泵柜中；三級氣缸托架上還安裝有光學(xué)測距檢測裝置-激光測距儀；作為控制部分的工控機(jī)和可編程運(yùn)動控制卡以及伺服驅(qū)動器、控制盒配置在氣泵柜上。
[0008]在工控機(jī)主板的PCI總線擴(kuò)展槽上插入可編程運(yùn)動控制卡，工控機(jī)的CPU與可編程運(yùn)動控制卡的CPU構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，工控機(jī)與可編程運(yùn)動控制卡之間通過PCI總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信。
[0009]本實(shí)用新型針對上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:該內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置采用了工控機(jī)，可編程運(yùn)動控制卡，伺服驅(qū)動器，交流伺服電機(jī)及編碼器，鎖緊氣缸，三級氣缸，靜音氣泵，激光測距儀和工業(yè)相機(jī)等組成硬件平臺。其中，三級氣缸裝在三級氣缸托架上，三級氣缸托架由兩個同步升降、對稱平行配置的鎖緊氣缸作為升降機(jī)構(gòu)，可以以自動或手動模式調(diào)整工作臺的高度并且能夠在升降過程中鎖停住任意位置。這兩個鎖緊氣缸的氣缸桿利用氣缸連接輔件同三級氣缸托架底部相連接，尾部則安裝固定在移動車體上。工業(yè)相機(jī)安裝于相機(jī)固定架上，相機(jī)固定架通過短軸及聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連接。伺服電機(jī)固定在伺服電機(jī)安裝架上，伺服電機(jī)安裝架又通過螺紋連接安裝在三級氣缸的氣缸桿前端。在伺服電機(jī)的驅(qū)動下工業(yè)相機(jī)可以進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，并在工控機(jī)的控制下可以進(jìn)行實(shí)時圖像或視頻采集。三級氣缸和鎖緊氣缸由靜音氣泵作為氣源，靜音氣泵放置在移動車體后端的氣泵柜中，除作為氣源外，還起到了一定的配重作用。此外，三級氣缸托架上還安裝有數(shù)字激光測距儀，用于檢測三級氣缸伸出行程，并將行程反饋到數(shù)控裝置，可用于圖像采集位置的標(biāo)定。作為控制部分的工控機(jī)和插入其內(nèi)部的可編程運(yùn)動控制卡，以及顯示器、控制盒配置在氣泵柜上的平臺上。整個裝置配置在移動車體上，移動車體的底部安裝有萬向輪和支撐腳，可以實(shí)現(xiàn)自由移動，并且在圖像采集時升起支撐腳，可保障工作平臺的水平性和穩(wěn)定性。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果:本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、自動化程度高、容易操作等特點(diǎn)，可以自動調(diào)整光學(xué)探頭的高度和伸縮長度來完成長直內(nèi)壁表面的圖像采集或常規(guī)性觀察，特別是對于硬性內(nèi)窺鏡不能滿足長度要求的較長的直管內(nèi)壁，本裝置也能夠有效地對其進(jìn)行觀測和圖像采集。另外，該裝置采用工控機(jī)和可編程運(yùn)動控制卡作為控制系統(tǒng)，與伺服系統(tǒng)構(gòu)成半閉環(huán)結(jié)構(gòu)，定位精度高，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)壁圖像的精確定位。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0012]圖1是本實(shí)用新型內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0013]圖2是內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置的三維裝配示意圖。
[0014]圖3是圖2中光學(xué)組件放大圖。
[0015]圖中1.工業(yè)相機(jī)，2.三級氣缸，3.激光測距儀，4.控制盒，5.工控機(jī)，6.伺服電機(jī)，7.三級氣缸托架，8.氣缸連接輔件，9.鎖緊氣缸，10.支撐腳，11.移動車體，12.靜音氣泵，13.短軸，14.聯(lián)軸器，15.伺服電機(jī)安裝架，16.相機(jī)固定架?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]本實(shí)施例采用工控機(jī)5+可編程運(yùn)動控制卡的控制方式，在工控機(jī)主板的PCI總線擴(kuò)展槽上插入MIN1-PMAC型可編程運(yùn)動控制卡。工控機(jī)5的CPU與可編程運(yùn)動控制卡的CPU構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，工控機(jī)5與可編程運(yùn)動控制卡之間通過PCI總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信。上級工控機(jī)5主要完成系統(tǒng)的管理，下級可編程運(yùn)動控制卡主要完成伺服控制及實(shí)時性任務(wù)處理，根據(jù)上位機(jī)的要求發(fā)送指令給伺服驅(qū)動器，進(jìn)而驅(qū)動伺服電機(jī)6實(shí)現(xiàn)進(jìn)給軸的運(yùn)動控制，同時檢測裝置-編碼器不斷地檢測伺服電機(jī)6的實(shí)際位置，并實(shí)時地將檢測信號反饋回可編程運(yùn)動控制卡，構(gòu)成半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，從而使光學(xué)組件精確定位采集圖像。可編程運(yùn)動控制卡內(nèi)置的PLC經(jīng)I/O接口板連接控制盒4和強(qiáng)電部分，實(shí)現(xiàn)開關(guān)量輸入/輸出邏輯控制，其中包括控制三級氣缸2及鎖緊氣缸9的伸、縮和任意位置停止。其中，作為控制部分的工控機(jī)5和插入其內(nèi)部的可編程運(yùn)動控制卡以及顯示器、控制盒4等配置在氣泵柜上的平臺上。
[0019]工業(yè)相機(jī)I安裝在相機(jī)固定架16上，由一個伺服電機(jī)6通過短軸13和聯(lián)軸器14連接實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，工業(yè)相機(jī)探頭在伺服電機(jī)驅(qū)動下可以繞內(nèi)壁的中軸線作360度空間旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時圖像采集。驅(qū)動工業(yè)相機(jī)旋轉(zhuǎn)的伺服電機(jī)6通過伺服電機(jī)安裝架15安裝在三級氣缸2氣缸桿的前端。三級氣缸安裝在三級氣缸托架7上，三級氣缸托架的升降機(jī)構(gòu)由兩個同步升降、對稱平行配置的鎖緊氣缸9組成，通過控制盒4按鈕可以調(diào)整三級氣缸工作平臺的高度，并且能夠在升降過程中穩(wěn)定鎖停住任意位置。鎖緊氣缸9的氣缸桿端部通過氣缸連接輔件8連接在三級氣缸托架7底部，尾部則安裝在移動車體11上。上述氣缸由靜音氣泵12作為氣源，采用雙向速度調(diào)節(jié)及位置控制回路控制伸縮。靜音氣泵放置在移動車體11后端的氣泵柜中，除作為氣源外，還起到了一定的配重作用。三級氣缸托架上7還安裝有光學(xué)測距檢測裝置-激光測距儀3，用于檢測三級氣缸伸出行程，并將行程反饋到數(shù)控裝置，實(shí)現(xiàn)圖像采集位置的標(biāo)定。
[0020]整個圖像采集裝置安裝在移動車體11上，移動車體的底部安裝有萬向輪和支撐腳10，并且后輪帶有鎖緊裝置。人工推動移動車體11到合適的位置后，螺旋升起移動車體底部四角的支撐腳10以保持工作平臺水平穩(wěn)定。按動控制盒4上的升降按鈕或在工控機(jī)5主控界面參數(shù)設(shè)定目標(biāo)升降高度，將三級氣缸2工作平臺調(diào)整到要采集的直管內(nèi)壁的中心軸位置，之后，工控機(jī)按事先編好的運(yùn)動程序自動控制三級氣缸伸縮。三級氣缸每走一個步距則停止，然后，伺服電機(jī)6帶動工業(yè)相機(jī)I旋轉(zhuǎn)對內(nèi)壁進(jìn)行圖像采集，并將所采集的圖像傳回到計(jì)算機(jī)內(nèi)。待360度采集完此定長步距的斷面后，三級氣缸2繼續(xù)向前伸縮一個步距，然后重復(fù)進(jìn)行360度這一步距的斷面圖像掃描采集，反復(fù)如此，直到完成直管內(nèi)壁全部表面光學(xué)掃描圖像采集。在采集的過程中，圖像將陸續(xù)傳輸存貯進(jìn)計(jì)算機(jī)。
[0021]后續(xù)可以將所采集出的內(nèi)壁圖像利用圖像處理與識別軟件對其處理，為質(zhì)量檢測人員標(biāo)注出內(nèi)壁表面存在的缺陷的位置和特征信息。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置，其特征在于，該內(nèi)壁圖像采集裝置由工業(yè)相機(jī)、伺服電機(jī)、三級氣缸、鎖緊氣缸、氣缸托架、靜音氣泵、工控機(jī)、控制盒和移動車體組成，其中，工業(yè)相機(jī)安裝在相機(jī)固定架上，相機(jī)固定架利用平鍵與短軸連接，短軸再通過聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連；伺服電機(jī)固定在伺服電機(jī)安裝架上，并通過螺紋連接在三級氣缸氣缸桿的前端；三級氣缸安裝在三級氣缸托架上，三級氣缸托架的升降機(jī)構(gòu)由兩個對稱平行配置的鎖緊氣缸組成；鎖緊氣缸的氣缸桿通過氣缸連接輔件連接在三級氣缸托架底部，鎖緊氣缸尾部則安裝固定在移動車體上；鎖緊氣缸由靜音氣泵作為氣源，靜音氣泵放置在移動車體的氣泵柜中；三級氣缸托架上還安裝有光學(xué)測距檢測裝置-激光測距儀；作為控制部分的工控機(jī)和可編程運(yùn)動控制卡以及伺服驅(qū)動器、控制盒配置在氣泵柜上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)壁表面缺陷圖像采集裝置，其特征是:在工控機(jī)主板的PCI總線擴(kuò)展槽上插入可編程運(yùn)動控制卡，工控機(jī)的CPU與可編程運(yùn)動控制卡的CPU構(gòu)成主從式雙微處理器結(jié)構(gòu)，工控機(jī)與可編程運(yùn)動控制卡之間通過PCI總線實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信。
【文檔編號】G01N21/954GK203385680SQ201320384117
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月30日
【發(fā)明者】范晉偉, 譚福濤, 梁曉霞, 鄭德榮, 王志遠(yuǎn) 申請人:北京工業(yè)大學(xué)