[发明专利]基于激光三角法的管状物内轮廓测量方法

说明书

本发明涉及一种基于激光三角法的管状物内轮廓测量方法和测量装置，利用激光位移传感器中的半导体激光器向管状物的内壁垂直发出光束，成像透镜聚集目标反射的光点，并在受光元件上形成光点图像，光点在受光元件上的位置会根据目标的距离的变化而变化，控制系统对该距离变化进行计算，并转换为目标位置的测量结果。测量时，步进电机步进旋转，带动激光位移传感器步进运动，完成管道内膛在检测位置处的整周测量和纵深测量，从而完成对管状物内轮廓的测量。本发明测量装置结构简单，灵活性好，测量距离可选，测量精度高，稳定性强。

技术领域

本发明涉及一种内轮廓测量技术，具体地说是一种基于激光三角法的管状物内轮廓测量方法。

背景技术

管状构件是指长纵深、大口径(>100mm)类的管件，在能源化工、工程制造和国防军事等领域有着广泛应用，如火炮的身管、石油天然气输油管道等。这些管状构件在使用过程中会产生不同程度的蚀化、磨损，影响其效能的发挥，有时甚至会产生安全隐患。大量实践和研究表明，火炮身管的烧蚀磨损对火炮实施精确射击具有重要影响，抽油机井采油中抽油机和油管间的偏磨会导致油管磨穿，输油管道冲蚀泄露是石油化工企业中经常发生的一种失效形态。这些现象都有可能导致重大安全事故的发生。但是盲目更换管状构件，又会带来极大的浪费，增加相应的生产成本。因此，在保证必要的安全可靠性的前提下，如何最大限度地延长各类管状构件的使用寿命，是一个值得研究的课题。

管状构件的内膛测量不同于一般的工件检测，其特殊性主要原因在以下三个方面：1、管道尺寸长，管内黑暗，不易观察；2、管道内不易设置探头，不便调整测量仪；3、要求测量的精度高，不能对管内壁产生影响，以免产生测量误差。

常规测量方法和测量仪器不易实现对长管内膛的高精度的自动检测，存在有检测精度低、检测效率不高、操作使用不便、系统复杂程度高和功能单一等问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于激光三角法的管状物内轮廓测量方法和测量装置，以解决现有测量方法存在的检测精度低、检测效率不高、操作使用不便、系统复杂程度高和功能单一的问题。

本发明的目的之一是这样实现的：一种基于激光三角法的管状物内轮廓测量方法，包括：

a、设置管状物内轮廓测量装置：在支撑机构的前端固定有步进电机，步进电机的电机轴上通过悬臂连接激光位置传感器，所述步进电机通过驱动器与控制系统电连接；所述激光位置传感器是在机壳中分别设置有半导体激光器、发射器镜头、成像透镜和受光元件，所述发射器镜头设置在所述半导体激光器的发射光路上，所述受光元件设置在所述成像透镜的焦平面上，所述半导体激光器的发射光路与步进电机的电机轴的轴心线相垂直，所述成像透镜的成像光路与所述半导体激光器的发射光路为锐角设置。

b、将所述管状物内轮廓测量装置伸入被测管状物的管状内腔中，在控制系统的控制下，步进电机带动激光位置传感器做360°的周向步进式旋转，每旋转一个步进分度，由半导体激光器向被测管状物的内壁发射一个激光束，在被测管状物的内壁照射处即形成一个光点，该光点经成像透镜聚焦后，成像在受光元件上。

c、利用在受光元件上的光点成像位置及其位置偏差，计算出半导体激光器的发射头到测量面的距离D，激光位置传感器旋转360°，即得到所有步进分度内的半导体激光器发射头到被测管状物内腔的测量面之间的距离D_n。

d、将上述测量数据中相差为180°转角所对应的两个测量数据求和，即得到读数和B_n，设电机轴到半导体激光器的发射头之间的垂直距离为r，则B_n+2r即为被测管状物在该测量位置处对应截面上的一条弦的弦长L_n，所有弦长中的最大的一条弦长L_max经过或无限接近被测管状物在测量位置处对应截面上的圆心，该弦长L_max即认定为被测管状物在该测量位置处对应截面上的直径，并对应求出被测管状物在该测量位置处对应截面上的圆心。