一种内壁表面缺陷图像采集装置制造方法
【专利摘要】一种内壁表面缺陷图像采集装置，应用于直管内壁表面裂纹等缺陷的无损检测。它采用伺服电机带动工业相机对内壁表面进行光学图像采集，定位机构由两个对称平行配置的锁紧气缸和安装在三级气缸托架上的三级气缸组成，可实现光学探头高度及伸缩长度的自由调整。其中，升降机构采用的锁紧气缸，可以在升降过程中任意位置锁停，锁紧气缸安装固定在移动车体上。静音气泵作为气源，放置在移动车体气泵柜中。三级气缸托架上还安装有数字激光测距仪，用于检测三级气缸伸出行程，并将行程反馈到数控装置，实现图像采集位置的标定。工控机通过PCI总线扩展槽插入可编程运动控制卡，实现伺服系统及开关量的控制，并且同显示器、控制盒配置在气泵柜上的平台上。
【专利说明】一种内壁表面缺陷图像采集装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种内壁表面缺陷图像采集装置，更具体地应用于内壁裂纹的无损检测，属于机械设计、机电一体化领域。
【背景技术】
[0002]内窥检测是一种重要的无损检测技术，可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观测，可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测，目前已广泛应用于汽车、航空发动机、推进剂药柱、管道等设备的检测与维护中，相对于其他无损检测技术，内窥检测具有直观、高效、易于操作等特点，能够对内部缺陷的位置和性质进行实时地监测、记录、贮存和图象分析。
[0003]随着数字图像处理技术的日益成熟，内窥检测技术在内壁表面裂纹的检测、识别与测量中取得了较好的效果。近年来，国内外许多学者也已经对内窥检测系统进行了广泛而深入的研究。如:Paul W.Fieguth设计的地下管道表面裂纹检测系统；官颂等人设计的航空发动机智能内窥故障诊断系统等；张晓春等人设计的基于计算机图像识别的表面裂纹检测系统等。
[0004]但是，目前许多内窥检测的应用自动化程度很低，在对目标区域进行检测的过程中，很大部分要依赖人的手动操作来将内窥探头伸入到指定位置；其次，对于长直内壁检测，很多内窥设备的作用仅局限于伸入被测物内部进行简单观察，不能有效的对目标内壁进行精确定位图像采集，并且长时间的目视观测还容易使检测人员感到疲劳；最后，对于采集较长的的直管内壁图像时，硬管内窥镜的长度一般不能满足要求。
[0005]本实用新型提供一种内壁表面缺陷图像采集系统，是专门研制开发出的一种使用简便、持久耐用、性能可靠的内壁缺陷光学无损检测设备，用以替代目前我国通过外部光源人工肉眼观测或人工使用内窥镜观测内壁表面缺陷的落后手段，该设备能够对直管内壁表面进行高精度的自动图像采集，为后续缺陷图像处理以及裂纹特征的提取和测量创造条件。
实用新型内容
[0006]为了克服内窥检测设备自动化程度低以及不能满足对距离较长的直管内壁进行图像采集等缺点，本实用新型提供一种内壁表面缺陷图像采集装置，该设备能自动控制和调整光学探头-工业相机的高度、伸缩长度和旋转角度来完成对长直内壁表面缺陷的观察或自动图像采集。
[0007]—种内壁表面缺陷图像采集装置，其特征在于，该内壁图像采集装置由工业相机、伺服电机、三级气缸、锁紧气缸、气缸托架、静音气泵、工控机、控制盒和移动车体组成，其中，工业相机安装在相机固定架上，相机固定架利用平键与短轴连接，短轴再通过联轴器与伺服电机相连；伺服电机固定在伺服电机安装架上，并通过螺纹连接在三级气缸气缸杆的前端；三级气缸安装在三级气缸托架上，三级气缸托架的升降机构由两个对称平行配置的锁紧气缸组成；锁紧气缸的气缸杆通过气缸连接辅件连接在三级气缸托架底部，锁紧气缸尾部则安装固定在移动车体上；锁紧气缸由静音气泵作为气源，静音气泵放置在移动车体的气泵柜中；三级气缸托架上还安装有光学测距检测装置-激光测距仪；作为控制部分的工控机和可编程运动控制卡以及伺服驱动器、控制盒配置在气泵柜上。
[0008]在工控机主板的PCI总线扩展槽上插入可编程运动控制卡，工控机的CPU与可编程运动控制卡的CPU构成主从式双微处理器结构，工控机与可编程运动控制卡之间通过PCI总线实现实时通信。
[0009]本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:该内壁表面缺陷图像采集装置采用了工控机，可编程运动控制卡，伺服驱动器，交流伺服电机及编码器，锁紧气缸，三级气缸，静音气泵，激光测距仪和工业相机等组成硬件平台。其中，三级气缸装在三级气缸托架上，三级气缸托架由两个同步升降、对称平行配置的锁紧气缸作为升降机构，可以以自动或手动模式调整工作台的高度并且能够在升降过程中锁停住任意位置。这两个锁紧气缸的气缸杆利用气缸连接辅件同三级气缸托架底部相连接，尾部则安装固定在移动车体上。工业相机安装于相机固定架上，相机固定架通过短轴及联轴器与伺服电机相连接。伺服电机固定在伺服电机安装架上，伺服电机安装架又通过螺纹连接安装在三级气缸的气缸杆前端。在伺服电机的驱动下工业相机可以进行360度旋转，并在工控机的控制下可以进行实时图像或视频采集。三级气缸和锁紧气缸由静音气泵作为气源，静音气泵放置在移动车体后端的气泵柜中，除作为气源外，还起到了一定的配重作用。此外，三级气缸托架上还安装有数字激光测距仪，用于检测三级气缸伸出行程，并将行程反馈到数控装置，可用于图像采集位置的标定。作为控制部分的工控机和插入其内部的可编程运动控制卡，以及显示器、控制盒配置在气泵柜上的平台上。整个装置配置在移动车体上，移动车体的底部安装有万向轮和支撑脚，可以实现自由移动，并且在图像采集时升起支撑脚，可保障工作平台的水平性和稳定性。
[0010]本实用新型与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果:本实用新型具有结构简单、性能可靠、自动化程度高、容易操作等特点，可以自动调整光学探头的高度和伸缩长度来完成长直内壁表面的图像采集或常规性观察，特别是对于硬性内窥镜不能满足长度要求的较长的直管内壁，本装置也能够有效地对其进行观测和图像采集。另外，该装置采用工控机和可编程运动控制卡作为控制系统，与伺服系统构成半闭环结构，定位精度高，可实现内壁图像的精确定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0012]图1是本实用新型内壁表面缺陷图像采集装置的结构简图。
[0013]图2是内壁表面缺陷图像采集装置的三维装配示意图。
[0014]图3是图2中光学组件放大图。
[0015]图中1.工业相机，2.三级气缸，3.激光测距仪，4.控制盒，5.工控机，6.伺服电机，7.三级气缸托架，8.气缸连接辅件，9.锁紧气缸，10.支撑脚，11.移动车体，12.静音气泵，13.短轴，14.联轴器，15.伺服电机安装架，16.相机固定架。【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0017]实施例1:
[0018]本实施例采用工控机5+可编程运动控制卡的控制方式，在工控机主板的PCI总线扩展槽上插入MIN1-PMAC型可编程运动控制卡。工控机5的CPU与可编程运动控制卡的CPU构成主从式双微处理器结构，工控机5与可编程运动控制卡之间通过PCI总线实现实时通信。上级工控机5主要完成系统的管理，下级可编程运动控制卡主要完成伺服控制及实时性任务处理，根据上位机的要求发送指令给伺服驱动器，进而驱动伺服电机6实现进给轴的运动控制，同时检测装置-编码器不断地检测伺服电机6的实际位置，并实时地将检测信号反馈回可编程运动控制卡，构成半闭环伺服系统，从而使光学组件精确定位采集图像。可编程运动控制卡内置的PLC经I/O接口板连接控制盒4和强电部分，实现开关量输入/输出逻辑控制，其中包括控制三级气缸2及锁紧气缸9的伸、缩和任意位置停止。其中，作为控制部分的工控机5和插入其内部的可编程运动控制卡以及显示器、控制盒4等配置在气泵柜上的平台上。
[0019]工业相机I安装在相机固定架16上，由一个伺服电机6通过短轴13和联轴器14连接实现旋转驱动，工业相机探头在伺服电机驱动下可以绕内壁的中轴线作360度空间旋转，实现实时图像采集。驱动工业相机旋转的伺服电机6通过伺服电机安装架15安装在三级气缸2气缸杆的前端。三级气缸安装在三级气缸托架7上，三级气缸托架的升降机构由两个同步升降、对称平行配置的锁紧气缸9组成，通过控制盒4按钮可以调整三级气缸工作平台的高度，并且能够在升降过程中稳定锁停住任意位置。锁紧气缸9的气缸杆端部通过气缸连接辅件8连接在三级气缸托架7底部，尾部则安装在移动车体11上。上述气缸由静音气泵12作为气源，采用双向速度调节及位置控制回路控制伸缩。静音气泵放置在移动车体11后端的气泵柜中，除作为气源外，还起到了一定的配重作用。三级气缸托架上7还安装有光学测距检测装置-激光测距仪3，用于检测三级气缸伸出行程，并将行程反馈到数控装置，实现图像采集位置的标定。
[0020]整个图像采集装置安装在移动车体11上，移动车体的底部安装有万向轮和支撑脚10，并且后轮带有锁紧装置。人工推动移动车体11到合适的位置后，螺旋升起移动车体底部四角的支撑脚10以保持工作平台水平稳定。按动控制盒4上的升降按钮或在工控机5主控界面参数设定目标升降高度，将三级气缸2工作平台调整到要采集的直管内壁的中心轴位置，之后，工控机按事先编好的运动程序自动控制三级气缸伸缩。三级气缸每走一个步距则停止，然后，伺服电机6带动工业相机I旋转对内壁进行图像采集，并将所采集的图像传回到计算机内。待360度采集完此定长步距的断面后，三级气缸2继续向前伸缩一个步距，然后重复进行360度这一步距的断面图像扫描采集，反复如此，直到完成直管内壁全部表面光学扫描图像采集。在采集的过程中，图像将陆续传输存贮进计算机。
[0021]后续可以将所采集出的内壁图像利用图像处理与识别软件对其处理，为质量检测人员标注出内壁表面存在的缺陷的位置和特征信息。
【权利要求】
1.一种内壁表面缺陷图像采集装置，其特征在于，该内壁图像采集装置由工业相机、伺服电机、三级气缸、锁紧气缸、气缸托架、静音气泵、工控机、控制盒和移动车体组成，其中，工业相机安装在相机固定架上，相机固定架利用平键与短轴连接，短轴再通过联轴器与伺服电机相连；伺服电机固定在伺服电机安装架上，并通过螺纹连接在三级气缸气缸杆的前端；三级气缸安装在三级气缸托架上，三级气缸托架的升降机构由两个对称平行配置的锁紧气缸组成；锁紧气缸的气缸杆通过气缸连接辅件连接在三级气缸托架底部，锁紧气缸尾部则安装固定在移动车体上；锁紧气缸由静音气泵作为气源，静音气泵放置在移动车体的气泵柜中；三级气缸托架上还安装有光学测距检测装置-激光测距仪；作为控制部分的工控机和可编程运动控制卡以及伺服驱动器、控制盒配置在气泵柜上。
2.根据权利要求1所述的内壁表面缺陷图像采集装置，其特征是:在工控机主板的PCI总线扩展槽上插入可编程运动控制卡，工控机的CPU与可编程运动控制卡的CPU构成主从式双微处理器结构，工控机与可编程运动控制卡之间通过PCI总线实现实时通信。
【文档编号】G01N21/954GK203385680SQ201320384117
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年6月30日 优先权日:2013年6月30日
【发明者】范晋伟, 谭福涛, 梁晓霞, 郑德荣, 王志远 申请人:北京工业大学