微细管道管内缺陷及形貌测量新方法研究

针对现有微细管道管内缺陷及形貌测量方法的不足和应用局限性，将视觉检测、摄影测量及工业机器人技术相结合，围绕微细管道管内缺陷及形貌的非接触、自动检测，以及基于工业机器人的高精度、柔性测量提出新的解决思路。① 突破传感器内置的传统工作模式，提出外部光源导入、内部图像导出新方法，深入研究全景成像及传输光学系统、新型照明光源系统优化设计方法，以及微细管道全景图像信息处理技术，以实现微细管道管内缺陷及形貌的非接触、自动测量。② 将工业机器人技术引入微细管道精密测量应用领域，基于摄影测量深入研究与机器人自身定位精度无关的全局空间定位方法与技术；突破传统相机校准思路，提出采用纯光学方法精确模拟相机成像过程，从原理上研究定位测量相机精确校准新方法，以实现混流共线产品中微细管道管内缺陷及形貌的高精度、柔性测量。本项目将为解决现代工业产品中微细管道管内缺陷及形貌的柔性、在线测量提供新的理论支持和技术途径。

针对现有测量方法存在的不足和应用局限性，将视觉检测、摄影测量及工业机器人技术相结合，围绕微细管道管内缺陷及形貌非接触、自动检测，以及基于工业机器人的高精度、柔性测量提出了一系列新的解决思路和方法。在基于外部光源导入、内部图像导出微细管道管内缺陷及形貌测量技术方面：1）突破传感器内置的传统工作模式，提出了外部光源导入、内部图像导出测量新方案。2）采用高保真、高透光性聚碳酸酯光学材料和360°锥镜结构，设计并制作了全景成像及传输光学部件——视像管（45°光源耦合角，7mm直径，100mm长度）。3）采用8W大功率白光LED，基于TPS61165芯片、PWM调节方式和PID算法优化设计了自适应照明光源系统。4）基于hough圆变换方法进行了全景图像中心点的提取，并基于反向映射理论，研究了最邻近插值和双线性插值两种展开算法，实现了全景成像的环形区域展开及拼接。5）对视像管与被测管道之间非对准所引起的测量误差进行了分析，设计了实现视像管中心轴线与待测管道中心轴线重合的两步姿态调整法，该对中调整方法对测量结果的影响小于2%。在基于工业机器人和摄影测量的柔性、在线、高精度测量技术方面：1）基于摄影测量研究了与机器人自身定位精度无关的全局空间定位方法，采用IR LED为全局控制标记，通过合理的图像处理及定位补偿算法，实现了0.01 Pixel的定位精度。2）采用纯光学方法模拟相机成像过程，研究了定位测量相机精确校准新方法，实现了角秒级别非参数模型相机校准。3）基于激光跟踪仪实现了测量系统的对中调整，同时基于图像畸变率，开展了非对中测量误差补偿技术研究，改善了固定式及柔性测量系统中非对中引起的测量误差，提升了系统的实用化。在样机系统建立及测试方面：以光学固定平台或工业机器人柔性运动平台为基础，结合由视像管、光源、镜头、相机等构成的成像及光信息传输系统，由电控位移导轨、旋转台及倾斜台组建的姿态调整机构，分别构建了固定式及柔性微细管道管内缺陷测量两套样机系统，完成了相关测量及控制软件，实现了10mm内径、100mm孔深微细管道中0.6mm、0.8mm及1.0mm尺寸大小的缺陷检测，误差补偿后，固定式测量系统测量精度可达20um，柔性测量系统测量精度为30um。本项目为解决现代工业产品中微细管道管内缺陷及形貌的柔性、在线测量提供了新的理论支持和技术途径。