一种管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置

技术领域

本发明涉及管道测量技术领域，特别涉及一种管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置。

背景技术

油气管道、化学管道、炮管等管道设备在工作条件下会产生内径扩大、内壁产生裂纹和磨损等缺陷，在生产运维过程中对管道内部质量状况进行检测是非常必要的，测量管道内径变化以及测量管道内壁表面缺陷是检测中的两项重要内容。现有技术中检测仪器大多只针对一个方面进行检测，或测量管道内径，或测量管道内壁表面缺陷，若需要同时获取管道内径数据和管道内壁成像，则需要使用不同仪器进行多次检测，检测效率低，操作过程繁琐，无法满足快速准确的检测要求。此外，现有检测仪器测头多为悬臂式，在管道中前进时仪器振动幅度较大，整体结构较不稳定，影响检测结果。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置，该装置可同时或分别进行管道内径三维测量和管道内壁表面缺陷检测，并且在装置前进过程中能够保持稳定。

为实现上述技术方案，本发明所采用的方案是：

一种管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置，包括复合传感模块、旋转与平移运动机构、支撑机构和定位装置；

所述支撑机构包括前支撑机构和后支撑机构；所述旋转与平移运动机构一端与前支撑机构连接，另一端与复合传感模块连接，复合传感模块另一端与后支撑机构连接，后支撑机构连接所述定位装置；

所述旋转与平移运动机构驱动复合传感模块周向旋转及轴向平移，所述复合传感模块包括投影与成像模组。

作为本发明的进一步改进，所述投影与成像模组包括投影模组和成像模组，投影模组用于根据检测需求发射出测量条纹或作为光源均匀照亮内壁，成像模组通过配合投影模组投射的测量条纹并基于结构光三维测量原理实现内壁轮廓的三维测量，通过对管道内壁成像实现内壁表面缺陷检测。

作为本发明的进一步改进，所述复合传感模块还包括第一安装连接模组和第二安装连接模组；所述投影与成像模组两端分别与第一安装连接模组、第二安装连接模组连接，第一安装连接模组、第二安装连接模组分别连接所述旋转与平移运动机构和后支撑机构。

作为本发明的进一步改进，所述旋转与平移运动机构包括旋转电机和推进杆，旋转电机一端与前支撑机构固定连接，另一端输出轴与安装连接模组连接；推进杆安装在后支撑机构后端，并穿过定位装置与外部动力连接。

作为本发明的进一步改进，所述定位装置包括手环、伸缩臂和壳体；伸缩臂呈L形，伸缩臂一边设有齿条，安装在壳体内，另一边设有定位弧；手环为中空结构，中部有齿轮结构，伸缩臂与伸缩臂的齿条啮合调节伸缩臂径向伸缩长度，手环套装在推进杆上。

作为本发明的进一步改进，所述前支撑机构包括第一连接筒、第一弹簧、第一齿条套、第一连接座、第一支撑座和第一支撑爪组件；第一连接筒为中空结构，第一筒外安装有齿条套和第一弹簧，第一齿条套和第一弹簧外部安装有第一支撑座，第一支撑座周向设置有相同的第一支撑爪组件，第一支撑爪组件与第一支撑座铰接并齿条套与第一弹簧配合控制开合角度。

作为本发明的进一步改进，所述第一连接筒一端设置有第一螺帽，用于对第一弹簧和第一齿条进行轴向固定；第一连接筒另一端设有第一连接座，用于连接旋转与平移运动机构。

作为本发明的进一步改进，所述后支撑机构包括第二连接筒、第二弹簧、第二齿条套、第二连接座、第二支撑座和第二支撑爪组件；第二连接筒为中空结构，第二筒外安装有齿条套和第二弹簧，第二齿条套和第二弹簧外部安装有第二支撑座，第二支撑座周向设置有相同的第二支撑爪组件，第二支撑爪组件与第二支撑座铰接并齿条套与第二弹簧配合控制开合角度。

作为本发明的进一步改进，所述第二连接筒一端设置有第二螺帽，用于对第二弹簧和第二齿条进行轴向固定；第二连接筒另一端设有第二连接座，用于连接复合传感模块。

作为本发明的进一步改进，所述第一支撑爪组件和第二支撑爪组件均包括爪体、螺栓钉和滚轮，爪体一端与第一支撑座或第二支撑座通过滚轴铰接且与齿条套啮合，另一端为Y字型且用螺栓钉铰接有滚轮。

本发明的有益效果是：

本发明一种管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置，包括复合传感模块、旋转与平移运动机构、支撑机构和定位装置；所述复合传感模块由投影与成像模组与安装连接模组组成，通过前后两个安装台分别与旋转电机和后支撑机构连接，由旋转电机带动旋转，实现管道内径和内壁表面缺陷的复合测量；测量装置可以根据检测要求，同时或分别测量管道内径和管道内壁表面缺陷，可满足实际多种检测需求，提高了检测效率，且具有精度高、使用方便、稳定性好等优点。所述的管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置可以根据检测要求，同时或分别测量管道内径和管道内壁表面缺陷，可满足多种检测需求，提高检测效率，且具有精度高、使用方便、稳定性好等优点。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：

图1是本发明的正视图。

图2是本发明优选实施例的管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置结构示意图。

图中：1、第一支撑座；2、第一螺栓；3、投影与成像模组；4、伸缩臂； 5、第一安装连接模组；6、轴承；7、第二支撑座；8、螺栓钉；9、爪体；10、壳体；11、手环；12、推进杆；13、第二螺帽；14、第二连接筒；15、第二弹簧；16、滚轮；17、第二连接座；18、第二螺栓；19、第二齿条套；20、第二安装连接模组；21、第一连接座；22、旋转电机；23、第一齿条套；24、滚轴； 25、第一连接筒；26、第一螺帽；27、第一弹簧。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1-图2，一种管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置，包括复合传感模块300、旋转与平移运动机构200、支撑机构和定位装置500；

所述支撑机构包括前支撑机构100和后支撑机构400；所述旋转与平移运动机构200一端与前支撑机构100连接，另一端与复合传感模块300连接，复合传感模块300另一端与后支撑机构400连接，后支撑机构400连接所述定位装置500；

所述旋转与平移运动机构200驱动复合传感模块300周向旋转及轴向平移，所述复合传感模块300包括投影与成像模组3。

测量装置可以根据检测要求，同时或分别测量管道内径和管道内壁表面缺陷，可满足实际多种检测需求，提高了检测效率，且具有精度高、使用方便、稳定性好等优点。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。

下面结合附图和具体实施方式对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例或者附图用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，所述复合传感模块300由投影与成像模组3与安装连接模组5、20组成，通过前后两个安装台分别与旋转电机22和后支撑机构400 连接，由旋转电机22带动旋转，实现管道内径和内壁表面缺陷的复合测量；支撑机构包括前支撑机构100和后支撑机构400，前支撑机构100由前连接座 21与旋转电机22固定连接，后支撑机构400一端由后连接座17与复合传感模块300连接，另一端由后螺帽13与定位装置500固定连接。

所述投影与成像模组3包括投影模组和成像模组，投影模组3用于根据检测需求发射出测量条纹或作为光源均匀照亮内壁，成像模组3通过配合投影模组投射的测量条纹并基于结构光三维测量原理实现内壁轮廓的三维测量，通过对管道内壁成像实现内壁表面缺陷检测。

所述复合传感模块300包括投影与成像模组3以及安装连接模组5、20，安装连接模组分别与旋转电机22和后支撑机构400连接；投影模组3可根据检测需求发射出测量条纹或作为光源均匀照亮内壁，成像模组3通过配合投影模组投射的测量条纹并基于结构光三维测量原理实现内壁轮廓的三维测量，通过对管道内壁成像实现内壁表面缺陷检测。所述投影与成像模组3两端分别与第一安装连接模组5、第二安装连接模组20连接，第一安装连接模组5、第二安装连接模组20分别连接所述旋转与平移运动机构200和后支撑机构400。

所述支撑机构包括前支撑机构100和后支撑机构400，前、后两支撑机构结构类似，包括螺帽13、26、连接筒14、25、弹簧15、27、齿条套19、23、连接座17、21、支撑座1、7和3个支撑爪组件，连接筒14、25为中空结构，筒外安装有齿条套19、23和弹簧15、27，齿条套19、23和弹簧15、27外部安装有支撑座1、7，支撑座1、7周向均布有3个相同的支撑爪组件并与支撑座1、7铰接，齿条套19、23与弹簧15、27配合可控制支撑爪组件的开合角度，支撑爪组件轴向滚动时弹簧15、27可对其进行缓冲；螺帽13、26固定连接在连接筒14、25一端，对弹簧15、27和齿条19、23进行轴向固定；连接筒14、25另一端设有连接座17、21，前连接座21与旋转电机22固定连接，后连接座17与测头安装连接模组5连接。

具体的结构说明如下：

所述前支撑机构100包括第一连接筒25、第一弹簧27、第一齿条套23、第一连接座17、21、第一支撑座1和第一支撑爪组件；第一连接筒25为中空结构，第一筒外安装有齿条套23和第一弹簧27，第一齿条套23和第一弹簧 27外部安装有第一支撑座1，第一支撑座1周向设置有相同的第一支撑爪组件，第一支撑爪组件与第一支撑座1铰接并齿条套23与第一弹簧27配合控制开合角度。所述第一连接筒25一端设置有第一螺帽26，用于对第一弹簧27和第一齿条23进行轴向固定；第一连接筒25另一端设有第一连接座21，用于连接旋转与平移运动机构200。

所述后支撑机构400包括第二连接筒14、第二弹簧15、第二齿条套19、第二连接座17、第二支撑座7和第二支撑爪组件；第二连接筒14为中空结构，第二筒外安装有齿条套19和第二弹簧15，第二齿条套19和第二弹簧15外部安装有第二支撑座7，第二支撑座7周向设置有相同的第二支撑爪组件，第二支撑爪组件与第二支撑座7铰接并齿条套19与第二弹簧15配合控制开合角度。

所述第二连接筒14一端设置有第二螺帽13，用于对第二弹簧15和第二齿条19进行轴向固定；第二连接筒14另一端设有第二连接座17，用于连接复合传感模块300。

所述旋转与平移运动机构200包括旋转电机22和推进杆12，旋转电机22 一端与前支撑机构100固定连接，输出轴与安装连接模组20连接，带动整个复合成像模块旋转；推进杆12安装在后支撑机构400后端，与外部动力连接，实现装置的轴向进给运动。

所述的支撑爪组件包括爪体9、螺栓钉8和滚轮16，爪体9一端与前后支撑座1、7通过滚轴24铰接且与齿条套啮合，另一端为Y字型，用螺栓钉8将滚轮与其铰接。

所述定位装置500包括手环11、伸缩臂4和壳体10；伸缩臂呈L形，一边设有齿条，安装在壳体19内，另一边设有定位弧；手环11为中空结构，中部有齿轮结构，与伸缩臂4的齿条啮合可调节伸缩臂4径向伸缩长度，手环4 套装在推进杆12上。

结合附图，本发明的使用方法如下：

所述管道内径与内壁表面缺陷复合测量装置，测量前，将装置从前螺帽一端送进管道内，旋转定位装置500上的手环，调节伸缩臂的径向长度，使得定位弧与管道端面贴合，保持装置不动，对其进行零位校准；校准完毕后，在控制计算机上设置测量项目，或测量管道内径，或测量管道内壁表面缺陷，或同时进行；测量时，旋转电机带动复合传感模块300在管道内旋转，扫描、拍摄完管道内一周后，测量装置在外部驱动的作用下作轴向进给，到达下一位置再重复周向旋转运动，如此往复，直到测量结束。

本发明适用于管道设备内径与内壁表面缺陷的复合测量。在生产运维中，可根据检测需求，同时或分别进行管道内径三维测量和管道内壁表面缺陷检测。油气管道、化学管道、炮管等管道设备在工作条件下会产生内径扩大、内壁产生裂纹和磨损等缺陷，在生产运维过程中对管道内部质量状况进行检测是非常必要的，测量管道内径变化以及测量管道内壁表面缺陷是检测中的两项重要内容。现有技术中检测仪器大多只针对一个方面进行检测，若要同时检测管道内径和内壁表面缺陷，则需要使用不同仪器进行多次检测，检测效率低，操作过程繁琐，无法满足快速准确的检测要求。本发明可同时获取管道内径数据和管道内壁成像，操作简单，可大幅度提高检测效率。本发明为检测技术从单一项目的低效率检测往多项目复合的高效率检测发展提供了一种可行的思路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。