管道內(nèi)表面三維形貌視覺檢測理論與技術(shù)研究

石油和石化工業(yè)為國民生產(chǎn)各行業(yè)提供能源和原材料，是保障國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。海上石油開發(fā)由于受到海水、海域環(huán)境的影響，和陸上石油用管道相比，管道腐蝕尤為嚴(yán)重。石油和石化管道內(nèi)表面的腐蝕檢測對于保證設(shè)備安全運(yùn)行、減少能源浪費(fèi)以及環(huán)境污染具有重要意義。激光視覺測量將激光技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)充分結(jié)合具有信息量大、測量效率高、精度好、非接觸以及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，被廣泛用于物體表面形貌、空間位置測量等許多在線測量的場合，因此將激光視覺檢測技術(shù)用于管道內(nèi)表面腐蝕和瑕疵的精確三維測量，并基于測量三維點(diǎn)進(jìn)行缺陷三維重構(gòu)可視化是當(dāng)今管道內(nèi)表面檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。本項(xiàng)目在已有相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、圖像處理技術(shù)和射影幾何理論，突破了受限空間管道內(nèi)表面檢測的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，搭建了小管徑管道內(nèi)表面激光視覺檢測系統(tǒng)。本項(xiàng)目圍繞激光視覺三維測量的理論和關(guān)鍵技術(shù)問題，針對小管徑管道內(nèi)表面激光視覺檢測的結(jié)構(gòu)模式、圖像特征提取、高精度校準(zhǔn)及三維重構(gòu)等理論和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。具體研究內(nèi)容如下： 1. 提出了管道內(nèi)表面激光視覺測量系統(tǒng)總體方案，確定了小口徑管道受限空間激光視覺傳感器的縱向結(jié)構(gòu)模式。 2 基于結(jié)構(gòu)光視覺和透視投影理論，建立了管道內(nèi)表面檢測激光視覺傳感器模型。 3 針對管道內(nèi)表面圓結(jié)構(gòu)光條特征，研究了管道內(nèi)表面圖像噪聲剔除方法以及亞像素圓結(jié)構(gòu)光條中心提取方法。 4 研究了基于平面靶標(biāo)和量值傳遞理論的圓結(jié)構(gòu)光標(biāo)定點(diǎn)獲取方法，設(shè)計(jì)了適于圓結(jié)構(gòu)光模式的平面靶標(biāo)，確定了標(biāo)定和測量同步進(jìn)行的測試方案。 5 搭建了基于圓結(jié)構(gòu)光的管道內(nèi)表面激光視覺測量系統(tǒng)，針對公稱直徑為80mm的工業(yè)管道，進(jìn)行了無缺陷和模擬缺陷的三維測量。 6. 研究了基于圓結(jié)構(gòu)光測量三維數(shù)據(jù)點(diǎn)的管道孔洞和凹凸缺陷檢測及三維重構(gòu)方法。 本項(xiàng)目突破了激光視覺管道內(nèi)表面檢測基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研制出小口徑管道內(nèi)表面腐蝕檢測樣機(jī)，為改善我國石油和石化管道腐蝕檢測技術(shù)落后和依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀提供了技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)了管道內(nèi)表面測量的可視化，為保證石油生產(chǎn)的安全高效做出了貢獻(xiàn)。 基于本項(xiàng)目開展的關(guān)鍵技術(shù)研究申請了國家發(fā)明專利三項(xiàng)，已授權(quán)一項(xiàng)。發(fā)表EI等收錄論文1篇，核心期刊收錄論文4篇，已投EI期刊待錄用文章2篇。已投SCI期刊論文一篇。 2100433B

本項(xiàng)目圍繞管道內(nèi)表面腐蝕激光視覺檢測，從理論方法、關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)裝置等方面開展系統(tǒng)深入研究，研制出滿足管道內(nèi)表面腐蝕激光視覺檢測的樣機(jī)，具體研究內(nèi)容為：建立激光視覺檢測管道內(nèi)表面三維測量模型，以及適于現(xiàn)場受限空間的視覺傳感器結(jié)構(gòu)模式，提出利用少數(shù)特征點(diǎn)獲取大量隱性特征點(diǎn)的方法，提出適于管道內(nèi)表面測量現(xiàn)場受限空間激光視覺傳感器校準(zhǔn)方法，并研制校準(zhǔn)裝置，提出圓激光光條圖像特征的高精度快速提取方法，構(gòu)建管道內(nèi)表面激光視覺檢測系統(tǒng)樣機(jī)，并對各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)價(jià)。本項(xiàng)目研究為管道內(nèi)表面腐蝕提供有效地檢測手段，為改善我國石油和石化管道腐蝕檢測技術(shù)的落后和依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀提供有力的技術(shù)支撐，為保證石油產(chǎn)品生產(chǎn)的安全高效做出貢獻(xiàn)。

《油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測理論與應(yīng)用》編著者黃松嶺。

本書系統(tǒng)論述了油氣管道缺陷漏磁內(nèi)檢測理論及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)、油氣管道內(nèi)檢測的意義及相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。全書共分7章，包括緒論、漏磁內(nèi)檢測原理及其影響因素分析、油氣管道內(nèi)檢測用傳感器設(shè)計(jì)、檢測信號(hào)處理方法、地面標(biāo)記方法、漏磁檢測缺陷量化和檢測數(shù)據(jù)分析專家系統(tǒng)。

本書內(nèi)容是作者10多年來理論和應(yīng)用研究成果的總結(jié)，可供電磁無損檢測相關(guān)技術(shù)和工程人員參考，也可作為無損檢測人員的資格培訓(xùn)和高等院校相關(guān)專業(yè)的參考教材。書中信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析專家系統(tǒng)方面的內(nèi)容對其他無損檢測開發(fā)人員也具有借鑒意義。

冷軋帶鋼的表面形貌是在冷軋平整過程中由軋輥毛化表面轉(zhuǎn)印形成的，對其沖壓、摩擦和涂鍍性能有重要影響。為掌握冷軋平整界面三維表面形貌轉(zhuǎn)印過程的特征與規(guī)律，本研究將首先采用圖像拼接與匹準(zhǔn)的技術(shù)完成軋輥、帶鋼接觸位置三維形貌的對應(yīng)性測量和比較，結(jié)合納米壓痕、劃痕實(shí)驗(yàn)，定量描述以微凸體壓入和犁溝耦合作用為基礎(chǔ)的三維形貌轉(zhuǎn)印機(jī)制。其次，將在低階應(yīng)變梯度塑性理論框架下，結(jié)合IF鋼宏、細(xì)觀力學(xué)實(shí)驗(yàn)建立能夠解釋形貌轉(zhuǎn)印過程中尺度效應(yīng)的基于細(xì)觀位錯(cuò)模型的材料本構(gòu)關(guān)系。最后，建立包含宏觀帶鋼基體塑性變形和細(xì)觀三維形貌轉(zhuǎn)印的多尺度有限元模型，對冷軋平整界面三維形貌轉(zhuǎn)印問題展開數(shù)值模擬，分析尺度效應(yīng)、毛化軋輥初始形貌和宏觀軋制工藝參數(shù)對形貌轉(zhuǎn)印過程的影響。該課題研究有助于揭示冷軋平整界面三維表面形貌的轉(zhuǎn)印機(jī)理，掌握尺度效應(yīng)下三維形貌的轉(zhuǎn)印規(guī)律，為高質(zhì)量冷軋面板表面形貌的控制奠定基礎(chǔ)。

冷軋帶鋼的表面形貌是在冷軋平整過程中由軋輥毛化表面轉(zhuǎn)印形成的，是冷軋帶鋼最重要的表面質(zhì)量指標(biāo)之一，對高檔汽車面板和家電面板的沖壓性能以及輥涂或噴涂后漆面與基體結(jié)合力有很大的影響。研究制定高質(zhì)量面板表面形貌的控制工藝方法是提高冷軋產(chǎn)品表面質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急，在研究冷軋、平整過程細(xì)觀表面形貌的轉(zhuǎn)印行為中，需要迫切解決的基本科學(xué)問題表現(xiàn)為：冷軋平整過程形貌轉(zhuǎn)印的機(jī)理問題，冷軋平整過程形貌轉(zhuǎn)印的尺度效應(yīng)問題，冷軋平整過程形貌轉(zhuǎn)印的跨尺度建模問題。為此，本研究首先采用圖像拼接與匹準(zhǔn)的技術(shù)完成了軋輥、帶鋼接觸位置三維形貌的對應(yīng)性測量和比較。其次，在低階應(yīng)變梯度塑性理論框架下，結(jié)合IF鋼宏、細(xì)觀力學(xué)實(shí)驗(yàn)建立了能夠解釋形貌轉(zhuǎn)印過程中尺度效應(yīng)的基于細(xì)觀位錯(cuò)模型的材料本構(gòu)關(guān)系。最后，建立了包含宏觀帶鋼基體塑性變形和細(xì)觀三維形貌轉(zhuǎn)印的多尺度有限元模型，對冷軋平整界面三維形貌轉(zhuǎn)印問題展開數(shù)值模擬，分析尺度效應(yīng)、毛化軋輥初始形貌和宏觀軋制工藝參數(shù)對形貌轉(zhuǎn)印過程的影響。該課題通過對三維形貌轉(zhuǎn)印現(xiàn)象、機(jī)理、建模的深入系統(tǒng)研究，總結(jié)了尺度效應(yīng)下三維形貌的轉(zhuǎn)印規(guī)律，為高質(zhì)量冷軋面板表面形貌的控制奠定基礎(chǔ)。本課題側(cè)重理論研究與實(shí)際應(yīng)用的融合，在項(xiàng)目開展過程中，在跟蹤測量實(shí)際生產(chǎn)中帶鋼表面形貌的基礎(chǔ)上，分析了復(fù)印形成的帶鋼表面形貌的特征及規(guī)律，建立了軋輥處于不同磨損情況下油膜厚度與粗糙度復(fù)印率的關(guān)系，最終提出了冷軋成品帶鋼表面粗糙度的控制策略。為合作單位高質(zhì)量汽車面板的生產(chǎn)提供了指導(dǎo)作用，帶來顯著技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，具有向其他生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行推廣的價(jià)值潛力。 2100433B