[發明專利]內腔結構原位三維測量系統及方法

有效

• 申請號: 202011210828.1
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112393693B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 王樾之;謝廣平;翟梓融
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G02B27/30
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 徐秋平

本發明提供一種內腔結構原位三維測量系統及方法，所述內腔結構原位三維測量系統包括：準直激光光源發射裝置，用于發射平行的激光光束；環形光產生裝置，用于根據所述激光光束產生沿光軸等間隔分布的多路平行環形光，以在待檢測的內腔結構中同時產生多個內輪廓光學截面；成像裝置，用于對所述內輪廓光學截面進行成像，以實現對所述待檢測的內腔結構進行三維測量。本發明實現了對內腔結構多個輪廓截面的同時掃描與測量，解決了常規三維掃描設備的實現原位測量的困難、可達性、對環境振動敏感、測量效率低等問題。

技術領域

本發明屬于光學測量的技術領域，涉及一種內腔結構的測量方法，特別是涉及一種內腔結構原位三維測量系統及方法。

背景技術

目前，各種內腔結構的缺陷檢測多種多樣。燃氣管道、地下污水管道、各種服役設備、如水電、燃氣輪機、航空發動機、火炮膛線等所包含的大量類似的內腔結構的疲勞損傷、腐蝕脫落、裂紋等缺陷的原位檢測是一個需重點解決的社會問題，快速便捷與原位實現檢測這類管道的內輪廓，及時了解關鍵尺寸、缺陷生長等情況非常有助于防止事故的發生。另外，在汽車工業、航空工業、兵器工業等應用領域，對于零件復雜內部輪廓特征的檢驗尤為重要，如汽車行業對于檢查發動機缸體以及其他鑄件的內表面檢測、航空工業對于發動機喉道內輪廓的精密測量、兵器工業對于炮膛結構的檢測等。醫學上對氣管、腸胃等人體器官內部輪廓的檢查等也有很大的需求。迄今為止使用較多的測量方式為接觸式的測量，測量過程中對探針以及測量物件有不同程度的損傷并且測量效率遠遠不能滿足要求。光學測量方式如工業內窺鏡，可以對裂紋的長度以及面積做精確測量，但是對于三維內輪廓的構建仍存在局限性。利用旋轉鏡或者棱鏡掃描內部輪廓可以滿足快速提取輪廓信息，但是存在對測量環境要求高、測量可達性差、測量效率低，并且缺乏對于復雜內部表面測量的能力。

因此，如何提供一種內腔結構原位三維測量系統及方法，以解決現有技術無法在內腔結構的三維測量中提高測量的可達性與效率、并降低測量對環境振動的敏感度等缺陷，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種內腔結構原位三維測量系統及方法，用于解決現有技術無法在內腔結構的原位三維測量中提高測量的可達性與效率、并降低測量對環境振動的敏感度的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明一方面提供一種內腔結構原位三維測量系統，所述內腔結構原位三維測量系統包括：準直激光光源發射裝置，用于發射平行的激光光束；環形光產生裝置，用于根據所述激光光束產生沿光軸等間隔分布的多路平行環形光，以在待檢測的內腔結構中同時產生多個內輪廓光學截面；成像裝置，用于對所述內輪廓光學截面進行成像，以實現對所述待檢測的內腔結構進行三維測量。

于本發明的一實施例中，所述環形光產生裝置包括：錐面反射鏡，用于將所述激光光束轉換為單環的環形光源；環形光柵，用于對所述單環的環形光源進行衍射分光，產生等光強輸出的多環的環形光源；環形透鏡，用于對所述多環的環形光源進行準直，產生所述多路平行環形光。

于本發明的一實施例中，所述環形透鏡包括環透鏡陣列和環柱透鏡的至少一種；所述環透鏡陣列是指于管狀結構上進行開孔，于所開的孔中設置透鏡。

于本發明的一實施例中，所述準直激光光源發射裝置包括：激光發射器，用于發射激光光束；擴束器，用于對所述激光光束進行光束發散，以擴大所述激光光束的直徑。

于本發明的一實施例中，所述成像裝置為CCD成像系統；所述CCD成像系統用于對多個所述內輪廓光學截面進行成像。

于本發明的一實施例中，所述內腔結構原位三維測量系統還包括：圖像分析裝置，與所述成像裝置連接，用于對所述內輪廓光學截面成像后的圖像進行尺寸測量與缺陷分析。