一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法、系统及设备

1.本发明涉及管体检测技术领域，特别是涉及一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法、系统及设备。


背景技术：

2.火炮是现代战争里最常见的武器，一支军队拥有的火力是否强大，与火炮的质量密不可分。现代火炮研发和生产对于材料、工艺有着极为严苛的标准与要求。特别是火炮的关键部位炮管，由于需要大量使用碳镍铬铂系合金钢材料，加上炮用钢材的冶炼加工十分复杂，需要充分考虑抗高温、抗高压、抗磨损等各个技术环节。
3.在炮管生产完成后，需要对炮管性能进行检测，以确保炮弹可以安全准确发射。而在炮管投入使用后，由于炮弹发射产生的高温、高速、高压等环境条件，会对炮管造成不同程度的磨损。因此，对于炮管内径的椭圆度、内壁的磨损程度及身管实际内径的检测显得尤为重要。
4.由此延伸的管体检测中，一般采用手动测量、扫描测量或成像测量。手动测量的精确度低且难以对管壁进行全面测量。现有的扫描测量方法由于难以对管体中心轴进行定位，不能直接测量管体的内径，难以对管壁的实际状况进行精确的检测。成像测量一般通过采集图像或视频，而后对图像或视频进行肉眼观察或图像识别。然而由于管体内壁颜色几乎一致，难以精确鉴别，因此难以对管壁的不平滑度以及管体内径进行检测。现有的管壁磨损检测方法仍存在精度低、效率低的问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有的管壁磨损检测的精确度低、效率低的问题，提供一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法、系统和装置。
6.本发明采用以下技术方案实现：一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法包括如下步骤：
7.s1：检测仪移动至初始检测位置，进而根据一个预设的测距转角在待测管体内旋转。检测仪每旋转一个测距转角后，通过发射激光并接收激光回波信号测量其自身与管体内壁的间距。检测仪自转一周后，根据一个预设的平移量在待测管体内平移。在检测过程中，检测仪的激光发射方向始终与待测管体的中心轴垂直。其中，测距转角根据待测管体的标准口径在一个转换表中获取。转换表用于表征待测管体的标准内径与测距转角的映射关系。
8.s2：根据检测仪的旋转半径和多个间距计算管体在当前深度位置的实际内径。深度为检测仪所处位置相对于初始检测位置沿管体轴向的距离。
9.s3：判断实际内径是否超出一个预设的内径范围，是则输出不合格信号。否则根据间距和实际内径计算每个间距对应的虚拟半径，进行s4。
10.s4：判断虚拟半径是否超出一个预设的半径范围，是则输出不合格信号。否则计算
虚拟半径的变化率一，进行s5。
11.s5：判断变化率一是否超出一个预设的阈值范围一，是则输出不合格信号。否则继续判断是否完成测量，若完成测量，则进行s6。否则返回s1。
12.s6：根据检测仪在不同深度测量的多个实际内径计算实际内径的变化率二。判断变化率二是否超出一个预设的阈值范围二，是输出不合格信号。否则进行s7。
13.s7：根据具有相同角度偏移量的多个虚拟半径计算在每一角度偏移量上的虚拟半径的变化率三。判断变化率三是否超出一个预设的阈值范围三，是则输出不合格信号。否则输出合格信号。其中，角度偏移量为在测量相应的间距时，检测仪的激光发射方向与初始激光发射方向的夹角。
14.上述检测方法通过分别在管体不同深度采集多个间距数据，进而计算管体内每个检测深度处的管体内径和虚拟半径，判断管体内径和虚拟半径是否处于预设的阈值范围内，进而根据判断结果输出合格信号或不合格信号。本发明综合考虑管壁磨损检测的精确度和检测效率，在采用最少测量次数的条件下，保持管体内壁的测量精度，同时通过计算管体内径的多种变化率，判断管体内壁是否符合预期的标准，提高对管体内壁检测的精确度。
15.优选地，预设的平移量s的计算方法如下：
[0016][0017]
其中，s为管体待检测的深度，n为平移次数，δs为轴向检测的误差值，l为激光光束直径。
[0018]
优选地，实际内径的获取方法如下：
[0019]
s21：将旋转半径与间距一一叠加作为虚拟半弦。
[0020]
s22：将每隔180
°
测量的两个虚拟半弦叠加作为虚拟弦。
[0021]
s23：选择长度最大的虚拟弦作为实际内径。
[0022]
优选地，虚拟半径的计算方法如下：
[0023]
s31：将每个间距映射到一个平面坐标系中形成多个坐标点。其中，每个坐标点与原点的距离等于相应的间距与旋转半径之和，每个坐标点到原点形成的线段与x轴正方向的夹角等于该间距对应的角度偏移量。
[0024]
s32：对多个坐标点外接一个最小圆作为虚拟圆，则虚拟圆的圆心为虚拟圆心。
[0025]
s33：计算每个坐标点到虚拟圆心的距离作为相应的间距所对应的虚拟半径。优选地，虚拟半径的变化率一的计算方法如下：
[0026]
s41：计算每个虚拟半径相对于前一虚拟半径的差值一。
[0027]
s42：根据差值一和实际内径计算变化率一。
[0028]
则变化率一vi表示为：
[0029]
vi＝δi/d，(i＝2，3，4，
……
，n)
[0030]
其中，δi为第i个虚拟半径相对于第i-1个虚拟半径的差值，d为实际内径，n为检测仪旋转一周的旋转次数。
[0031]
在其中一个实施例中，判断是否完成测量的方法如下：
[0032]
s51：检测仪每平移一次，记录平移次数。
[0033]
s52：根据预设的平移量和总测量距离计算总平移次数。
[0034]
s53：判断平移次数是否达到总平移次数，是则输出完成测量。否则输出未完成测量。
[0035]
优选地，变化率二的计算方法如下：
[0036]
s61：计算每个实际内径相对于前一实际内径的差值。
[0037]
s62：根据差值与标准内径计算变化率二。标准内径根据管体的制造规格获取。
[0038]
则变化率二vj表示为：
[0039]
vj＝δj/d0，(j＝2，3，4，
……
，m)
[0040]
其中，δj为第j个实际内径相对于第j-1个实际内径的差值，d0为标准内径，m为总平移次数。
[0041]
在其中一个实施例中，变化率三的计算方法如下：
[0042]
s71：分别将在同一角度偏移量测量的间距划分到同一集合中。
[0043]
s72：计算每一集合中每个虚拟半径相较于前一位置处的虚拟半径的差值。
[0044]
s73：根据差值与标准内径计算变化率三。
[0045]
则变化率三表示为：
[0046]vkl
＝δ
kl
/d0，(k＝2，3，4，
……
，n)，(l＝2，3，4，
……
，m)
[0047]
其中，δ
kl
为检测仪在第l个位置处旋转k次的虚拟半径相对于第l-1个位置处旋转k次的虚拟半径的差值。
[0048]
本发明还提供一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测系统，其包括：采集模块、运算模块、决策模块和检测仪控制模块。
[0049]
采集模块用于采集检测仪的旋转半径、激光光束直径、待测管体的标准口径、待测管体的检测深度以及检测仪在不同位置测量的多个间距。
[0050]
运算模块用于：(1)、根据输入的轴向误差值和激光光束直径计算检测仪的平移量。(2)、根据旋转半径和多个间距计算待测管体的实际内径。(3)、根据间距与实际内径计算每个间距对应的虚拟半径。(4)、根据虚拟半径和实际内径计算虚拟内径的变化率一。(5)、根据计算的多个实际内径计算实际内径的变化率二。(6)、根据每个虚拟半径对应的角度偏移量计算在每一角度偏移量上的虚拟半径的变化率三。
[0051]
决策模块用于：(1)、判断计算的多个实际内径是否超出一个预设的内径范围，是则输出不合格信号。(2)判断虚拟半径是否超出一个预设的半径范围，是则输出不合格信号。(3)、判断变化率一是否超出一个预设的阈值范围一，是则输出不合格信号。(4)、判断是否完成测量，若未完成测量，则输出平移指令。若完成测量，则输出结束指令。(5)、判断变化率二是否超出一个预设的阈值范围二，是则输出不合格信号。(6)、判断变化率二是否超出一个预设的阈值范围二，是则输出不合格信号。(7)、判断全部检测过程中是否输出不合格信号，若未输出不合格信号，则输出合格信号。
[0052]
检测仪控制模块用于：(1)、根据测距转角控制检测仪旋转一周。(2)、根据平移量和平移指令控制检测仪在待测管体内平移。(3)、根据结束指令控制检测仪移动至初始位置。
[0053]
本发明还提供一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测设备，其包括激光扫描检测仪、存储器、处理器，以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测装置中的各功能模块采用上述的基于激光扫描检测仪的管壁
磨损检测系统的方式完成部署，处理器执行计算机程序时，实现上述的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法的步骤，进而计算出待测管体在不同深度位置的实际内径和虚拟半径，判断待测管体的实际内径和虚拟内径是否超出预设的阈值范围，根据判断结果输出合格信号或不合格信号，所述激光扫描检测仪包括激光测距传感器和旋转机构，激光测距传感器，其用于发射激光探测信号，通过接收目标物体散射的回波信号测量其与目标物体的间距；旋转机构，其与所述激光测距传感器固定连接，用于驱动所述激光测距传感器旋转。
[0054]
相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0055]
1.本发明通过分别在管体不同深度采集多个间距数据，进而计算管体内每个检测深度处的管体内径和虚拟半径，判断管体内径和虚拟半径是否处于预设的阈值范围内，进而根据判断结果输出合格信号或不合格信号。本发明综合考虑管壁磨损检测的精确度和检测效率，在采用最少测量次数的条件下，保持管体内壁的测量精度，同时通过计算管体内径的多种变化率，判断管体内壁是否符合预期的标准，提高对管壁磨损检测的精确度。
[0056]
2.本发明考虑加侧翼发射的激光在管体内壁形成的检测点直径，进而根据激光发射的光束直径与预设的最大误差值计算相应的平移量，同时根据待测管体的标准口径在转换表中获取相应的测距转角，从而在最少测量点数下，完成对待测管体内壁的全面检测，不仅提高了对待测管壁磨损检测的精确度，同时提高了检测效率。
附图说明
[0057]
图1为本发明实施例1的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法的流程图；
[0058]
图2为图1中虚拟半径的计算方法的示意图；
[0059]
图3为根据图1的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法设计的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测系统的结构示意图。
具体实施方式
[0060]
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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0061]
需要说明的是，当组件被称为“安装于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
[0062]
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“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0063]
实施例1
[0064]
请参阅图1，其为本实施例提供的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法的流程图。基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法包括如下步骤：
[0065]
s1：检测仪移动至初始检测位置，进而根据一个预设的测距转角在待测管体内旋转。检测仪每旋转一个测距转角后，通过发射激光并接收激光回波信号测量其自身与管体内壁的间距。检测仪自转一周后，根据一个预设的平移量在待测管体内平移。在检测过程中，检测仪的激光发射方向始终与待测管体的中心轴垂直。其中，测距转角根据待测管体的标准口径在一个转换表中获取。转换表用于表征待测管体的标准内径与测距转角的映射关系。
[0066]
对于管体内壁的检测，理论上应该覆盖管壁内径的全部内表面。但是，在实际检测中，由于管壁内径的检测标准具有允许的最大误差值，因此可以采用间隔测量的方式对管壁进行部分点位测量，用以代替全面覆盖式测量。从而在保证检测的精确度的条件下，简化检测步骤，提高管壁检测的效率。
[0067]
根据待测管体的口径以及管体的深度，引入最大误差值，可以计算出检测仪实际检测过程中实际所需检测的点数。为了简化检测步骤，本实施例采用分步旋转测量的方法，对管体内壁进行精确检测。根据检测仪激光光束直径以及深度误差计算检测仪测量完整管体内壁所需的平移次数，进而计算出检测仪每次平移的位移量。
[0068]
则预设的平移量s的计算方法如下：
[0069][0070]
其中，s为管体待检测的深度，n为平移次数，δs为轴向检测的误差值，l为激光光束直径。
[0071]
检测仪根据位移量逐次平移，并在每次平移后，测量管体内壁的整圆截面。根据光束直径以及测量点距离误差，计算出检测仪测量完整管道整圆截面所需的测量点数，进而计算出检测仪每次旋转的测距转角。
[0072]
在转换表中，管体的标准口径与测距转角的关系如下：
[0073]
假设管体标准口径为ds，光束直径为l，扫描仪的旋转轴与管体的中心轴间距不大于ds，则覆盖整周内径的最大测距转角即为光束直径对应的最小圆心角，则最大测距转角θh表达为：
[0074]
θh＝arccos[2(ds ds)
2-l2]/2(ds ds)。
[0075]
在实际检测中，为了便于测量管道内径，将测量点数设为偶数，则实际测量点数为：
[0076]
2π/θh 2》nh≥2π/θh[0077]
实际测距转角θf为：
[0078]
θf＝2π/nh。
[0079]
s2：根据检测仪的旋转半径和多个间距计算管体在当前深度位置的实际内径。深度为检测仪所处位置相对于初始检测位置沿管体轴向的距离。
[0080]
实际内径的获取方法如下：
[0081]
s21：获取检测仪自转的旋转半径，将旋转半径与间距数据一一叠加作为虚拟半弦。
[0082]
检测仪在自转过程中，由于激光测距传感器的激光发射点与检测仪的旋转中心不在同一位置，因此，需要先获取激光发射点与旋转中心的间距作为旋转半径。旋转半径一般
可以通过检测仪的规格信息直接获取，当然也可以通过实际测量获取。测量的多个间距数据与旋转半径相加，即视为由旋转中心到管体内壁的实际距离。
[0083]
假设旋转半径为r，在任一位置测量的n个间距记为数据集记为ai(i＝1,2,3，
……
，n)。则相应的虚拟半弦可记为ci(i＝1,2,3，
……
，n)，且
[0084]ci
＝ai r。
[0085]
s22：将每隔180
°
测量的两个虚拟半弦叠加作为虚拟弦。
[0086]
由弦的定义可知，圆上任意两点连接成的线段即为弦。由于每个虚拟半弦均有一端落在旋转中心上，则每间隔180
°
的两个虚拟半弦刚好位于同一直线上，而两个虚拟半弦连接成的线段即可视为虚拟弦。
[0087]
则虚拟弦bi表示为：
[0088]bi
＝ci c
i 180
。
[0089]
s23：选择长度最大的虚拟弦作为实际内径。
[0090]
由圆的定义可知，经过圆内任意一点的弦中直径最长。因此，获得的多个虚拟弦中，长度最大的一个虚拟弦即可视为管体内壁相应位置处的实际内径d。
[0091]
s3：判断实际内径是否超出一个预设的内径范围，是则输出不合格信号。否则根据间距和实际内径计算每个间距对应的虚拟半径，进行s4。
[0092]
受到现有工艺限制，并考虑管体的实际应用，管体内壁的实际内径与标准内径可存在一定的误差。根据管体额定的标准内径范围，对管体实际内径进行判断。将超出标准内径范围的管体视作不合格管体。本实施例中，预设的内径范围根据待测管体的标准口径而设定，记为[-1.01ds，1.01ds]。当然，在其他实施例中，预设的内径范围还可以更大或者更小。
[0093]
请结合图2，其为图1中虚拟半径的计算方法的示意图。虚拟半径的计算方法如下：
[0094]
s31：将每个间距映射到一个平面坐标系中形成多个坐标点。其中，每个坐标点与原点的距离等于相应的间距与旋转半径之和，每个坐标点到原点形成的线段与x轴正方向的夹角等于该间距对应的角度偏移量。
[0095]
对于任一间距ai，其对应的坐标点p可以记为(cicos(cθf)，cisin(cθf))，其中，c为在相应位置处检测仪旋转的次数。
[0096]
s32：对多个坐标点外接一个最小圆作为虚拟圆，则虚拟圆的圆心为虚拟圆心。
[0097]
虚拟圆可以根据实际内径构建，即以实际内径的中心作为虚拟圆的圆心，实际内径的一半作为虚拟圆的半径构建虚拟圆。假设实际直径的两端点分别为k(a0cos(c0θf)，a0sin(c0θf))和k’(a
π
cos(c0θf π)，a
π
sin(c0θf π))，则虚拟圆心o1可以记为：
[0098]
([a0cos(c0θf) a
π
cos(c0θf π)]/2，[a0sin(c0θf) a
π
sin(c0θf π)]/2)。
[0099]
s33：计算每个坐标点到虚拟圆心的距离作为相应的间距所对应的虚拟半径。
[0100]
则任一间距ai对应的虚拟半径ri可以记为：
[0101][0102]
其中，xi＝cicos(cθf)，yi＝cisin(cθf)，x0＝[a0cos(c0θf) a
π
cos(c0θf π)]/2，y0＝[a0sin(c0θf) a
π
sin(c0θf π)]/2。
[0103]
s4：判断虚拟半径是否超出一个预设的半径范围，是则输出不合格信号。否则计算虚拟半径的变化率一，进行s5。
[0104]
在管体的任意深度位置处，除了实际内径可能会超出预设的范围外，管道内还可能有一定的椭圆度或凸起。因此，还需要对管道内径的平滑度进行判断。若管体内壁存在超出规格的凸起或凹陷，则在两个连续的检测点之间会形成明显的差值。
[0105]
本实施例中，预设的半径范围设置为[-0.505ds，0.505ds]，当然，在其他实施例中，预设的半径范围还可以更大或者更小。
[0106]
虚拟半径的变化率一的计算方法如下：
[0107]
s41：计算每个虚拟半径相对于前一虚拟半径的差值一。
[0108]
s42：根据差值一和实际内径计算变化率一。
[0109]
则变化率一vi表示为：
[0110]
vi＝δi/d，(i＝2，3，4，
……
，n)
[0111]
其中，δi为第i个虚拟半径相对于第i-1个虚拟半径的差值，d为实际内径，n为检测仪旋转一周的旋转次数。
[0112]
当然，在其他实施例中，虚拟半径的变化率一还可以为差值一与标准口径的比值δi/ds，或者为差值一与当前虚拟半径的比值δi/ri，也可以为与差值一相关的其他比值，只要能表征虚拟内径的变化趋势即可。
[0113]
s5：判断变化率一是否超出一个预设的阈值范围一，是则输出不合格信号。否则继续判断是否完成测量，若完成测量，则进行s6。否则返回s1。
[0114]
变化率一超出预设的阈值范围一，则说明管体内壁有明显的凸起或凹陷。在炮管投入使用后，由于炮弹发射对管壁造成的不可逆磨损，需要在每次使用后，对炮管内壁进行全面检测，以避免发生意外事故，保证炮弹的安全准确发射。
[0115]
在本实施例中，阈值范围一设置为[-0.005,0.005]，当然在其他实施例中，阈值范围一还可以更大或者更小。
[0116]
其中，判断是否完成测量的方法如下：
[0117]
s51：检测仪每平移一次，记录平移次数。
[0118]
s52：根据预设的平移量和总测量距离计算总平移次数。
[0119]
s53：判断平移次数是否达到总平移次数，是则输出完成测量。否则输出未完成测量。
[0120]
检测仪对管体内壁进行精确检测，需要从管体的一端平移到管体的另一端。在此过程中，检测仪进行多次的等距平移。检测仪测量完全部间距后，还需要对数据进行进一步处理，因此可以先确认检测过程已完成，以使检测仪自动复位，提高检测的效率。
[0121]
s6：根据检测仪在不同深度测量的多个实际内径计算实际内径的变化率二。判断变化率二是否超出一个预设的阈值范围二，是输出不合格信号。否则进行s7。
[0122]
管道测量中，除了判断每处位置的周向内径是否超出标准内径范围外，还应判断管体内壁轴向的内径变化是否超出标准内径的范围。为了简化判断过程，先对多个实际内径的变化进行判断，再对不同角度偏移量的实际内径进行判断。
[0123]
其中，变化率二的计算方法如下：
[0124]
s61：计算每个实际内径相对于前一内径的差值。
[0125]
s62：根据差值与标准内径计算所述变化率二。
[0126]
则变化率二vj表示为：
[0127]
vj＝δj/ds，(j＝2，3，4，
……
，m)
[0128]
其中，δj为第j个实际内径相对于第j-1个实际内径的差值，ds为标准内径，m为总平移次数。
[0129]
本实施例中，阈值范围二设置为[-0.01,0.01]，当然，在其他实施例中，阈值范围二还可以更大或者更小。
[0130]
s7：根据每处位置在同一角度偏移量的虚拟半径计算在每一角度偏移量上的虚拟半径的变化率三。判断变化率三是否超出一个预设的阈值范围三，是则输出不合格信号。否则输出合格信号。其中，角度偏移量为检测仪的激光发射方向与初始激光发射方向的夹角。
[0131]
变化率三的计算方法如下：
[0132]
s71：分别将在同一角度偏移量测量的间距划分到同一集合中。
[0133]
s72：计算每一集合中每个虚拟半径相较于前一位置处的虚拟半径的差值。
[0134]
s73：根据差值与标准内径计算变化率三。
[0135]
则变化率三v
kl
表示为：
[0136]vkl
＝δ
kl
/d0，(k＝2，3，4，
……
，n)，(l＝2，3，4，
……
，m)
[0137]
其中，δ
kl
为检测仪在第l个位置处旋转k次的虚拟半径相对于第l-1个位置处旋转k次的虚拟半径的差值。
[0138]
在本实施例中，阈值范围三与阈值范围一相同，均为[-0.005,0.005]，当然在其他实施例中，阈值范围三还可以更大或者更小。
[0139]
本实施例通过分别在管体不同深度采集多个间距数据，进而计算管体内每个检测深度处的管体内径和虚拟半径，判断管体内径和虚拟半径是否处于预设的阈值范围内，进而根据判断结果输出合格信号或不合格信号。本发明综合考虑管壁磨损检测的精确度和检测效率，在采用最少测量次数的条件下，保持管体内壁的测量精度，同时通过计算管体内径的多种变化率，判断管体内壁是否符合预期的标准，提高对管壁磨损检测的精确度。
[0140]
实施例2
[0141]
请结合图3，其为根据图1的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法设计的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测系统的结构示意图。为了将上述的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法应用在实际的管体检测中，本实施例还提供一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测系统。检测系统包括采集模块、运算模块、决策模块和检测仪控制模块。
[0142]
采集模块用于采集检测仪的旋转半径、激光光束直径、待测管体的标准口径、待测管体的检测深度以及检测仪在不同位置测量的多个间距。其中，旋转半径、激光光束直径、标准口径均可以通过检测仪的规格或待测管体的规格直接获取。检测深度可以根据待测管体规格的内腔深度，结合实际测量的误差值进行设定，如采用管体内腔中深度的80％。检测仪在不同位置测量的间距可以通过发射探测激光并接收激光回波信号，进而计算出检测仪与管体内壁的间距。
[0143]
运算模块用于：(1)、根据输入的轴向误差值和激光光束直径计算检测仪的平移量。则平移量可以表示为：
[0144][0145]
其中，s为管体待检测的深度，n为平移次数，δs为轴向检测的误差值，l为激光光束
直径。
[0146]
(2)、根据旋转半径和多个间距计算待测管体的实际内径。实际内径的计算方法如下：
[0147]
将旋转半径与间距数据一一叠加作为虚拟半弦。假设旋转半径为r，在任一位置测量的n个间距记为数据集记为ai(i＝1,2,3，
……
，n)。则相应的虚拟半弦可记为ci(i＝1,2,3，
……
，n)，且
[0148]ci
＝ai r。
[0149]
将每隔180
°
测量的两个虚拟半弦叠加作为虚拟弦。由弦的定义可知，圆上任意两点连接成的线段即为弦。由于每个虚拟半弦均有一端落在旋转中心上，则每间隔180
°
的两个虚拟半弦刚好位于同一直线上，而两个虚拟半弦连接成的线段即可视为虚拟弦。
[0150]
则虚拟弦bi表示为：
[0151]bi
＝ci c
i 180
。
[0152]
选择长度最大的虚拟弦作为实际内径。由圆的定义可知，经过圆内任意一点的弦中直径最长。因此，获得的多个虚拟弦中，长度最大的一个虚拟弦即可视为管体内壁相应位置处的实际内径d。
[0153]
(3)、根据间距与实际内径计算每个间距对应的虚拟半径。虚拟半径的计算方法如下：
[0154]
将每个间距映射到一个平面坐标系中形成多个坐标点。其中，每个坐标点与原点的距离等于相应的间距与旋转半径之和，每个坐标点到原点形成的线段与x轴正方向的夹角等于该间距对应的角度偏移量。
[0155]
对于任一间距ai，其对应的坐标点p可以记为(cicos(cθf)，cisin(cθf))，其中，c为在相应位置处检测仪旋转的次数。
[0156]
对多个坐标点外接一个最小圆作为虚拟圆，则虚拟圆的圆心为虚拟圆心。
[0157]
虚拟圆可以根据实际内径构建，即以实际内径的中心作为虚拟圆的圆心，实际内径的一半作为虚拟圆的半径构建虚拟圆。假设实际直径的两端点分别为k(a0cos(c0θf)，a0sin(c0θf))和k’(a
π
cos(c0θf π)，a
π
sin(c0θf π))，则虚拟圆心o1可以记为：
[0158]
([a0cos(c0θf) a
π
cos(c0θf π)]/2，[a0sin(c0θf) a
π
sin(c0θf π)]/2)。
[0159]
计算每个坐标点到虚拟圆心的距离作为相应间距所对应的虚拟半径。
[0160]
则任一间距ai对应的虚拟半径ri可以记为：
[0161][0162]
其中，xi＝cicos(cθf)，yi＝cisin(cθf)，x0＝[a0cos(c0θf) a
π
cos(c0θf π)]/2，y0＝[a0sin(c0θf) a
π
sin(c0θf π)]/2。
[0163]
(4)、根据虚拟半径和实际内径计算虚拟内径的变化率一。变化率一vi表示为：
[0164]
vi＝δi/d，(i＝2，3，4，
……
，n)
[0165]
其中，δi为第i个虚拟半径相对于第i-1个虚拟半径的差值，d为实际内径，n为检测仪旋转一周的旋转次数。
[0166]
(5)、根据计算的多个实际内径计算实际内径的变化率二。变化率二vj表示为：
[0167]
vj＝δj/ds，(j＝2，3，4，
……
，m)
[0168]
其中，δj为第j个实际内径相对于第j-1个实际内径的差值，ds为标准内径，m为总平
移次数。
[0169]
(6)、根据每个虚拟半径对应的角度偏移量计算在每一角度偏移量上的虚拟半径的变化率三。变化率三v
kl
表示为：
[0170]vkl
＝δ
kl
/d0，(k＝2，3，4，
……
，n)，(l＝2，3，4，
……
，m)
[0171]
其中，δ
kl
为检测仪在第l个位置处旋转k次的虚拟半径相对于第l-1个位置处旋转k次的虚拟半径的差值。
[0172]
决策模块用于：(1)、判断计算的多个实际内径是否超出一个预设的内径范围，是则输出不合格信号。本实施例中，预设的内径范围根据待测管体的标准口径而设定，记为[-1.01ds，1.01ds]。当然，在其他实施例中，预设的内径范围还可以更大或者更小。
[0173]
(2)、判断虚拟半径是否超出一个预设的半径范围，是则输出不合格信号。本实施例中，预设的半径范围设置为[-0.505ds，0.505ds]，当然，在其他实施例中，预设的半径范围还可以更大或者更小。
[0174]
(3)、判断变化率一是否超出一个预设的阈值范围一，是则输出不合格信号。在本实施例中，阈值范围一设置为[-0.005,0.005]，当然在其他实施例中，阈值范围一还可以更大或者更小。
[0175]
(4)、判断是否完成测量，若未完成测量，则输出平移指令。若完成测量，则输出结束指令。判断是否完成测量的方法如下：
[0176]
检测仪每平移一次，记录平移次数。根据预设的平移量和总测量距离计算总平移次数。判断平移次数是否达到总平移次数，是则输出完成测量。否则输出未完成测量。
[0177]
(5)、判断变化率二是否超出一个预设的阈值范围二，是则输出不合格信号。本实施例中，阈值范围二设置为[-0.01,0.01]，当然，在其他实施例中，阈值范围二还可以更大或者更小。
[0178]
(6)、判断变化率三是否超出一个预设的阈值范围三，是则输出不合格信号。在本实施例中，阈值范围三与阈值范围一相同，均为[-0.005,0.005]，当然在其他实施例中，阈值范围一还可以更大或者更小。
[0179]
(7)、判断全部检测过程中是否输出不合格信号，若未输出不合格信号，则输出合格信号。在检测过程中，待测管体存在任意一项不合格均视为整体不合格，当检测完成后，若所有参数均未超出预设的阈值范围，则视为管体合格。
[0180]
检测仪控制模块用于：(1)、根据测距转角控制检测仪旋转一周。测距转角根据待测管体的标准口径在一个转换表中直接获取。检测仪在任一深度位置时，每旋转一个测距转角，测量其自身与管体内壁的间距，从而实现测量精度与测量效率之间的平衡。
[0181]
(2)、根据平移量和平移指令控制检测仪在待测管体内平移。检测仪在任一深度位置旋转一周后，若未完成全部测量过程，则下发平移指令，控制检测仪继续向管体内部平移。检测仪每次平移一个预设的平移量。
[0182]
(3)、根据结束指令控制检测仪移动至初始位置。当检测仪完成全部的测量过程后，检测仪根据输出的结束指令自动复位，同时提醒操作者将检测仪从管体内移出。检测仪在移出过程中继续对管体内径进行阈值判断，直至输出最终的检测结果。
[0183]
实施例3
[0184]
为了将现有的激光扫描检测仪采用上述的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测
方法进行管壁磨损检测，本实施例还提供一种基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测设备。
[0185]
包括激光扫描检测仪、存储器、处理器，以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测装置中的各功能模块采用上述的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测系统的方式完成部署，处理器执行计算机程序时，实现如上述的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法的步骤，进而计算出待测管体在不同深度位置的实际内径和虚拟半径，判断待测管体的实际内径和虚拟内径是否超出预设的阈值范围，根据判断结果输出合格信号或不合格信号。激光扫描检测仪包括激光测距传感器和旋转机构，激光测距传感器，其用于发射激光探测信号，通过接收目标物体散射的回波信号测量其与目标物体的间距；旋转机构，其与所述激光测距传感器固定连接，用于驱动所述激光测距传感器旋转。
[0186]
该计算机设备可以是可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器、处理器。
[0187]
本实施例中，存储器(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器可以是计算机设备的内部存储单元，例如该计算机设备的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器也可以是计算机设备的外部存储设备，例如该计算机设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card,smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。当然，存储器还可以既包括计算机设备的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器通常用于存储安装于计算机设备的操作系统和各类应用软件等。此外，存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
[0188]
处理器在一些实施例中可以是中央处理器(central processing unit，cpu)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器通常用于控制计算机设备的总体操作。本实施例中，处理器用于运行存储器中存储的程序代码或者处理数据，进而实现上述的基于激光扫描检测仪的管壁磨损检测方法的步骤，进而计算出待测管体在不同深度位置的实际内径和虚拟半径，判断待测管体的实际内径和虚拟内径是否超出预设的阈值范围，根据判断结果输出合格信号或不合格信号。
[0189]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0190]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。