壓力管道內(nèi)球形檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)控制方法與流程

本發(fā)明涉及壓力管道內(nèi)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及了一種壓力管道內(nèi)球形檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)控制方法，對(duì)壓力管道內(nèi)球形檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。

背景技術(shù)：

視頻球檢測(cè)管道堵塞和腐蝕是壓力管道一種檢測(cè)方法。由于對(duì)視頻的清晰度要求比較高，所以如果檢測(cè)的管道比較長(zhǎng)，則對(duì)視頻球的內(nèi)存要求比較大。視頻球如果在管道內(nèi)前進(jìn)的速度太快，就會(huì)出現(xiàn)很多盲區(qū)；如果太慢，又會(huì)造成許多地方重復(fù)拍攝，內(nèi)存消耗太多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出了一種壓力管道內(nèi)球形檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)控制方法，通過(guò)控制水的流速及流量有效的控制視頻球在管道內(nèi)前進(jìn)的速度，進(jìn)行合理有效的拍攝。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是將視頻球作為球形檢測(cè)器置于水流管道裝置中，并采用以下步驟：

一方面，通過(guò)視頻球內(nèi)部的加速度計(jì)采集到視頻球的行進(jìn)速度，由于視頻球在水流管道中跟隨水流同步行進(jìn)，因此其行進(jìn)速度等同于水流的流速，控制水流的流速使得視頻球的行進(jìn)速度在最大速度和最小速度范圍內(nèi)，形成對(duì)水流流速的控制；

另一方面，通過(guò)視頻球內(nèi)部的浮力傳感器采集到視頻球的所受浮力值，根據(jù)視頻球自身的重量和所受浮力值的比較用以調(diào)整水泵控制水流的流量，如果視頻球自身的重量大于所受浮力值，則控制增大水流的流量。并可同時(shí)根據(jù)攝像機(jī)采集的每一幀圖片判斷缺陷輪廓，若缺陷輪廓不清晰，則控制減小水流的流速。

所述最大速度和最小速度具體采用以下方式進(jìn)行計(jì)算：

a)根據(jù)視頻球上的攝像機(jī)的視角θ和每秒鐘拍攝的幀率ν，考慮視頻球上的攝像機(jī)在行進(jìn)中以剛好無(wú)遺漏拍攝管道的速度為最大速度，采用以下公式計(jì)算獲得最大速度V_max：

其中，h表示視頻球上所有攝像機(jī)的焦距平均值，n表示視頻球每秒拍攝圖片的張數(shù)，θ表示視頻球上攝像機(jī)的視角；

焦距h的視頻球每秒拍攝n張圖片，由于在視頻球行進(jìn)過(guò)程中，其上的每個(gè)攝像機(jī)都是變焦的，因此根據(jù)視頻球的直徑以及管道的直徑能獲得變化的焦距范圍，所以在實(shí)際行進(jìn)中最大速度會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。

b)根據(jù)相鄰兩幀圖像的重疊率百分比閾值ε，采用以下公式計(jì)算得出視頻球行進(jìn)的最小速度V_min：

其中，ε表示相鄰兩幀圖像的重疊率百分比閾值，h表示視頻球上所有攝像機(jī)的焦距平均值，n表示視頻球每秒拍攝圖片的張數(shù)，θ表示視頻球上攝像機(jī)的視角。

如果視頻球運(yùn)行的速度太慢，拍攝的視頻將會(huì)占用太多的內(nèi)存，處理起來(lái)也會(huì)增加數(shù)據(jù)量，而且許多數(shù)據(jù)都是重復(fù)的。因此采用上述公式計(jì)算獲得的最小速度對(duì)視頻球的行進(jìn)速度進(jìn)行限制。

同樣，焦距h的視頻球每秒拍攝n張圖片，由于在視頻球行進(jìn)過(guò)程中，其上的每個(gè)攝像機(jī)都是變焦的，因此根據(jù)視頻球的直徑以及管道的直徑能獲得變化的焦距范圍，因此在實(shí)際行進(jìn)中最小速度會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。

一般通過(guò)浮力使得視頻球浮在水中行進(jìn)，但因?yàn)樗髁枯^大，雖然能保證視頻球懸浮，但是也容易發(fā)生碰撞，要盡量減少視頻球在拍攝過(guò)程中發(fā)生碰撞，所以水的流量也不能太大，要控制在合理的范圍內(nèi)。因此，通過(guò)浮力重力比較使得視頻球浮在水中行進(jìn)，所以要保證視頻球所受的浮力要等于視頻球自身的重力。

具體實(shí)施中還可以針對(duì)視頻球的攝像機(jī)采集的每一幀圖片進(jìn)行處理，先通過(guò)梯度函數(shù)獲得每張圖像的灰度梯度，對(duì)應(yīng)生成每一張圖像的梯度圖像作為圖像輪廓，待檢測(cè)樣管包括管道缺陷如腐蝕、裂縫等，圖像中如果缺陷輪廓清晰，此時(shí)的水流流速為最佳速度，如果缺陷輪廓不清晰，達(dá)不到檢測(cè)要求，則減小水流的流速。

所述的水流管道裝置包括待檢測(cè)樣管、水箱、支架、出水管道、進(jìn)水管道、調(diào)速電機(jī)、變頻器和計(jì)算機(jī)，水箱的出水口與出水管道一端連接，出水管道另一端與進(jìn)水管道一端連接并在連接處接有調(diào)速電機(jī)，進(jìn)水管道另一端與待檢測(cè)樣管的入口端連接，進(jìn)水管道另一端與待檢測(cè)樣管的入口端連接，待檢測(cè)樣管的出口端置于水箱中并經(jīng)浸沒(méi)于水下，調(diào)速電機(jī)經(jīng)變頻器和計(jì)算機(jī)連接，其中的水流方向如圖1中的箭頭所示，視頻球置于出水管道、進(jìn)水管道、待檢測(cè)樣管和水箱形成的水管道循環(huán)系統(tǒng)中，對(duì)待檢測(cè)樣管進(jìn)行檢測(cè)。所述水泵的出水管與待檢測(cè)樣管的進(jìn)水端相連，水箱的出水口與水泵的進(jìn)水管相連。這樣就可以實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。

所述的視頻球包括球形外殼以及安裝在球形外殼球體表面的攝像機(jī)、安裝在球形外殼球體表面的電池和主板，球形外殼球體表面固定安裝有六個(gè)攝像機(jī)，六個(gè)攝像機(jī)位于球形外殼正六面處，主板上設(shè)有低頻發(fā)射器、加速度計(jì)、浮力傳感器、存儲(chǔ)器和ARM處理器，ARM處理器分別與低頻發(fā)射器、加速度計(jì)、浮力傳感器和存儲(chǔ)器連接，電池與主板連接。

所述視頻球的密度和水的密度相同。

所述水流的流速是調(diào)整調(diào)速電機(jī)控制，所述水流的流量是通過(guò)出水閥門控制閥門開(kāi)合的大小控制，使視頻球在管道內(nèi)懸浮。調(diào)速電機(jī)和變頻器構(gòu)成了水泵，水泵置于待檢測(cè)樣管旁。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明能夠有效獲得視頻球在檢測(cè)時(shí)水的最佳流速及流量，實(shí)現(xiàn)有效控制球形檢測(cè)器在管道內(nèi)行進(jìn)的速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)管道無(wú)遺漏拍攝，同時(shí)保證拍攝視頻的最佳。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中水流控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中球形檢測(cè)器行進(jìn)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中球形檢測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)例中球形檢測(cè)器相機(jī)分布結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中速度控制流程圖。

圖中：1：待檢測(cè)樣管，2：水箱，3：出水口，4：支架，5：出水管道，6：進(jìn)水管道，7：調(diào)速電機(jī)，8：變頻器，9：計(jì)算機(jī)，10：視頻球大部分時(shí)間懸浮，11：待檢測(cè)管道缺陷，12：水流方向，13：視頻球，14：球形外殼，15：攝像機(jī)，16：電池，17：主板，18：低頻發(fā)射器，19：加速度計(jì)，20：浮力傳感器，21：存儲(chǔ)器，22：ARM處理器，23：出水閥門。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示的實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明的具體實(shí)施是在如圖1所示的水流管道裝置中進(jìn)行，水流管道裝置包括待檢測(cè)樣管1、水箱2、支架4、出水管道5、進(jìn)水管道6、調(diào)速電機(jī)7、變頻器8和計(jì)算機(jī)9，水箱2的出水口3與出水管道5一端連接，出水管道5另一端與進(jìn)水管道6一端連接并在連接處接有調(diào)速電機(jī)7，進(jìn)水管道6設(shè)有出水閥門23，進(jìn)水管道6另一端與待檢測(cè)樣管1的入口端連接，待檢測(cè)樣管1的出口端置于水箱2中并經(jīng)浸沒(méi)于水下，調(diào)速電機(jī)7經(jīng)變頻器8和計(jì)算機(jī)9連接，其中的水流方向12如圖1中的箭頭所示，視頻球置于出水管道5、進(jìn)水管道6、待檢測(cè)樣管1和水箱2形成的水管道循環(huán)系統(tǒng)中，對(duì)待檢測(cè)樣管1進(jìn)行檢測(cè)。

視頻球內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括球形外殼14以及安裝在球形外殼14球體表面的攝像機(jī)15、安裝在球形外殼14球體表面的電池16和主板17，球形外殼14球體表面固定安裝有六個(gè)攝像機(jī)15，六個(gè)攝像機(jī)15位于球形外殼14正六面處，如圖4所示，主板17上設(shè)有低頻發(fā)射器18、加速度計(jì)19、浮力傳感器20、存儲(chǔ)器21和ARM處理器22。

本發(fā)明的實(shí)施例及其實(shí)施工作過(guò)程如下：

下面以DN200(單位mm，以下同)的壓力管道，視頻球的直徑為180，攝像機(jī)視角為120度，每秒拍攝30張圖片為例，說(shuō)明壓力管道球形視頻內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)控制的具體實(shí)施方式。

首先可以確定所攝像機(jī)的拍攝幀率和視角。因?yàn)楣艿繢N200，視頻球DN180，所以焦距的范圍為0到20。由于視頻球的密度和水的密度一致，所以視頻球大部分時(shí)間是在管道內(nèi)懸浮，所以本實(shí)例焦距選擇10。根據(jù)要求每幀重復(fù)率不超過(guò)50％(即相鄰兩幀圖像的重疊率百分比閾值ε為50％)以及結(jié)合上面公式，通過(guò)本發(fā)明方法計(jì)算出視頻球最大速度是0.5196m/s和最小速度是0.259m/s。

通過(guò)視頻球13內(nèi)部的加速度計(jì)采集到視頻球的行進(jìn)速度，并實(shí)時(shí)通過(guò)低頻通訊模塊傳到計(jì)算機(jī)9，通過(guò)調(diào)速電機(jī)調(diào)整水流管道的水泵控制水流的流速，使得視頻球的行進(jìn)速度在最大速度和最小速度范圍內(nèi)，形成對(duì)水流流速的控制；

如果加速度計(jì)采集到的視頻球13的行進(jìn)速度不在最大速度和最小速度范圍內(nèi)，一種是視頻球的行進(jìn)速度大于最大速度，則通過(guò)調(diào)速電機(jī)調(diào)整水流管道的水泵減小水流的流速；另一種是視頻球的行進(jìn)速度小于最小速度，則通過(guò)調(diào)速電機(jī)調(diào)整水流管道的水泵增大水流的流速。

通過(guò)視頻球13內(nèi)部的浮力傳感器采集到視頻球的所受浮力值，并通過(guò)采集獲得的圖像判斷視頻球是否滿足碰撞條件，根據(jù)視頻球自身的重量和所受浮力值的比較以及視頻球是否滿足碰撞條件的結(jié)果進(jìn)行綜合分析判斷，用以通過(guò)變頻器調(diào)整水泵控制水流的流量，如果視頻球滿足碰撞條件，則控制減小水流的流量，如果視頻球自身的重量大于所受浮力值，則通過(guò)加水球閥和吸水球閥控制增大水流的流量。

如圖2所示，當(dāng)視頻球13開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，待檢測(cè)樣管1中的水流方向12朝向右，視頻球13在管道中懸浮10并隨水流同步行進(jìn)。視頻球13會(huì)實(shí)時(shí)向計(jì)算機(jī)傳輸自己的加速度計(jì)參數(shù)以及浮力傳感器的數(shù)據(jù)，由此得出視頻球的運(yùn)行速度，然后通過(guò)水泵的調(diào)速電機(jī)來(lái)控制水泵水的流速，同時(shí)通過(guò)浮力傳感器獲得視頻球所受浮力的大小，當(dāng)浮力小于視頻球重力時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)調(diào)整變頻器控制水泵的水流量，使視頻球大部分時(shí)間在管道內(nèi)懸浮。拍攝完成后，取出拍攝視頻，提取每一幀圖像，并通過(guò)后續(xù)處理獲得待檢測(cè)樣管1中的待檢測(cè)管道缺陷11。

然后通過(guò)梯度函數(shù)，對(duì)應(yīng)生成每一張圖像的梯度圖像(即圖像輪廓)。待檢測(cè)樣管包括管道缺陷如腐蝕、裂縫等。如果這些缺陷輪廓清晰，就是最佳速度，如果不清晰，達(dá)不到檢測(cè)要求(無(wú)法判斷缺陷)，就應(yīng)減小水的流速。在最大和最小速度內(nèi)找出最佳速度。

通過(guò)浮力使得視頻球浮在水中行進(jìn)，所以要保證視頻球所受的浮力要等于視頻球自身的重力。當(dāng)浮力傳感器的值小于視頻球自身重力，應(yīng)加大水的流量。如果相等則保持不變。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，速度在0.38m/s到0.42m/s范圍內(nèi)，檢測(cè)管道缺陷輪廓清晰，滿足檢測(cè)需求，此時(shí)速度最佳。

最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施案例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。