一種電渦流加熱式管道缺陷紅外成像檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及紅外熱成像技術管壁無損檢測系統，尤其涉及一種可與管道檢測機器人配合使用，采用非接觸主動式局部微加熱紅外成像技術的管道內部缺陷無損檢測系統，屬于無損檢測領域。
【背景技術】
[0002]輸送油氣介質的埋地管道多為鋼結構管道，由于腐蝕、老化或者遭遇破壞等原因會引起介質泄漏事故，因此埋地油氣管道在運行過程中，除了需要根據人工經驗定期檢查，還需要實時在線檢查，以對管道已泄露或可能發生泄露的危險區域進行及時的定位、補修，確保埋地管道的安全運行。由于埋地管道的特殊性，目前，對埋地管道內部缺陷進行實時在線檢測的技術手段非常有限，更多的是憑經驗定期開挖檢測，或是等發生泄漏后再進行開挖修復。
[0003]考慮到機器人的靈活性及不受環境制約，采用管道檢測機器人攜帶檢測裝置進入管道內完成實時在線檢測是一種快速有效的方式，也是目前管道內檢測技術的重要發展方向。但目前可被機器人攜帶進入管道、能與機器人配套使用的管道內部缺陷檢測技術與裝備還非常缺乏，缺少管道內部缺陷檢測技術與裝備，機器人只是一個移動載體，通常只能進行一些視頻觀察，例如查看管道是否阻塞，難以對管道實際存在的缺陷作出測定和判斷，這是制約管道機器人進行應用推廣的一個重要因素。目前用于管道檢測機器人上的檢測技術主要有漏磁通過檢測技術、壓電超聲波檢測技術。上述技術的不足之處在于:漏磁通過檢測技術在對管道進行檢測時，要求管壁達到完全磁性飽和，測試精度與管壁厚度有關，厚度越大，精度越低，還易引起管壁磁化，對后續檢測和缺陷部位焊接修補造成不良影響，而且該技術的精度不高，對缺陷準確的確定還需依賴操作人員的經驗；壓電超聲波檢測技術是接觸式檢測技術，壓電探頭在運行管道環境中易損壞，且壓電探頭需通過液體耦合劑與管壁保持連續的耦合，以保證超聲波能傳遞到被檢測管道表面，在實際應用中較為復雜、繁瑣。
[0004]紅外熱成像檢測技術近年來發展較快，主要應用于集成電路板的焊接質量及工業上各種器件的焊縫檢測方面。由于紅外熱成像檢測技術具有無損、無磁、非接觸、無需耦合、快速實時、動態檢測距離等優點，在埋地管道內部缺陷實時在線檢測方面具有較好的應用前景，但目前在管道內部缺陷檢測領域的應用研究較少，缺乏相應的用于管道內部缺陷檢測的實用技術與裝置。受到管道使用環境限制，如果不針對管道缺陷檢測需求特性進行優化調整，現有紅外熱成像檢測技術還難以直接應用于管道內部缺陷檢測中。此外，采用紅外熱成像進行管道內部缺陷檢測的基本原理是利用紅外熱成像儀接收待測物體表面向外輻射的紅外線，并通過相關的成像技術將其轉換為可見的溫度場分布云圖，最后分析溫度場異常來確定管道缺陷信息。根據成像原理知，只有當紅外熱像儀的鏡頭光心垂直照射待測管道，即沿著管道的半徑時，才能保證采集到的圖像是真實的圖像。若不垂直，即當紅外熱像儀的鏡頭光心有傾角照射待檢測管道時，采集到的圖像會失真，導致采集到待測管道的形狀有缺陷、大小有偏差，形成檢測誤差，因而不能準確地根據所得的圖像來判斷被檢測物的真實形狀及大小。然而，在實際操作時，如果沒有其它輔助手段，要將紅外熱像儀的鏡頭光心垂直照射待檢測管道，顯然是困難的，即:在采集過程中無法保證所述裝置中的鏡頭光心是否垂直管道，故而得到的成像并不能保證其為真實的圖像，從而導致不能準確地根據圖像來判斷地下管道是否有缺陷或缺損的形狀和大小。
【發明內容】
[0005]本發明的第一個目的，在于針對現有管道內部缺陷檢測技術的不足，諸如會導致管道磁化，需要耦合劑使壓電探頭發射的超聲波能傳遞到被檢測管道表面等問題，提供一種結構簡單、成本低廉、使用方便，采用紅外熱成像原理針對管道缺陷檢測需求特性進行設計的管道缺陷檢測裝置。該裝置既能方便地裝于管道檢測機器人操作臂末端，讓機器人帶入管道內進行檢測，也可由檢測人員直接進入管道內單獨操作進行檢測，檢測結果可由檢測人員在地面通過計算機直接觀測和調整的實時在線檢測裝置。使用該裝置，在不開挖地面的前提下，能夠幫助機器人操作機構或檢測人員準確地對地下管道待檢區域進行垂直攝像，并可隨時校正拍攝傾角，從而得到能反映地埋管道狀況的真實圖像。本發明的第二個目的，在于提供利用上述裝置和輔助紅外激光點成像技術，實現對埋地管道內部缺陷檢測的方法，包括:紅外圖像采集校正、缺陷提取及標定方法，使用該方法，可以準確采集紅外圖像，從所得圖像中提取判斷是否有缺陷，如有缺陷將自動根據缺陷的像素尺寸標定和計算缺陷實際大小。
[0006]為實現上述目的，本發明人由國家自然科學基金項目(51365019)資助，設計完成了以下電渦流加熱式管道缺陷紅外成像檢測裝置，及使用此裝置和輔助激光點成像技術實現對地埋管道內部缺陷進行檢測的方法，包括:紅外圖像采集校正、缺陷提取及標定方法:
[0007]為實現本發明的第一個目的，本發明所述檢測裝置為電渦流加熱式管道缺陷紅外成像檢測裝置，是一種紅外熱成像管壁無損檢測系統，由感應加熱單元、圖像采集單元、圖像處理單元組成；所述感應加熱單元由機械部分和微加熱部分組成，其中，機械部分由封裝筒1、右舵機4、左舵機5、右連桿6、左連桿7、右限位塊9、左限位塊10組成，所述封裝筒1是一個中空的筒狀容器；微加熱部分由供電模塊11、渦流加熱探頭8組成，渦流加熱探頭8內部含驅動電路16、溫度傳感器17及線圈18 ;所述圖像采集單元由紅外熱像儀2、供電模塊11、控制模塊12和激光發射機構組成，該激光發射機構包括上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d四支激光筆；所述圖像處理單元由計算機、數據連接線、圖像輸出接口 13組成；其位置和連接關系為:右舵機4和左舵機5成180度分別安裝于封裝筒1前端外殼同一圓周的右左兩側，并與控制模塊12連接；右連桿6和左連桿7的一端分別安裝在右舵機4和左舵機5上，并可繞右舵機4和左舵機5轉動，右連桿6和左連桿7的另一端分別與右限位塊9、左限位塊10連接，右限位塊9和左限位塊10之間安裝有渦流加熱探頭8 ;紅外熱像儀2安裝于封裝筒1的前端，其四周在以紅外熱像儀2的鏡頭光心為圓心的相等半徑上安裝有上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d等四支激光筆，且四支紅外激光筆發射的光必須始終與鏡頭光心的延長線平行，;供電模塊11和控制模塊12固定安裝于封裝筒1的空腔內，供電模塊11通過控制模塊12與渦流加熱探頭8的驅動電路16連接，驅動電路16和線圈18連接，供電模塊11通過控制模塊12與上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d等四支激光筆連接；溫度傳感器17與控制模塊12連接；紅外熱像儀2的圖像輸出接口 13安裝在封裝筒1的后端口上，通過數據連接線與計算機連接。
[0008]所述右限位塊9、左限位塊10的作用，主要有兩個:一是起到限位的作用，避免意外操作導致渦流加熱探頭8的線圈18直接觸碰到被檢測管道而造成加熱探頭損傷；二是由于電渦流加熱是非接觸式加熱，為了保證電熱轉換效率，需要激勵線圈與被測物表面保持合適的間隙，因此在右限位塊9、左限位塊10頂端裝有電子觸碰開關15，并且控制模塊12與電子觸碰開關15連接，加熱時右限位塊9及左限位塊10與管道接觸，可以保證激勵線圈與被測物表面之間的間隙，控制模塊12通過電子觸碰開關15檢測，因此在右限位塊9、左限位塊10到位后，才控制供電模塊12進行加熱。
[0009]本發明的第二個目的，即利用上述裝置和輔助紅外激光點成像技術實現對地埋管道內部缺陷進行檢測的方法，包括:紅外圖像采集校正、缺陷提取及標定方法，是這樣實現的:所述的檢測方法按以下步驟進行:
[0010]A、控制模塊12控制左舵機5和右舵機4，帶動左連桿7和右連桿6順時針旋轉90度，使渦流加熱探頭8正對被被測物14，控制模塊12控制供電模塊11，使渦流加熱探頭8的驅動電路16控制線圈18兩端通交流電，對被測物14進行非接觸式的加熱；溫度傳感器17將加熱后的管道溫度傳給控制模塊12，控制被測物14的加熱；
[0011]B、控制模塊12控制左舵機5和右舵機4，帶動左連桿7和右連桿6逆時針旋轉90度，使渦流加熱探頭8回到初始位置；
[0012]C、控制紅外熱像儀2的鏡頭垂直對準被加熱后的對被測物14，紅外熱像儀2內部的紅外探測器接收并聚焦加熱后的被測物14向外輻射的紅外線，同時，控制模塊12控制上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光筆3c、左紅外激光筆3d向被測物14發射激光;
[0013]D、紅外熱像儀2采集到的圖像信息及上紅外激光筆3a、右紅外激光筆3b、下紅外激光