本发明公开了一种长管道内径尺寸精度检测和内壁表面缺陷的测量装置和测量方法。所述装置的可调整基座上设有两个运动平台，分别位于被测管道的两端；每个运动平台上安装一个回转盘驱动机构，回转盘驱动机构驱动回转盘转动；钢丝绳导轨两端连接回转盘并张紧，测量传感器组件可滑动的安装于钢丝绳导轨上；回转盘上还设有可伸缩的测量传感器拉绳，用于拉动测量传感器组件移动；控制单元与回转盘驱动机构相连以控制回转盘转动角度，与拉绳收放机构相连以控制测量传感器组件在被测管道中的轴向位置，还与可调整基座相连以控制运动平台的位置，以适应不同尺寸的被测管道。本发明解决了长管路内壁尺寸精度和表面缺陷检测难度大、检测精度不高的问题。
1.一种长管道内径尺寸精度检测和内壁表面缺陷的测量装置，其特征在于，包括：可调整基座、一对回转盘、回转盘驱动机构、钢丝绳导轨组件、测量传感器拉绳、拉绳收放机构、测量传感器组件、反馈传感器组件和控制单元；
所述可调整基座上设有两个运动平台，分别位于被测管道的两端；每个运动平台上安装一个回转盘驱动机构，回转盘驱动机构驱动回转盘转动；运动平台用于调节回转盘的位置，使得两个回转盘位置相对应，以适应不同尺寸的被测管道；
钢丝绳导轨组件由N根钢丝绳导轨组成；钢丝绳导轨两端连接回转盘，使用时钢丝绳导轨张紧，测量传感器组件可滑动的安装于钢丝绳导轨上；N根钢丝绳导轨在同一回转盘上的连接位置关于回转盘中心对称分布；N为大于1的正整数，且为偶数；
两根测量传感器拉绳设置在测量传感器组件的两侧；测量传感器拉绳一端固定在测量传感器组件上，另一端通过拉绳收放机构固定在其中一个回转盘上，利用拉绳收放机构实现拉绳的收放；
控制单元与回转盘驱动机构相连以控制回转盘转动角度，与拉绳收放机构相连以控制测量传感器组件在被测管道中的轴向位置，还与可调整基座相连以控制运动平台的位置，以适应不同尺寸的被测管道；
反馈传感器组件包括用于测量运动平台位置的传感器，用于测量回转盘转动角度的传感器，以及用于测量测量传感器拉绳移动位移与速度的传感器；传感器采集量反馈给所述控制单元形成闭环控制。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，可调整基座由两个分离的升降组件构成；每个升降组件均包括直线导轨、运动平台、底座、升降驱动机构和光栅尺；直线导轨垂直固定在底座上，运动平台可滑动的安装于直线导轨的滑道上，升降驱动机构用于驱动所述运动平台在直线导轨上的滑动；光栅尺安装在升降平台上用来精确检测回转盘实际高度并反馈给控制单元。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述回转盘包括回转盘体和转轴；回转盘驱动机构为带减速机的步进电机；所述转轴通过轴承座支撑，轴承座固定在运动平台上；所述转轴一侧通过绕性联轴器连接所述带减速机的步进电机，另一侧联接回转盘体；所述转轴还穿过空心轴式光电编码器；控制单元连接空心轴式光电编码器形成回转盘转动角度的负反馈，对所述步进电机进行闭环控制，从而实现转盘转动到设定的角度。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，钢丝绳导轨组件中的每一根钢丝绳导轨的一端通过收线器固定在一个回转盘上，另一端通过张力调节螺钉固定于另一回转盘上，通过拧动张力调节螺钉分别调节每条钢丝绳导轨的张紧力，使钢丝绳导轨保持直线度要求；所述收线器由发条弹簧和转动机构组成，用于在钢丝绳导轨所述另一端自由时将其自动收回到自动收线器内。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉绳收放机构包括收放线辊、第二轴承座、收放卷步进电机；测量传感器拉绳缠绕在收放线辊上；收放线辊通过第二轴承座安装在回转盘上，收放线辊通过联轴器与收放卷步进电机的电机轴连接，收放卷步进电机带动收放线辊正向或反向转动，通过放出和收回测量传感器拉绳带动测量传感器组件移动。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拉绳收放机构进一步包括牵引测量导向轮和力传感器；所述用于测量测量传感器拉绳移动位移与速度的传感器采用增量式编码器实现；每个回转盘上均设有牵引测量导向轮，从收放线辊出发的测量传感器拉绳通过牵引测量导向轮后连接到测量传感器组件；力传感器设置在其中一个回转盘处，该侧回转盘上的牵引测量导向轮通过力传感器固定于回转盘，力传感器通过测量牵引测量导向轮受拉绳的拉力，从而实现测量传感器拉绳的张力检测；增量式编码器安装在一侧回转盘的牵引测量导向轮的转轴上，增量式编码器通过牵引测量导向轮的转动反馈测量传感器拉绳的移动位移与速度。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括上位计算机，用于向控制单元发送运动指令、监控运行状态、实时采集测量传感器数据，并进行计算处理，最终得到长管道内壁尺寸精度和内壁表面缺陷及定位；当检测管道内径精度时，所述检测传感器组件基于激光测距传感器实现；当检测内壁缺陷时，所述检测传感器组件基于图像传感器实现。
8.一种长管道内径尺寸精度检测和内壁表面缺陷的测量方法，采用如权利要求1至7任意一项所述的装置，其特征在于，该方法为截面检测方案或母线检测方案：所述截面检测方案为：测量传感器组件置于张紧的钢丝绳导轨上，调整运动平台的位置，使得测量传感器组件能够沿着钢丝绳导轨在被测管道内移动；控制单元通过拉绳收放机构控制测量传感器拉绳放出或收回，带动检测传感器组件从管道一端进入，停留在第一个检测位置上；在该检测位置处，通过回转盘驱动机构控制两侧回转盘同时绕水平轴方向转动，检测传感器组件随回转盘旋转一周，得到该位置管壁一周的截面数据；重复前进、停止、旋转测量的过程，直至检测传感器组件管道从另一端出管，停止检测，此时获得完整的管内壁数据；
所述母线检测方案为：测量传感器组件置于张紧的钢丝绳导轨上，调整运动平台的位置，使得测量传感器组件能够沿着钢丝绳导轨在被测管道内移动；控制单元通过回转盘驱动机构控制两侧两个回转盘同步旋转至某一角度停止；控制单元通过拉绳收放机构控制测量传感器拉绳放出或收回，带动检测传感器组件由从管道一端进入，穿过整个被测管道后从另一端出管，得到该角度位置下整段管壁数据；然后控制两侧的回转盘同步转动至另一个角度，检测传感器组件测量该角度位置下整段管壁数据；重复以上过程，直至回转盘转过一周，停止检测，此时已经获得完整的管内壁数据。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在执行所述截面检测方案和母线检测方案之前，进一步包括检测准备工作，具有如下步骤：
步骤一：安装钢丝绳导轨和测量传感器拉绳，钢丝绳导轨从设置在回转盘上的收线器抽出并伸进被测管道，从另一侧伸出管道后固定在对端回转盘的张力调节螺钉上；
步骤二：装置上电，通过上位计算机设定拉绳张力和检测方向发送给控制单元；控制单元调整可调整基座的两个运动平台，使两侧回转盘位于同一高度，保证钢丝绳导轨水平；通过手动调节张力调节螺钉使所有钢丝绳导轨同时达到设定的拉绳张力；
步骤三：测试状态准备：通过控制回转盘驱动机构使得回转盘旋转，使回转盘处于零位角度；通过控制拉绳收放机构使得测量传感器拉绳移动，带动测量传感器组件位于被测管道初始测量位置，再次调节张力调节螺钉使钢丝绳导轨达到设定的拉绳张力；此时完成检测准备工作；
完成检测后，将测试装置收回：卸掉钢丝绳导轨与张力调节螺钉的连接，所述收线器将钢丝绳导轨收回；卸掉测量传感器拉绳与测量传感器组件的连接，通过拉绳收放机构收回测量传感器拉绳。
一种长管道内壁尺寸精度与内壁表面缺陷的测量装置
技术领域
[0001] 本发明涉及高精度检测技术领域，更具体涉及一种长管道内径尺寸精度检测和内壁表面缺陷的测量装置。
背景技术
[0002] 长管道在实际生产生活中应用十分广泛，由于各种复杂的使用环境因素，在生产和使用过程中经常出现弯曲变形以及管壁表面缺陷等问题，造成产品不合格、使用效果不佳、物料泄露等问题，甚至产生安全隐患，因此需要合适的检测方法和测试装置对长管道零件内部进行检测。
[0003] 目前长管道内壁圆柱度和表面缺陷检测的实现依然难度较大，主要有人工、测杆和管道机器人三种测试方式。人工方式通常是质检员使用直角尺和水平尺来测量端口处的圆的直径，针对不同规格不同环境的长管道检测难度大，准确性无法保证。测杆式检测装置一般是使用长杆携测头深入管内测量，测头从测量装置主体伸出，将管壁形变转化成测量头形变，通过传感器接收形变信号，然而，这种方法由于长距离状态下长杆形变量过大，并且测量头与管壁接触过程中容易对被测管造成损伤。管道机器人测试是一种使用较多的方法，即机器人携带检测传感器进入管道内进行测量，但该方法对机器人运动控制稳定性和精度要求很高，且机器人在前进过程中容易出现打滑、转动等问题，从而影响检测精度，因此实现难度较大。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种长管道内径精度检测和内壁表面缺陷的检测装置。该发明采用非接触式测量，稳定性好、测试精度高、适用性强、操作可靠，解决了长管路内壁尺寸精度和表面缺陷检测难度大、检测精度不高的问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0006] 一种长管道内径尺寸精度检测和内壁表面缺陷的测量装置，包括：可调整基座、一对回转盘、回转盘驱动机构、钢丝绳导轨组件、测量传感器拉绳、拉绳收放机构、测量传感器组件、反馈传感器组件和控制单元；
[0007] 所述可调整基座上设有两个运动平台，分别位于被测管道的两端；每个运动平台上安装一个回转盘驱动机构，回转盘驱动机构驱动回转盘转动；运动平台用于调节回转盘的位置，使得两个回转盘位置相对应，以适应不同尺寸的被测管道；
[0008] 钢丝绳导轨组件由N根钢丝绳导轨组成；钢丝绳导轨两端连接回转盘，使用时钢丝绳导轨张紧，测量传感器组件可滑动的安装于钢丝绳导轨上；N根钢丝绳导轨在同一回转盘上的连接位置关于回转盘中心对称分布；N为大于1的正整数；
[0009] 两根测量传感器拉绳设置在测量传感器组件的两侧；测量传感器拉绳一端固定在测量传感器组件上，另一端通过拉绳收放机构固定在其中一个回转盘上，利用拉绳收放机构实现拉绳的收放；
[0010] 控制单元与回转盘驱动机构相连以控制回转盘转动角度，与拉绳收放机构相连以控制测量传感器组件在被测管道中的轴向位置，还与可调整基座相连以控制运动平台的位置，以适应不同尺寸的被测管道；
[0011] 反馈传感器组件包括用于测量运动平台位置的传感器，用于测量回转盘转动角度的传感器，以及用于测量测量传感器拉绳移动位移与速度的传感器；传感器采集量反馈给所述控制单元形成闭环控制。
[0012] 优选地，可调整基座由两个分离的升降组件构成；每个升降组件均包括直线导轨、运动平台、底座、升降驱动机构和光栅尺；直线导轨垂直固定在底座上，运动平台可滑动的安装于直线导轨的滑道上，升降驱动机构用于驱动所述运动平台在直线导轨上的滑动；光栅尺安装在升降平台上用来精确检测回转盘实际高度并反馈给控制单元。
[0013] 优选地，所述回转盘包括回转盘体和转轴；回转盘驱动机构为带减速机的步进电机；所述转轴通过轴承座支撑，轴承座固定在运动平台上；所述转轴一侧通过绕性联轴器连接所述带减速机的步进电机，另一侧联接回转盘体；所述转轴还穿过空心轴式光电编码器；控制单元连接空心轴式光电编码器形成回转盘转动角度的负反馈，对所述步进电机进行闭环控制，从而实现转盘转动到设定的角度。
[0014] 优选地，钢丝绳导轨组件中的每一根钢丝绳导轨的一端通过收线器固定在一个回转盘上，另一端通过张力调节螺钉固定于另一回转盘上，通过拧动张力调节螺钉分别调节每条钢丝绳导轨的张紧力，使钢丝绳导轨保持直线度要求；所述收线器由发条弹簧和转动机构组成，用于在钢丝绳导轨所述另一端自由时将其自动收回到自动收线器内。
[0015] 优选地，所述拉绳收放机构包括收放线辊、第二轴承座、收放卷步进电机；测量传感器拉绳缠绕在收放线辊上；收放线辊通过第二轴承座安装在回转盘上，收放线辊通过联轴器与收放卷步进电机的电机轴连接，收放卷步进电机带动收放线辊正向或反向转动，通过放出和收回测量传感器拉绳带动测量传感器组件移动。
[0016] 优选地，所述拉绳收放机构进一步包括牵引测量导向轮和力传感器；所述用于测量测量传感器拉绳移动位移与速度的传感器采用增量式编码器实现；每个回转盘上均设有牵引测量导向轮，从收放线辊出发的测量传感器拉绳通过牵引测量导向轮后连接到测量传感器组件；力传感器设置在其中一个回转盘处，该侧回转盘上的牵引测量导向轮通过力传感器固定于回转盘，力传感器通过测量牵引测量导向轮受拉绳的拉力，从而实现测量传感器拉绳的张力检测；增量式编码器安装在一侧回转盘的牵引测量导向轮的转轴上，增量式编码器通过牵引测量导向轮的转动反馈测量传感器拉绳的移动位移与速度。
[0017] 优选地，该装置进一步包括上位计算机，用于向控制单元发送运动指令、监控运行状态、实时采集测量传感器数据，并进行计算处理，最终得到长管道内壁尺寸精度和内壁表面缺陷及定位；当检测管道内径精度时，所述检测传感器组件基于激光测距传感器实现；当检测内壁缺陷时，所述检测传感器组件基于图像传感器实现。
[0018] 本发明还提供了一种长管道内径尺寸精度检测和内壁表面缺陷的测量方法，采用上述任意一种测量装置，该方法为截面检测方案或母线检测方案：
[0019] 所述截面检测方案为：测量传感器组件置于张紧的钢丝绳导轨上，调整运动平台的位置，使得测量传感器组件能够沿着钢丝绳导轨在被测管道内移动；控制单元通过拉绳收放机构控制测量传感器拉绳放出或收回，带动检测传感器组件从管道一端进入，停留在第一个检测位置上；在该检测位置处，通过回转盘驱动机构控制两侧回转盘同时绕水平轴方向转动，检测传感器组件随回转盘旋转一周，得到该位置管壁一周的截面数据；重复前进、停止、旋转测量的过程，直至检测传感器组件管道从另一端出管，停止检测，此时获得完整的管内壁数据；
[0020] 所述母线检测方案为：测量传感器组件置于张紧的钢丝绳导轨上，调整运动平台的位置，使得测量传感器组件能够沿着钢丝绳导轨在被测管道内移动；控制单元通过回转盘驱动机构控制两侧两个回转盘同步旋转至某一角度停止；控制单元通过拉绳收放机构控制测量传感器拉绳放出或收回，带动检测传感器组件由从管道一端进入，穿过整个被测管道后从另一端出管，得到该角度位置下整段管壁数据；然后控制两侧的回转盘同步转动至另一个角度，检测传感器组件测量该角度位置下整段管壁数据；重复以上过程，直至回转盘转过一周，停止检测，此时已经获得完整的管内壁数据。
[0021] 优选地，在执行所述截面检测方案和母线检测方案之前，进一步包括检测准备工作，具有如下步骤：
[0022] 步骤一：安装钢丝绳导轨和测量传感器拉绳，钢丝绳导轨从设置在回转盘上的收线器抽出并伸进被测管道，从另一侧伸出管道后固定在对端回转盘的张力调节螺钉上；
[0023] 步骤二：装置上电，通过上位计算机设定拉绳张力和检测方向发送给控制单元；控制单元调整可调整基座的两个运动平台，使两侧回转盘位于同一高度，保证钢丝绳导轨水平；通过手动调节张力调节螺钉使所有钢丝绳导轨同时达到设定的拉绳张力；
[0024] 步骤三：测试状态准备：通过控制回转盘驱动机构使得回转盘旋转，使回转盘处于零位角度；通过控制拉绳收放机构使得测量传感器拉绳移动，带动测量传感器组件位于被测管道初始测量位置，再次调节张力调节螺钉使钢丝绳导轨达到设定的拉绳张力；此时完成检测准备工作；
[0025] 完成检测后，将测试装置收回：卸掉钢丝绳导轨与张力调节螺钉的连接，所述收线器将钢丝绳导轨收回；卸掉测量传感器拉绳与测量传感器组件的连接，通过拉绳收放机构收回测量传感器拉绳。
[0026] 有益效果：
[0027] (1)本发明实现了长管道内壁智能检测，启动后无需人工参与，自动获取完整管壁数据；可以实现往返检测；适用测量范围更广，适应内径几十厘米到几米直径、长度可达几十米的长管道检测，对长管道测量尤为适合；
[0028] (2)采用非接触测量比接触式测量更稳定，精度更高，同时降低对被测管的损伤；
[0029] (3)旋转角度的控制精度高，采样数据密集，更能真实反映管内形貌；
[0030] (4)可通过控制导轨的张力大小，进而控制其下垂量，并通过计算方法校正下垂量造成的系统误差。
附图说明
[0031] 图1本发明的整体结构三维装配图；
[0032] 图2本发明的检测被测件过程中的安装示意图；
[0033] 图3本发明计算机控制系统与装置连接示意图；
[0034] 图中：1—步进电机，2—减速机，3—电机座，4,17—空心轴式光电编码器，5,11—自动收线器，6—力传感器，7—牵引测量导向轮，8—收放卷步进电机，9—收放线辊，10—导向轮，12—轴承座，13,22—回转盘，14—增量式编码器，15—张力调节螺钉，16—升降组件中的直线导轨，18—光栅尺尺身，19—光栅尺滑块，20—底座，21—运动平台，23—测量传感器组件，24—钢丝绳导轨，25—测量传感器拉绳。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0036] 下面结合本发明实例中的附图与具体实施方式，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整详细地描述。
[0037] 参见图1，本发明提供的一种实例：一种长管道内径精度和内壁表面缺陷的检测装置，包括可调整基座、一对回转盘、回转盘驱动机构、钢丝绳导轨组件、测量传感器拉绳、拉绳收放机构、测量传感器组件、反馈传感器组件和控制单元。
[0038] 可调整基座上设有两个运动平台，分别位于被测管道的两端；每个运动平台上安装一个回转盘驱动机构，回转盘驱动机构驱动回转盘转动；运动平台用于调节回转盘的位置，使得两个回转盘位置相对应，以适应不同尺寸的被测管道。可调整基座中的运动平台可以设计为在一个平面内运动，也可以设计为在一条直线内运动。
[0039] 结合图1所示，本实施例中可调整基座包括由两个分离的升降组件构成。所述升降组件主要用于调节两侧回转盘的高度，以适应不同管道直径的测量，以及测量区域的不平度。每个升降组件均包括包括直线导轨16、运动平台21、底座20和升降驱动机构。直线导轨16固定在底座20上从而实现升降组件的固定，本实施例中直线导轨16竖直放置，固定在底座上，从而实现运动平台的上下移动。运动平台21可滑动的安装于直线导轨16的滑道上。升降驱动机构用于驱动运动平台21在直线导轨上的滑动，升降驱动机构在图中未示出。参见图1右侧的升降组件，该侧回转盘22通过轴承座固定在运动平台21上，可随运动平台在垂直方向上下移动。两侧的升降组件上均安装光栅尺，用来精确检测回转盘实际高度，并反馈给控制单元。光栅尺尺身18固定在直线导轨16上，同时光栅尺滑块19与运动平台21固定连接。
左侧的升降平台与右侧的升降平台结构相同。
[0040] 结合图1和图2所示，左右两侧的回转盘13和22的结构相同，只是回转盘上所安装的零部件不同。参见图中左侧的回转盘，其包括回转盘体和转轴，回转盘驱动机构为带减速机2的步进电机1。其中，转轴通过轴承座12支撑，转轴一侧通过绕性联轴器连接带减速机2的步进电机1，步进电机和减速机通过电机座3固定，转轴另一侧联接回转盘体，此外转轴还穿过空心轴式光电编码器4。对于空心轴式光电编码器在轴上的安装位置不做过多限定，只要能实现转动角度的测量即可，图中是安装在轴承座与减速机之间。步进电机1带动回转盘13转动，从而实现回转盘转动到设定的角度。
[0041] 所述钢丝绳导轨组件用于搭载测量传感器组件23，由N根钢丝绳导轨24组成。N根钢丝绳导轨在同一回转盘上的连接位置关于回转盘中心对称分布，从而便于实现对回转盘的控制。本实施例中，N＝2，则钢丝绳导轨组件为双钢丝绳导轨。双钢丝绳导轨的两端固定后通过受力张紧。钢丝绳导轨安装就位后，可以人工张紧后固定，这样就不用过多的机械配合，但是不够灵活，不能控制张紧力，而且钢丝绳导轨比较长，回收容易缠绕，不便存储。为此本发明加入了收线器和张力调节螺钉的设计。收线器采用自动回收设计，称为自动收线器。双钢丝绳导轨中的每一根钢丝绳导轨的一端通过自动收线器固定在一个回转盘上，另一端通过张力调节螺钉固定于另一回转盘上，通过拧动两个张力调节螺钉分别调节两条钢丝绳导轨的张紧力，使双钢丝绳导轨保持直线度要求。在本实施例中，两个自动收线器被固定在左侧的回转盘上，两个张力调节螺钉被固定在右侧的回转盘上。如图1所示，两个自动收线器5和11对称地固定在同一回转盘13上。自动收线器主要由发条弹簧和转动机构组成，用于在钢丝绳导轨通过张力调节螺钉固定的一端自由时将其自动收回到自动收线器内。所述张力调节螺钉15固定在右侧的回转盘22上，两个张力调节螺钉15关于回转盘22的中心对称分布，钢丝绳导轨的绳端楔形接头与张力调节螺钉端部通过插接方式固定。
[0042] 测量传感器组件23包括测量传感器(激光传感器或微型CCD)和安装板。测量传感器固定在安装板上，安装板通过耐磨材料滑动套安装在双钢丝绳导轨24上的导轨钢丝绳上，可实现沿双钢丝绳导轨24的双向滑动。测量传感器组件23的具体实现并非唯一，只要实现测量传感器在钢丝绳上的移动即可。
[0043] 所述拉绳收放机构包括收放线辊9、第二轴承座和收放卷步进电机8。两个回转盘上均设有拉绳收放机构，从而实现测量传感器组件的双向移动。参见1所示左侧回转盘13上的拉绳收放机构，测量传感器拉绳缠绕在收放线辊7上；收放线辊9通过第二轴承座安装在回转盘13上，收放线辊通过联轴器与收放卷步进电机8的电机轴连接，收放卷步进电机8带动收放线辊7正向或反向转动，通过放出或收回测量传感器拉绳25带动测量传感器组件移动，从而实现管道内不同位置的测量。
[0044] 测量传感器拉绳25用于带动测量传感器组件23在双钢丝绳导轨上移动，其一端与测量传感器组件固定连结，另一端缠绕在一侧(左侧)回转盘13上的收放线辊7上，另一侧(右侧)回转盘22上的收放线辊以相同方式与测量传感器组件连接，两侧收放线辊分别在以微型步进电机实现的收放卷步进电机8带动下配合旋转收放拉绳，从而带动测量传感器组件23沿双钢丝绳导轨移动。
[0045] 检测管道内径精度时，本发明使用高精度激光测距传感器采集内壁数据信息，输出4-20mA模拟量，通过AD转换，采集至控制板(即控制单元)存储空间内。根据采集数据可以由控制板进行计算。或者优选地，将采集数据传送到上位计算机，由上位计算机进行计算处理和显示结果。检测内壁缺陷时，本发明使用微型CCD相机作为传感器，获取内壁图像信息，然后上传至上位计算机，对图像进行处理，分析内壁缺陷及位置，并显示测量结果。
[0046] 结合图1和图2所示，为了便于双钢丝绳导轨和测量传感器拉绳的定位，回转盘13和22上还固定有导向滑轮机构。以左侧的回转盘13为例，该回转盘上有三个导向轮呈直线分布，共同构成导向滑轮机构。其中外侧两个导向轮关于回转盘13中心对称分布，且安装位置与对侧回转盘上的张力调节螺钉安装位置相对应。如果没有本导向轮，则回转盘13上钢丝绳导轨的固定点(例如自动收线器的出线点)需要关于回转盘13中心对称分布，从而与张力调节螺钉安装位相对应。这种优选的设计方案能够更加便于导轨的位姿调整。钢丝绳导轨从自动收线器伸出后跨过导向轮，起到钢丝绳导轨的定位作用。中间的导向轮7命名为牵引测量导向轮7，从收放线辊出发的测量传感器拉绳通过牵引测量导向轮后连接到测量传感器组件。力传感器设置在其中一个回转盘13处，该侧回转盘上的牵引测量导向轮通过力传感器固定于回转盘，力传感器的两个受力端，一个与回转盘13固定连接，另一个与牵引测量导向轮7的底座固定连接，力传感器测量值大小取决于传感器两个受力端的受力大小，测量方向与回转盘盘面垂直。力传感器通过测量牵引测量导向轮受拉绳的拉力，从而实现测量传感器拉绳25的张力检测。另一侧的回转盘22上只有一个牵引测量导向轮。本实施例中，将增量式编码器14安装在该回转盘22的牵引测量导向轮的转轴上，该侧牵引测量导向轮直接固定在回转盘上，通过牵引测量导向轮的转动反馈拉绳的移动位移与速度。在实际中，也可以将力传感器和增量式编码器设置在同一回转盘侧，但是由于安装器件较为集中，可能会对力传感器的测量值影响较大。增量式编码器14、力传感器6和两空心轴式光电编码器4和17共同构成了所述反馈传感器。增量式编码器14安装在一侧回转盘的牵引测量导向轮的转轴上，通过牵引测量导向轮的转动反馈拉绳的移动位移与速度。两侧的空心轴式光电编码器4和17分别安装在两侧回转盘转轴的轴承座上，转轴穿过空心轴式光电编码器，实现反馈回转盘的旋转角度。
[0047] 结合图3所示，所述计算机控制系统包括前述各种电机的电机驱动器、控制板，还包括上位计算机。所述电机驱动器主要用于本装置所有步进电机的驱动控制，包括拉绳张力收放线棍的两个收放卷步进电机、驱动两侧回转盘同步转动的两个步进电机、两侧升降平台驱动步进电机。主控制板采用嵌入式控制器，负责实现与上位机的通讯、运动控制和传感器信息采集控制三项主要功能。控制板通过其CAN总线接口与上位计算机机通讯；控制板与电机驱动器连接，对电机驱动器发送控制信号，驱动器实现对各个步进电机的驱动控制；控制板通过与空心轴式光电编码器、力传感器、增量式编码器相连，读取反馈信息，构成系统的闭环控制，从而控制回转盘转动角度，控制测量传感器组件在被测管道中的轴向位置，还控制运动平台的位置，以适应不同尺寸的被测管道。上位计算机采用x86架构的工控计算机，主要负责发送运动指令、监控运行状态、实时采集测量传感器数据，并进行计算处理，最终得到长管道内壁尺寸精度和内壁表面缺陷及定位。
[0048] 本发明在检测过程中可以实现两种检测方式：
[0049] 第一种母线检测方案流程为：将测量传感器组件放在张紧的双钢丝绳导轨上，调整运动平台的位置，使得测量传感器组件能够沿着钢丝绳导轨在被测管道内移动；控制单元通过回转盘驱动机构控制两侧两个回转盘同步旋转至某一角度停止。控制单元通过拉绳收放机构控制测量传感器拉绳放出或收回，带动检测组件由从管道一端进入，穿过整个被测管道后从另一端出管，得到该角度位置下整段管壁数据，经A/D转换后送入控制板存储单元内。然后再同步转动回转盘至另一个角度，然后检测传感器拉绳带动传感器往相反方向入管，从被测件的另一端出管。后面重复以上过程，直至检测传感器组件转过一周，停止检测，此时已经获得完整的管内壁数据。
[0050] 第二种截面检测方案流程为：将测量传感器组件放在张紧的双钢丝绳导轨上，调整运动平台的位置，使得测量传感器组件能够沿着钢丝绳导轨在被测管道内移动。控制单元通过拉绳收放机构控制测量传感器拉绳放出或收回，带动检测传感器组件从管道一端进入，一段距离后停止前进，停留在第一个检测位置上；在该检测位置处，通过回转盘驱动机构控制两侧回转盘同时绕水平轴方向转动，检测传感器组件随回转盘旋转一周，得到该位置管壁一周的截面数据，经A/D转换后送入控制板存储单元内。后面重复之前的前进、停止、旋转测量和存放数据的过程，直至传感器从另一端出管，停止检测，此时已经获得完整的管内壁数据。
[0051] 两种检测方案获得的管壁数据可以发送给上位计算机，由上位机对数据计算处理。检测过程中，由控制人员发送启动命令后即无需人的参与，实现智能检测。
[0052] 以第一种母线检测方案为例，整个检测过程操作步骤如下：
[0053] 步骤一：安装双钢丝绳导轨和测量传感器拉绳，双钢丝绳导轨分别从两个自动收线器抽出并伸进被测管道，从另一侧伸出管道后固定在对端回转盘的张力调节螺钉上。
[0054] 步骤二：装置上电，通过上位计算机设定拉绳张力和检测方向发送给控制单元；控制单元调整两侧运动平台，使两侧回转盘位于同一高度，保证钢丝绳导轨水平，通过调节张力调节螺钉使双钢丝绳导轨同时达到设定的拉绳张力。
[0055] 步骤三：测试状态准备：通过控制回转盘驱动机构使得回转盘旋转，使回转盘处于零位角度。该零位角度可以设置为回转盘所在平面垂直于水平面。通过控制拉绳收放机构使得测量传感器拉绳移动，带动测量传感器组件位于被测管道初始测量位置，再次调节张力调节螺钉使钢丝绳导轨达到设定的拉绳张力；此时完成检测准备工作。此时的状态为装置检测初始状态。
[0056] 步骤四：进行测试。采集测量传感器数据，之后控制收卷辊收线、放卷辊放线，拉绳带动测量传感器沿导轨水平移动设定距离(比如10cm)后拉绳停止运动，再采集测量传感器数据。重复测试，到被测管道长度方向测试完成。
[0057] 步骤五：控制两个回转盘驱动步进电机，保证两侧回转盘同步转动一个角度，重复步骤四。
[0058] 步骤六：重复步骤五，直到完成整个管道的测试，并由上位机对测试数据进行计算处理，显示、存储、打印测试结果。
[0059] 步骤七：测试装置收回。卸掉双钢丝导轨一端连接，缓慢释放测量传感器一端拉绳，通过发条弹簧和步进电机转动，将双钢丝导轨收回。然后再卸掉测量传感器拉绳，通过微型步进电机转动收回传感器拉绳。
[0060] 对于第二种截面检测方案，步骤一～步骤三以及步骤七与第一种检测方案对应步骤相同，步骤四～步骤六按照截面检测方案进行设计即可。
[0061] 为了提高检测精度，可以对测量传感器组件质量的作用下产生的下垂量进行校准。校准时根据利用悬链线理论进行受力分析建立水平张力T与下垂量H之间的关系式。利用水平张力的检测量可以计算出下垂量H，然后用于校准测量传感器的实际空间坐标中的z轴坐标即可，从而得到数据点实际的准确空间坐标。
[0062] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
