一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法技术

本发明专利技术涉及一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法。测试方法包括如下步骤：S1：根据待测管体的标准口径和激光光束直径计算测距转角；S2：检测仪根据测距转角在管体内沿管体口径截面旋转一周，检测仪每次旋转后测量其自身与管体内壁的间距；S3：根据间距和旋转半径构建虚拟圆并确定虚拟圆的圆心；S4：采用余弦定理计算每个虚拟半弦对应的虚拟半径；S5：采用正弦定理计算虚拟直径与虚拟半径的夹角作为相应的虚拟圆心角；S6：根据虚拟半径和激光光束直径计算实际转角；S7：根据管体标准口径与实际转角的映射关系建立转换表。本发明专利技术通过计算管体的实际直径和虚拟半径，能够在保持检测精度的前提下，提高管体内壁检测的效率。提高管体内壁检测的效率。提高管体内壁检测的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法


[0001]本专利技术涉及管体检测
，特别是涉及一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法。

技术介绍

[0002]在管体检测中，由于管体的中心轴难以确认，对管体内径的测量往往不够精确。如通过手动测量，难以对管体周向的内径直接测量，而通过多点测量后计算得到的内径仅能作为平均内径，难以对管壁的不平滑度或椭圆度进行精确测量。
[0003]激光扫描检测仪通过发射激光并接收物体的回波信号，进而可以计算出其与目标物体的间距。采用微型的激光扫描检测仪可以在管体内对管体的内径进行测量，然而，如何实现全面覆盖管体内壁，以及如何对管体的不平滑度或椭圆度进行精确测量依然是难以克服的问题。此外，对管体内壁进行全面扫描，极大地降低了管体内壁的检测效率。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对管体内径测量中难以兼顾检测精度和检测效率的问题，提供一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法包括如下步骤：
[0006]S1：根据管体标准口径和检测仪的激光光束直径计算出覆盖管体整周内壁所需的最少测量点数，进而计算检测仪的测距转角。则最少测量点数N为：
[0007][0008]其中，N为偶数，α为激光光束直径作为管体口径截面圆的一个弦时对应的圆心角，L为激光光束直径，R0为管体的标准内半径。
[0009]测距转角α
f
为：
[0010]α
f<br/>＝2π/N。
[0011]S2：检测仪根据测距转角在管体内沿管体口径截面旋转一周。检测仪每旋转一个测距转角测量其自身与管体内壁的间距s并记录旋转次数c。
[0012]S3：获取检测仪的旋转半径r，根据间距s、旋转半径r和旋转次数构建虚拟圆并确定虚拟圆的圆心，具体方法如下：
[0013]S31：将测量的每个间距加上旋转半径作为虚拟半弦。
[0014]S32：根据每个虚拟半弦的弦长及旋转次数将虚拟半弦映射到一个平面坐标系中。其中，每个虚拟半弦的起点均位于原点O2上。任意相邻的两个虚拟半弦之间的夹角等于测距转角α
f
。
[0015]S33：计算平面坐标系中每隔180
°
的两个虚拟半弦之和作为虚拟弦。
[0016]S34：选取长度最大的虚拟弦作为虚拟直径，则虚拟直径的中点即为虚拟圆心O1。
[0017]S4：采用余弦定理计算每个虚拟半弦对应的虚拟半径。假设虚拟直径的两端点分别记为K和K
’
，任一虚拟半弦远离虚拟圆心的端点为P，则虚拟半径O1P表达为：
[0018][0019]其中，H
K
为O2到K的距离，H
K+N
为O2到K
’
的距离，H
P
为O2到P的距离，θ为O2P相对于O2K的夹角。
[0020]S5：采用正弦定理计算虚拟直径与虚拟半径的夹角作为相应的虚拟圆心角。则虚拟圆心角β表达为：
[0021][0022]S6：根据虚拟半径和激光光束直径计算实际测量点数。进而根据实际测量点数计算检测仪每次测量的实际转角。则实际转角θ0表达为：
[0023][0024]其中，N1为实际测量点数，θ
l
为激光光束直径对应的光束圆心角，θ
δ
为最大误差距离对应的圆心角。
[0025]S7：根据管体标准口径与实际转角的映射关系建立转换表。转换表用于表征管体口径、测量点数和测量转角的一一映射关系。
[0026]上述测试方法，通过管体的标准口径获取测距转角，进而通过等角度旋转测量覆盖管体内壁的整圆截面，获取完整的截面直径。进而根据实际测量中激光光束在管壁上形成的最小圆心角，获取测量给定口径的管道整圆截面至少所需的测量点数。同时，在计算实际测量点数时，引入最大测量误差，得到在保持检测精度前提下，应最少测量的点数，提高管体内壁检测的效率。
[0027]优选地，设最少测量点数为2m，则每个虚拟弦记为：
[0028]l
i
＝s
i
+s
i+m
+2r(i＝1,2,3，
……
，m)。
[0029]其中，l
i
为第i个虚拟弦，s
i
为检测仪旋转i个测距转角时测量的间距，s
i+m
为检测仪旋转i+m个测距转角时测量的间距。
[0030]优选地，虚拟半径的计算方法具体如下：
[0031]S41：当虚拟半弦刚好位于虚拟直径上时，取虚拟直径的一半作为虚拟半径。
[0032]S42：当虚拟半弦不在虚拟直径上时，采用余弦定理计算虚拟半径远离虚拟圆心的端点到虚拟圆心的距离作为虚拟半径。
[0033]优选地，虚拟圆心角的计算方法具体如下：
[0034]S51：当虚拟半弦刚好位于虚拟直径上时，则虚拟半径与虚拟直径间的夹角为0
°
或180
°
，则相应的圆心角也为0
°
或180
°
。
[0035]S52：当虚拟半弦不在虚拟直径上时，采用正弦定理计算圆心角。
[0036]优选地，实际转角的计算方法具体如下：
[0037]S61：将激光光束直径作为虚拟圆中的一个光束弦，计算光束弦在虚拟圆中的圆心角作为光束圆心角。
[0038]S62：根据光束圆心角计算激光位移传感器测量范围覆盖整个管体口径所需的测量点数作为理论测量点数。
[0039]S63：设定任意相邻的两个检测点之间的最大误差距离。根据最大误差距离计算出检测仪测量完整管体口径所需的测量点数作为实际测量点数，进而将圆周角与实际测量点数的比值作为实际转角。
[0040]优选地，假设激光光束直径为L，激光位移传感器距离测量点的距离为s，激光位移传感器的旋转半径为r，则光束圆心角表达为：
[0041]θ
l
＝arccos(((s+r)2+(s+r)2‑
L2)/2(s+r)。
[0042]优选地，理论测量点数N0表达为：
[0043]N0≥2π/min(θ
l
)。
[0044]其中，min(θ
l
)为所有光束圆心角中的最小值。
[0045]优选地，最大误差距离对应的圆心角表达为：
[0046]θ
δ
＝arccos{[2(s+r)2‑
δ2]/2(s+r)}。
[0047]其中，δ为最大误差距离。
[0048]优选地，设检测仪支持的测量点数为N
M
(M＝2,4,6，
……
)，则实际测量点数N1表达为：
[0049][0050]其中，N1为偶数，N
Mi
为第i个检测仪支持的测量点数，N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管体口径激光扫描检测仪的测试方法，其特征在于，其用于确定在不同管体口径条件下，能够在扫描周期和检测精度间实现平衡时，信号扫描的最大实际转角；所述测试方法包括如下步骤：S1：根据管体标准口径和检测仪的激光光束直径计算出覆盖管体整周内壁所需的最少测量点数，进而计算检测仪的测距转角；则所述最少测量点数N为：其中，N为偶数，α为激光光束直径作为管体口径截面圆的一个弦时对应的圆心角，L为激光光束直径，R0为管体的标准内半径；所述测距转角α
f
为：α
f
＝2π/N；S2：检测仪根据所述测距转角在管体内沿管体口径截面旋转一周；检测仪每旋转一个测距转角测量其自身与管体内壁的间距s并记录旋转次数c；S3：获取检测仪的旋转半径r，根据所述间距s、所述旋转半径r和所述旋转次数构建虚拟圆并确定虚拟圆的圆心，具体方法如下：S31：将测量的每个间距加上旋转半径作为虚拟半弦；S32：根据每个所述虚拟半弦的弦长及所述旋转次数将所述虚拟半弦映射到一个平面坐标系中；其中，每个虚拟半弦的起点均位于原点O2上；任意相邻的两个虚拟半弦之间的夹角等于所述测距转角α
f
；S33：计算平面坐标系中每隔180
°
的两个虚拟半弦之和作为虚拟弦；S34：选取长度最大的虚拟弦作为虚拟直径，则所述虚拟直径的中点即为虚拟圆心O1；S4：采用余弦定理计算每个虚拟半弦对应的虚拟半径；假设虚拟直径的两端点分别记为K和K
’
，任一虚拟半弦远离所述虚拟圆心的端点为P，则虚拟半径O1P表达为：其中，H
K
为O2到K的距离，H
K+N
为O2到K
’
的距离，H
P
为O2到P的距离，θ为O2P相对于O2K的夹角；S5：采用正弦定理计算虚拟直径与虚拟半径的夹角作为相应的虚拟圆心角；则所述虚拟圆心角β表达为：S6：根据所述虚拟半径和所述激光光束直径计算实际测量点数；进而根据所述实际测量点数计算检测仪每次测量的实际转角；则所述实际转角θ0表达为：其中，N1为实际测量点数，θ
l
为激光光束直径对应的光束圆心角，θ
δ
为最大误差距离对
应的圆心角；S7：根据管体标准口径与所述实际转角的映射关系建立转换表；所述转换表用于表征管体口径、测量点数和测量转角的一一映射关系。2.根据权利要求1所述的管体口径激光扫描检测仪的测试方法，其特征在于，在S33中，设所述最少测量点数为2m，则每个虚拟弦记为：l
i
＝s
i
+s
i+m
+2r(i＝1,2,3，
……
，m)；其中，l
i
为第i个虚拟弦，s
i
为检测仪旋转i个测距转角时测量的间距，s
i+m
为检测仪旋转i+m个测距转角时测量的间距。3.根据权利要求1所述的管...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊邦，高庆生，陈远江，王帅，郭伟剑，陈智伶，张建国，李涛，桂大庆，徐红歌，华鹏翔，孙雯昕，李晓龙，李朋辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：