一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于腐蚀检测技术领域，具体涉及一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法。
【背景技术】
[0002]在石油天然气工业中，管道运输占有重要的地位，其具有效率高、运输成本低的特点。管道所处的环境，常常因诸多因素(如酸性气体等)导致管道表面的腐蚀，造成表面出现凹穴甚至穿孔，严重影响管道的使用寿命，甚至发生事故，危害甚大。因此，对管道腐蚀机理的研究以及相应防腐措施的提出成了石化工业中的一个重要研究课题，对腐蚀管道表面形貌分析则是腐蚀机理研究中的一个重要部分。
[0003]在过去很长一段时间内，工件表面的检测都是通过扫描二维轮廓线的方法来进行的，即通过检测工件局部的二维轮廓信息来表征其整体的形貌特征。随着技术的发展，对表面检测的要求也相应提高，出现了通过检测三维形貌参数来表征表面形貌的技术手段，这样更能反映物体的真实表面信息。
[0004]对于工件表面形貌的测量方法，一般分为接触式检测法和非接触式检测法两种方式，前者是以探头或者探针、传感器等组合而成的接触式装置，对物体表面进行接触式测量，首先利用传感器将高度信息转换成电信号信息，把电信号进行处理从而获得物体表面信息，这种方式操作简单，但会造成物体表面损伤，且检测效率较低;非接触式检测一般是用微小的光纤探针，可以同时获得物体表面信息和相互作用的信息，检测效率高，灵敏度高，对物体表面无损伤，但是由于测量条件严格，价格较贵，应用受到限制。其应用例子包括两种，一是扫描隧道显微镜(包括电子扫描隧道显微镜以及光子扫描隧道显微镜)，二是原子力显微镜。表面形貌的检测已经由接触式测量逐步向非接触式测量发展，并且测量精度和分辨率的都在逐渐提高。尤其是利用光学的基本原理，通过干涉的方法，综合自动控制、计算机技术，获取微观的表面三维形貌信息，具有测量精度高、效率高、无损伤的优点，是三维表面检测的发展趋势和方向。
[0005]目前，物体表面的检测手段众多，如中国专利号为2O O 5 I O O 3 3 I 4 1.4、200610166837.9、200980124818.1、201210046615.9、201310071146.0的专利等，都为工件表面的形貌检测提供了一些适用的方法。较为精密的表面形貌检测仪器为原子力显微镜(AFM)，其采用近场光学显微技术，能够获得较高精度的表面形貌信息，但设备成本高昂，操作复杂，难以进行广泛的运用。采用以上所述方法，均能够检测物件的表面形貌特征。但是这些方法所涉及仪器设备结构复杂，操作难度较大，并且检测成本较高，不符合经济利益，另外也没有一种检测方法是用于石化工业运输管道等器件的表面形貌检测，对管道的腐蚀机理的研究不能提供更好的后期解决方法，无法有效直观地进行管道表面形貌的定量表征。
[0006]目前，国内外三维光学密集点云扫描测量系统主要采用格雷码加相移的三维测量技术，用多幅格雷码光栅对测量区域分级标识，再用单幅光栅相移测量，虽然操作简单，易于实现产品化，但测量精度较低，单次测量幅面较小，且无法测量较暗或者表面变化剧烈的工件。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，为腐蚀管道外壁的形貌提供一种有效的检测方法。
[0008]为此，本发明提供了一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，包括以下步骤:
步骤I)对腐蚀管道的表面进行点云采集；
步骤2)将采集的点云逆向还原为管道的三维实体图像；
步骤3)对管道表面三维实体图像进行分析，以内壁为基准面，以外壁为测试对象，得到不同区域的实际管道壁厚，用不同颜色表示不同的实际管道壁厚，以反映管道外壁不同区域腐蚀程度。
[0009]步骤I)所述的对腐蚀管道的表面进行点云采集具体过程如下:
(1)除去管道外表面油漆和腐蚀产物，并用铜刷除去表面铁锈，利用酒精、丙酮进行管道表面清洗，使管道表面的基体完全显露；
(2)在管道外表面均匀地涂上一层白色显像剂，然后在外表面贴上至少三个标志点，再米用标定板进行标定；
(3)开始扫描，通过光栅投影仪投影多种频率的光栅到待测物管道上，两个CCD相机同时接收一个相应成角度的图像，然后对图像进行解码和相位计算；
(4)对管道表面进行多视角，多次的全方位扫描，利用立体匹配技术和三角测量原理计算投影区域内两个CCD相机公共视野像素点的三维坐标，以获得管道整体外形的点云。[00?0] 步骤2)运用GeomagicStud1软件对所获取的点云进行图像还原，删除点云之外的离散点，并将获取的点云信息封装，转化为管道的三维实体图像。
[0011]步骤3)运用GeomagicQualify软件对管道表面三维图像进行分析，以获得管道外壁不同区域腐蚀程度的大小。
[0012]本发明的有益效果是:本发明与传统的格雷码加相移法相比，测量精度更高，速度快，单次测量幅面更大，抗干扰能力强，并可调节成任意角度作全方位的全场测量，获得腐蚀管道外壁的三维图像数据，为研究管道的腐蚀机理和制定防腐措施提供直接依据，且有效直观地进行管道表面形貌的定量表征。
[0013]下面将结合附图做进一步详细说明。
【附图说明】
[0014]图1是复原的管道外壁三维实体图像；
图2是不同管道壁厚的颜色偏差示意图；
图3是管道某横截面处的位置示意图；
图4是图3中横截面处的管道壁厚变化图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1:
本实施例提供了一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，包括以下步骤: 步骤I)对腐蚀管道的表面进行点云采集；
步骤2)将采集的点云逆向还原为管道的三维实体图像；
步骤3)对管道表面三维实体图像进行分析，以内壁为基准面，以外壁为测试对象，得到不同区域的实际管道壁厚，用不同颜色表示不同的实际管道壁厚，以反映管道外壁不同区域腐蚀程度的大小。
[0016]点云采集之后对腐蚀管道进行逆向还原，得到如图1所示的管道表面腐蚀三维形貌图，图1中所示外壁形貌与管道的实际形貌相吻合，管道右边的腐蚀程度较为严重；图2是不同管道壁厚的颜色偏差示意图，以内壁为基准面，以颜色差异来表示管道壁厚，图2中壁厚变化范围为3.2mm-4.8mm，值越小表示受腐蚀的程度越大，颜色越深则表示该区域腐蚀程度越重。
[0017]实施例2:
在实施例1的基础上，对腐蚀管道的表面进行点云采集具体过程如下:
(1)除去管道外表面油漆和腐蚀产物，并用铜刷除去表面铁锈，利用酒精、丙酮进行管道表面清洗，使管道表面的基体完全显露；
(2)在管道外表面均匀地涂上一层白色显像剂，然后在外表面贴上至少三个标志点，再米用标定板进行标定；
(3)开始扫描，通过光栅投影仪投影多种频率的光栅到待测物管道上，两个CCD相机同时接收一个相应成角度的图像，然后对图像进行解码和相位计算；
(4)对管道表面进行多视角，多次的全方位扫描，利用立体匹配技术和三角测量原理计算投影区域内两个CCD相机公共视野像素点的三维坐标，以获得管道整体外形的点云。
[0018]本实施例运用GeomagicStud1软件对所获取的点云进行图像还原，删除点云之外的离散点，并将获取的点云信息封装，转化为管道的三维实体图像。然后运用GeomagicQualify软件对管道表面三维图像进行分析，以获得管道外壁不同区域腐蚀程度;包括以不同颜色区分内外壁之间不同偏差的颜色偏差图(3D比较)，以及管道某一横截面处内外表面的2D比较图，以获得腐蚀表面凹凸程度，腐蚀区域与未腐蚀区域的对比信息。
[0019]图3是管道某横截面处的位置示意图；图4为图3中横截面处的壁厚变化图，图4中有十四处标注，D表示腐蚀后的实际壁厚值，Dx，Dy，Dz分别代表三维坐标X，y，z方向上内外表面的差值。
[0020]本发明提供的管道外壁腐蚀形貌定量检测方法能直观地反映出外壁不同区域的腐蚀程度，通过在具体的位置创建标注，可以突出内外表面的偏差，定量分析在该横截面处腐蚀程度的变化趋势。
[0021]本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再一一详细说明。
[0022]以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤I)对腐蚀管道的表面进行点云采集； 步骤2)将采集的点云逆向还原为管道的三维实体图像； 步骤3)对管道表面三维实体图像进行分析，以内壁为基准面，以外壁为测试对象，得到不同区域的实际管道壁厚，用不同颜色表示不同的实际管道壁厚，以反映管道外壁不同区域腐蚀程度的大小。2.根据权利要求1所述的一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，其特征在于，步骤I)所述的对腐蚀管道的表面进行点云采集具体过程如下: (1)除去管道外表面油漆和腐蚀产物，并用铜刷除去表面铁锈，利用酒精、丙酮进行管道表面清洗，使管道表面的基体完全显露； (2)在管道外表面均匀地涂上一层白色显像剂，然后在外表面贴上至少三个标志点，再米用标定板进行标定； (3)开始扫描，通过光栅投影仪投影多种频率的光栅到待测物管道上，两个CCD相机同时接收一个相应成角度的图像，然后对图像进行解码和相位计算； (4)对管道表面进行多视角，多次的全方位扫描，利用立体匹配技术和三角测量原理计算投影区域内两个CCD相机公共视野像素点的三维坐标，以获得管道整体外形的点云。3.根据权利要求1所述的一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，其特征在于:步骤2)运用GeomagicStud1软件对所获取的点云进行图像还原，删除点云之外的离散点，并将获取的点云信息封装，转化为管道的三维实体图像。4.根据权利要求1所述的一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，其特征在于:步骤3)运用Geomagic Qualify软件对管道表面三维图像进行分析，以获得管道外壁不同区域腐蚀程度。
【专利摘要】本发明提供了一种管道外壁腐蚀形貌定量检测方法，包括以下步骤：1）点云采集；2）三维实体图像还原；3）对管道表面三维实体图像进行分析。本发明提供的管道外壁腐蚀形貌定量检测方法能直观地反映出外壁不同区域的腐蚀程度，通过在具体的位置创建标注，可以突出内外表面的偏差，定量分析在该横截面处腐蚀程度的变化趋势。
【IPC分类】G01N21/88, G01B11/06
【公开号】CN105486240
【申请号】CN201511015503
【发明人】解永刚, 田喜军, 韩东兴, 高亮, 王轩, 徐勇, 王霞, 王蕾, 刘青, 江国旗, 季伟, 马鹏飞, 王升
【申请人】中国石油天然气股份有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月31日