一种管道双目三维测量装置
阅读说明：本技术 一种管道双目三维测量装置 (Pipeline binocular three-dimensional measuring device ) 是由 冯玉明 熊江 闫东方 廖川林 于 2021-08-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种管道双目三维测量装置,包括：巡检保持架、三维巡检机构、抵座组件和平衡惰轮组件,巡检保持架包括弧形套杆和伸缩弧杆,伸缩弧杆的一端滑动套接于弧形套杆的内部,弧形套杆的外侧固定安装有驱动电机,伸缩弧杆的一侧开设有齿条,驱动电机的输出端固定套接有与齿条的表面相互啮合的主动齿,弧形套杆的内侧固定安装有运动转轮。本发明中,采用自动化机架结构,利用巡检保持架进行油气管道的包裹夹持,并通过运动转轮和抵座组件对管道的夹持运动实现三维巡检机构的运动巡检,自动进行管道外周的三维识别扫描,降低油气管道的巡检难度,灵活调整位置结构,实现对管道形貌的三维测量。(The invention discloses a binocular three-dimensional measuring device for a pipeline, which comprises: patrol and examine holder, three-dimensional inspection machine constructs, supports seat subassembly and balanced idler subassembly, patrol and examine the holder and include arc loop bar and flexible arc pole, the one end of flexible arc pole slides and cup joints in the inside of arc loop bar, the outside fixed mounting of arc loop bar has driving motor, the rack has been seted up to one side of flexible arc pole, driving motor's the fixed initiative tooth that has connect with the surface intermeshing of rack of output cover, the inboard fixed mounting of arc loop bar has the motion runner. According to the invention, an automatic rack structure is adopted, the routing inspection retainer is used for wrapping and clamping the oil-gas pipeline, the motion routing inspection of the three-dimensional routing inspection mechanism is realized through the clamping motion of the motion rotating wheel and the abutting seat assembly on the pipeline, the three-dimensional identification scanning of the periphery of the pipeline is automatically carried out, the routing inspection difficulty of the oil-gas pipeline is reduced, the position structure is flexibly adjusted, and the three-dimensional measurement of the appearance of the pipeline is realized.)
技术领域
本发明涉及管道巡检技术领域，具体为一种管道双目三维测量装置。
背景技术
管道在日常使用中由于各种外力破坏和潮湿空气的腐蚀，露天管道常会发生变形、凹陷，从而，引发油气泄漏，造成巨大经济损失和环境污染。管道老化所出现的破裂、堵塞等需要定期进行维护。由于管道内径以及内部、外部环境的限制，通常必须依赖于管道机器人进行巡检、维护。但是，由于管道尺寸和设置环境多样，为每一尺寸、每一类型管道分别针对其巡检需求设计不同的管道机器人是不现实的。在这种情况下，需对管道损坏处进行修复，修复前，通常维修人员需通过巡检详细了解损害情况，利用与人眼双目立体视觉相似原理的双目视觉三维重建技术由于硬件装配简单和技术成熟等优点受到工业界和学术界的广泛青睐，已成功应用于虚拟现实、海底探测、生物医学和工业检测等领域。
现有的管道三维建模主要采用人工检测的方式，巡检人员手持举杆进行三维取样机头的运动移动，通过三维取样机头扫录管道外壁三维影像，并通过图像处理自动识别管道外壁情况，特殊环境作业下巡检人员的定期规范化培训和巡检人员的分配也增加了企业成本，且石油化工厂由于其生产运输品化学性质不稳定性，极易产生安全隐患，油气管道主要布置于高处人工巡检难度较大，不便操作。
此外虽然现有的管道长度方向上巡检过程中设置有驱动结构，但是由于管道的外围尺寸并非是恒定单一的，例如在固定长度处会设有管道连接件，使得管道外壁的光滑程度不规则，从而为巡检结构在管道上的移动造成障碍，甚至需要反复停机进行人工挪动跨越。
有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种管道双目三维测量装置，来解决目前存在的管道巡检难度大且人工效率低下的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。
发明内容
本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种管道双目三维测量装置，包括：巡检保持架、三维巡检机构、抵座组件和平衡惰轮组件，所述巡检保持架包括弧形套杆和伸缩弧杆，所述伸缩弧杆的一端滑动套接于弧形套杆的内部，所述弧形套杆的外侧固定安装有驱动电机，所述伸缩弧杆的一侧开设有齿条，所述驱动电机的输出端固定套接有与齿条的表面相互啮合的主动齿，所述弧形套杆的内侧固定安装有运动转轮，所述弧形套杆和伸缩弧杆为弧形结构，所述运动转轮的数量为两个且呈对称分布于平衡惰轮组件的两侧，所述运动转轮包括伸缩抵杆、转轮导座和麦克纳母轮，所述麦克纳母轮固定安装于转轮导座的内侧，所述伸缩抵杆的两端分别与弧形套杆的内侧和转轮导座的表面固定连接，所述转轮导座和麦克纳母轮与巡检保持架的径向呈°夹角；其中在伸缩弧杆本体上的径向方向的内侧为第一挠性材质，径向方向外侧的紧邻该挠性材质的为第二挠性材质，第一挠性材质较第二挠性材质更易变形；
所述抵座组件包括支撑耳架、球座和弹性抵接球，所述支撑耳架与伸缩弧杆的端部转动连接，所述支撑耳架的一侧活动连接有一可伸缩调节杆，所述调节杆的另一端与伸缩弧杆的表面转动连接，所述球座固定安装于支撑耳架的顶端，所述弹性抵接球活动嵌入于支撑耳架的内部，所述抵座组件与平衡惰轮组件呈相对布置；其中在支撑耳架本体的两侧分别固定连接有一挠性材质的倾斜引导楔形体，该楔形体的倾斜方向满足如下规则：楔形体的的厚度为从弹性抵接球至支撑耳架方向上逐步变厚；
所述平衡惰轮组件包括驱动壳体、外转子电机和配重陀轮，所述平衡惰轮组件呈水平方向布置，所述驱动壳体的顶面与弧形套杆的底面固定连接，所述外转子电机的端部与驱动壳体的内侧固定连接，所述配重陀轮固定套接于外转子电机的外侧；
所述三维巡检机构包括巡检设备架、电磁驱动块、电磁导杆和三维摄录机头，所述电磁驱动块通过巡检设备架固定安装于弧形套杆的顶面，所述电磁导杆滑动套接于电磁驱动块的内侧，所述三维摄录机头固定安装于电磁导杆的一端，所述三维摄录机头的数量为两个且呈原点对称分布于弧形套杆的两侧。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述弧形套杆和伸缩弧杆为弧形结构，所述运动转轮的数量为两个且呈对称分布于平衡惰轮组件的两侧。
通过采用上述技术方案，利用运动转轮的支撑管道外壁进行运动，通过运动转轮和抵座组件对管道的夹持运动实现三维巡检机构的运动巡检，自动进行管道外周的三维识别扫描。
通过采用上述技术方案，利用运动转轮的弹性抵接，使得该运动机架结构可根据监测管道和场景不同自由调节大小并进行管道外壁抵接。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述调节杆为电动推杆结构，所述调节杆的另一端与伸缩弧杆的表面转动连接，所述弹性抵接球为橡胶材质构件，所述弹性抵接球转动安装于球座的内部，所述抵座组件与平衡惰轮组件呈相对布置。
通过采用上述技术方案，可通过调节杆驱动弹性抵接球进行偏转运动，将弹性抵接球的端面与管道外侧进行抵接，与运动转轮共同对管道进行夹持固定，并执行巡检保持架的运动。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述平衡惰轮组件呈水平方向布置，所述配重陀轮为钨钢材质构件。
通过采用上述技术方案，利用配重陀轮的持续旋转为巡检保持架提供平衡矢量运动，用高速回转体的动量矩稳定壳体相对惯性空间平衡正交于自转轴角运动，为机架运动提供稳定性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述三维巡检机构包括巡检设备架、电磁驱动块、电磁导杆和三维摄录机头，所述电磁驱动块通过巡检设备架固定安装于弧形套杆的顶面，所述电磁导杆滑动套接于电磁驱动块的内侧，所述三维摄录机头固定安装于电磁导杆的一端；所述三维摄录机头的数量为两个且呈原点对称分布于弧形套杆的两侧，所述电磁驱动块和电磁导杆的输入端电性连接有控制器，所述控制器为PLC控制器。
通过采用上述技术方案，通过电磁驱动块驱动巡检设备架和三维摄录机头进行伸出调节三维摄录机头的位置，对向管道进行自动化摄录三维扫描。
本发明所取得的有益效果为：
1.本发明中，采用自动化机架结构，利用巡检保持架进行油气管道的包裹夹持，并通过运动转轮和抵座组件对管道的夹持运动实现三维巡检机构的运动巡检，自动进行管道外周的三维识别扫描，降低油气管道的巡检难度，灵活调整位置结构，实现对管道形貌的三维测量。
2.本发明中通过差异化材质的伸缩弧杆的所设计以及底部设置有楔形挠性引导结构的抵座组件，使得在巡检机构在管道的异形构造处能够顺利跨越，无需人工干预。
2.本发明中，采用弧形保持架结构，利用弧形套杆和伸缩弧杆的伸缩结构格局管道直径自由调节伸缩长度与管道外壁抵接，利用运动转轮的弹性抵接进行支撑管道外壁进行运动，使得该运动机架结构可根据监测管道和场景不同，打破了传统巡检方式的二维监测局限性，自由调节大小适用于不同大小管道。
3.本发明中，通过加装平衡惰轮组件进行机架的安装，利用配重陀轮的持续旋转为巡检保持架提供平衡矢量运动，用高速回转体的动量矩稳定壳体相对惯性空间平衡正交于自转轴角运动，为机架运动提供稳定性，且能够为三维巡检机构进行的摄录提供稳定防抖作用，提高三维扫描精度。
附图说明
图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；
图2为本发明一个实施例的巡检保持架结构示意图；
图3为本发明一个实施例的伸缩弧杆驱动结构示意图；
图4为本发明一个实施例的平衡惰轮组件结构示意图；
图5为本发明一个实施例的三维巡检机构结构示意图；
图6为本发明一个实施例的运动转轮结构示意图；
图7为本发明一个实施例的抵座组件结构示意图。
附图标记：
100、巡检保持架；110、弧形套杆；120、伸缩弧杆；130、齿条；140、运动转轮；141、伸缩抵杆；142、转轮导座；143、麦克纳母轮；
200、三维巡检机构；210、巡检设备架；220、电磁驱动块；230、电磁导杆；240、三维摄录机头；
300、驱动电机；
400、抵座组件；410、支撑耳架；420、球座；430、弹性抵接球；440、调节杆；
500、平衡惰轮组件；510、驱动壳体；520、外转子电机；530、配重陀轮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种管道双目三维测量装置。
结合图1-7所示，本发明提供的一种管道双目三维测量装置，包括：巡检保持架100、三维巡检机构200、抵座组件400和平衡惰轮组件500，所述巡检保持架100包括弧形套杆110和伸缩弧杆120，所述伸缩弧杆120的一端滑动套接于弧形套杆110的内部，所述弧形套杆110的外侧固定安装有驱动电机300，所述伸缩弧杆120的一侧开设有齿条130，所述驱动电机300的输出端固定套接有与齿条130的表面相互啮合的主动齿，所述弧形套杆110的内侧固定安装有运动转轮140，所述弧形套杆110和伸缩弧杆120为弧形结构，所述运动转轮140的数量为两个且呈对称分布于平衡惰轮组件500的两侧，所述运动转轮140包括伸缩抵杆141、转轮导座142和麦克纳母轮143，所述麦克纳母轮143固定安装于转轮导座142的内侧，所述伸缩抵杆141的两端分别与弧形套杆110的内侧和转轮导座142的表面固定连接，所述转轮导座142和麦克纳母轮143与巡检保持架100的径向呈45°夹角；其中在伸缩弧杆120本体上的径向方向的内侧为第一挠性材质，径向方向外侧的紧邻该挠性材质的为第二挠性材质，第一挠性材质较第二挠性材质更易变形；
所述抵座组件400包括支撑耳架410、球座420和弹性抵接球430，所述支撑耳架410与伸缩弧杆120的端部转动连接，所述支撑耳架410的一侧活动连接有一可伸缩调节杆440，所述调节杆440的另一端与伸缩弧杆120的表面转动连接，所述球座420固定安装于支撑耳架410的顶端，所述弹性抵接球430活动嵌入于支撑耳架410的内部，所述抵座组件400与平衡惰轮组件500呈相对布置；其中在支撑耳架410本体的两侧分别固定连接有一挠性材质的倾斜引导楔形体，该楔形体的倾斜方向满足如下规则：楔形体的的厚度为从弹性抵接球430至支撑耳架410方向上逐步变厚；
所述平衡惰轮组件500包括驱动壳体510、外转子电机520和配重陀轮530，所述平衡惰轮组件500呈水平方向布置，所述驱动壳体510的顶面与弧形套杆110的底面固定连接，所述外转子电机520的端部与驱动壳体510的内侧固定连接，所述配重陀轮530固定套接于外转子电机520的外侧；
所述三维巡检机构200包括巡检设备架210、电磁驱动块220、电磁导杆230和三维摄录机头240，所述电磁驱动块220通过巡检设备架210固定安装于弧形套杆110的顶面，所述电磁导杆230滑动套接于电磁驱动块220的内侧，所述三维摄录机头240固定安装于电磁导杆230的一端，所述三维摄录机头240的数量为两个且呈原点对称分布于弧形套杆110的两侧
利用运动转轮140的支撑管道外壁进行运动，通过运动转轮140和抵座组件400对管道的夹持运动实现三维巡检机构200的运动巡检，自动进行管道外周的三维识别扫描。
在该实施例中，运动转轮140包括伸缩抵杆141、转轮导座142和麦克纳母轮143，麦克纳母轮143固定安装于转轮导座142的内侧，伸缩抵杆141的两端分别与弧形套杆110的内侧和转轮导座142的表面固定连接，利用运动转轮140的弹性抵接，使得该运动机架结构可根据监测管道和场景不同自由调节大小并进行管道外壁抵接,转轮导座142和麦克纳母轮143与巡检保持架100的径向呈45°夹角,利用伸缩抵杆141的弹性伸出使麦克纳母轮143与管道表面进行抵接，通过麦克纳母轮143的驱动与管道表面抵接实现巡检保持架100的平移移动。
在该实施例中，调节杆440为电动推杆结构，调节杆440的另一端与伸缩弧杆120的表面转动连接，弹性抵接球430为橡胶材质构件，弹性抵接球430转动安装于球座420的内部，抵座组件400与平衡惰轮组件500呈相对布置。
具体的，可通过调节杆440驱动弹性抵接球430进行偏转运动，将弹性抵接球430的端面与管道外侧进行抵接，与运动转轮140共同对管道进行夹持固定，并执行巡检保持架100的运动。
在该实施例中，平衡惰轮组件500呈水平方向布置，配重陀轮530为钨钢材质构件。
具体的，利用配重陀轮530的持续旋转为巡检保持架100提供平衡矢量运动，用高速回转体的动量矩稳定壳体相对惯性空间平衡正交于自转轴角运动，为机架运动提供稳定性，且能够为三维巡检机构200进行的摄录提供运动防抖作用，提高三维扫描精度。
在该实施例中，三维巡检机构200包括巡检设备架210、电磁驱动块220、电磁导杆230和三维摄录机头240，电磁驱动块220通过巡检设备架210固定安装于弧形套杆110的顶面，电磁导杆230滑动套接于电磁驱动块220的内侧，三维摄录机头240固定安装于电磁导杆230的一端；
进一步的，三维摄录机头240的数量为两个且呈原点对称分布于弧形套杆110的两侧，电磁驱动块220和电磁导杆230的输入端电性连接有控制器，控制器为PLC控制器，通过三维巡检机构200进行图像采集，采集到的图像数据共同构成待测管道的三维重建数据源，用以恢复待测管道的三维形貌。
具体的，通过电磁驱动块220驱动巡检设备架210和三维摄录机头240进行伸出调节三维摄录机头240的位置，对向管道进行自动化摄录三维扫描。
本发明的工作原理及使用流程：
首先将该三维测量装置通过巡检保持架100套接于管道外壁，并通过驱动电机300驱动伸缩弧杆120顶出，对管道进行包裹夹持，通过电磁驱动块220驱动巡检设备架210和三维摄录机头240进行伸出调节三维摄录机头240的位置，对向管道进行摄录三维扫描；利用伸缩抵杆141的弹性伸出使麦克纳母轮143与管道表面进行抵接，通过麦克纳母轮143的驱动与管道表面抵接实现巡检保持架100的平移移动，由控制器发出信号给巡检保持架100进行匀速移动速度通过三维巡检机构200进行图像采集；这些采集到的图像数据共同构成待测管道的三维重建数据源，用以恢复待测管道的三维形貌，实现三维巡检机构200的运动巡检，进行自动扫描，在巡检保持架100平移运动时，利用配重陀轮530的持续旋转为巡检保持架100提供平衡矢量运动，用高速回转体的动量矩稳定壳体相对惯性空间平衡正交于自转轴角运动，为机架运动提供稳定性，且能够为三维巡检机构200进行的摄录提供运动防抖作用，提高三维扫描精度；其中在进行管道的异形构造处的跨越动作时，具体为在巡检机构到达异形结构处后抵座组件400上的支撑耳架410首先触及该异形构造处，然后随着管道长度方向驱动力在巡检机构上的不断施加以及巡检机构的惯性行进，在支撑耳架410的朝向该异形处的楔形体的引导下，由于楔形体的的厚度为从弹性抵接球430至支撑耳架410方向上逐步变厚，因此使得将横向的驱动力转化为朝向外侧的径向力，从而使得抵座组件400发生朝向径向外侧的形变，从而顺利跨越该异形处，而伸缩弧杆120的内侧的第一挠性组件的挠性设计配合了该动作的执行，而径向更外侧的第二挠性组件的较大挠性的设计配合该动作完成的同时还能够使得齿条130与主动齿的啮合力得到保证。
本发明中通过差异化材质的伸缩弧杆的所设计以及底部设置有楔形挠性引导结构的抵座组件，使得在巡检机构在管道的异形构造处能够顺利跨越，无需人工干预。
在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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