利用光学快速扫描技术进行表面腐蚀缺陷测量和成像研究finial

1、.利用光学快速扫描技术进行表面腐蚀缺陷测量和成像研究杨顶杰1，刘全利2，江运喜11， 矩阵科技有限公司 北京 1001022， 中国石油天然气管道科学研究院 河北廊坊 065000摘要：金属材料与周围环境如大气、土壤等相互作用会导致腐蚀现象的发生。本文详细介绍了光学快速扫描技术，可应用于腐蚀凹陷情况的测量。该技术基于光学扫描拍照原理，通过条纹结构光扫描工件并获取工件表面三维数据。利用该技术可以有效地对金属表面腐蚀状况进行测量，从而为整体结构的失效分析和寿命评估提供真实有效的数据支撑。关键词：表面腐蚀，光学扫描THE SURFACE CORROSION DEFECT MEASUREMENT AN

2、D IMAGING STUDIES OF FAST OPTICAL SCANNING TECHNOLOGYYang Dingjie1, Liu Quanli2, Jiang Yunxi11, Matrix U/E Technologies Ltd，Beijing，100102；2, Pipeline Reaserch Institute of CNPC, LangFang, HeBei, 065000Abstract: Corrosion will happen when metal material exposed in air or soil. There is a detailed de

3、piction on the rapid optical scanning technology, which can be applied to corrosion measurement. It bases on optical scanning and photographing theory and collects 3D data by scanning the component surface with stripe type light. We can get real and effective data for fault analysis and life assessm

4、ent when it used to detect the surface corrosion.Keywords: surface corrosion, optical scanning1.概述金属的腐蚀问题，日益受到人们的重视。每年全世界因腐蚀造成的损失占到生产总值的2%-4%1。表面腐蚀（外腐蚀）一直是腐蚀的主要方式，如何有效地对设备表面腐蚀状况进行检测，先进的检测技术是关键。目前国内外采用的检测方法主要包括超声波检测、涡流检测、漏磁检测等方法2，这些方法不同程度的存在着检测速度慢，检测成本高等问题。光学扫描技术的出现有望突破上述条件的制约，提高腐蚀检测效率，降低检测成本，为腐蚀测量带来

5、革命性的变化。2.光学快速扫描技术该项技术基于结构光扫描拍照原理，如图一所示。光源投射条纹结构光到工件表面一点，相机端接收来自工件表面的反射光并在CCD上的点成像。通过标定相机CCD像素点与实际工件测量点的对应关系得到工件表面每一点的三维数据3。图一 工作原理示意图在面内，三角形与三角形相似，根据三角形相似原理，有如下关系式成立 从而可得出同理可知，在面，有如下关系式成立综合可知，物点坐标与像点坐标的对应关系式为：其中，物点坐标，为像点坐标相机焦距条纹结构光的出射角度光源入射点与CCD中心的距离由上述关系式不难看出，CCD内的像素点与真实工件表面的测量点之间存在着一一对应的关系，只要知道像点的

6、二维坐标即可求得工件上任一点的三维坐标。利用测量点的三维坐标数据进行曲面拟合，拟合公式如下：其中，为待求系数，可根据测量点的坐标确定。通过比较拟合面与实际工件表面的数值差计算出腐蚀坑的最大深度以及尺寸等信息。图二 腐蚀坑深度及尺寸计算原理对得到的数值进行颜色编码以绘制图像，并采用增强现实技术将检测结果实时成像到工件表面。该技术借助计算机图形技术和可视化技术将缺陷的尺寸、深度等信息与真实工件融为一体，使得观测更加方便直观。3.腐蚀测量将DentCHECK测量仪对准待检测的工件，调节仪器与工件间的距离和角度，设定参数，画定检测范围（椭圆形区域），然后进行扫描，最终得到如图三（右）所示的检测图像。

7、图三 腐蚀凹陷检测图（左侧为实物图，右侧为检测后的成像图，图中编号1和2代表凹陷）在该检测图像中，椭圆形的区域为检测区域。在检测区域内，不同深度的位置显示为不同的颜色，其中，工件凹陷区域为蓝色，工件较为平整的区域显示为绿色。此外，图像中还对每个腐蚀坑深度，尺寸等信息进行了标注，不同的字母以及其后的数字代表的意义如下： L腐蚀坑最深点数值D腐蚀坑的短轴尺寸L/D腐蚀坑的短轴尺寸/最深点数值#腐蚀坑的编号采用该方法得到各腐蚀凹陷的数据如表一所示：表一 采用光学测量方法测量得到的数据序号短轴尺寸D（mm）深度值L（mm）比值L/D（mm）120.760-0.990-20221.462-0.542-3

8、9对该腐蚀凹陷采取常规的直尺与千分表进行测量，得到如表二所示的数据：表二 采用常规方法测量得到的数据序号短轴尺寸D（mm）深度值L（mm）120.5-0.958221.3-0.532经过对比，发现采用光学扫描方法与常规测量方法得到结果比较吻合。但采用常规方法测量时，受主观影响较大，且往往找不到凹陷的最深点，需多次测量。这大大降低了检测的效率，而光学扫描方法测量速度快、精度高；结果直观、可靠，较现有的常规检测方法更高效，更便捷。该技术可广泛应用于油气管道输运、安全与防护等领域。4.总结该技术利用光学扫描拍照原理测量金属表面腐蚀情况，测量速度快，精度高，结果实时成像，直观易懂。将此技术应用于腐蚀凹陷测量必将大大提高了检测的效率和准确性。此外，该技术还可广泛应用于航空航天，汽车制造等领域的材料表面凹陷测量。参考文献1 张炜强，秦立高，李飞. 腐蚀监测/检测技术【J】，腐