基于点激光传感器的管道内壁缺陷检测方法研究.pdf

摘要

油管是油田生产中的重要设备，其运行的安全性和可靠性对油田的生产和经济效

益具有至关重要的影响。目前油田大多数采用有杆抽油方式进行石油开釆，在抽油过

程中，抽油杆的振动和冲击会使得油管内部发生变形和磨损，导致管道内壁产生偏磨，

从而引发安全事故和经济损失。本文构建了一套基于点激光传感器的油管内壁缺陷检

测系统，适用于内径较小的狭长微细油管内壁偏磨检测，通过缺陷检测装置对油管内

壁不同位置进行连续圆周测量，重构管道内壁三维点云数据并进行缺陷的定性分析与

定量计算。

在实际油管缺陷检测实验前，需先对缺陷检测装置中点激光位移传感器与法兰联

轴器位姿关系进行标定，而后进行缺陷特征提取及缺陷识别分析等相关工作，因此，

本文采用下述思路展开了相关标定与检测技术的研究：首先搭建了管道内壁缺陷检测

装置，该装置由六角支撑柱体、行星减速步进电机、微型点激光位移传感器和法兰轴

组成，并完成了系统软件模块的设计与实现。然后对缺陷检测原理进行介绍，并建立

了缺陷检测装置的手眼关系模型，提出了一种基于改进粒子群优化算法降低标定误差

的传感器静态标定新方法，并定义了一种基于权重聚合法的最小适应度函数。并给出

了点云数据三维重建方法，提出了一种基于法矢量判别的管道缺陷定性分析法，并给

出了缺陷定量计算方法。最后开展了传感器标定和管道缺陷检测实验。

实验结果表明：经过改进粒子群优化算法后的手眼关系，柱面均方差由0.0600降

至0.0188，半径偏差由0.0019mm降至0.0003mm。并进行了实际偏磨油管缺陷检测实

验，通过对其内壁进行缺陷特征提取和管道内壁三维重建，完成了油管圆柱度差值和

最大偏磨深度的定量计算，实现了油管内壁缺陷的可视化无损检测目的。

关键词：油管；点激光位移传感器；手眼标定；粒子群优化算法；三维重构；无损检

测

ABSTRACT

Oilpipeisanimportantequipmentinoilfieldproduction,anditsoperationsafetyand

reliabilityhaveavitalimpactonoilfieldproductionandeconomicbenefits.Atpresent,most

oilfieldsusetherodpumpingmethodforoilproduction.Duringtheoilpumpingprocess,the

vibrationandimpactofthesuckerrodwillcausedeformationandwearinsidetheoilpipe,

resultingineccentricwearontheinnerwallofthepipe,whichwillcausesafetyaccidents

andeconomicloss.Inthispaper,asetofoilpipeinnerwalldefectdetectionsystembasedon

pointlasersensorisconstructed,whichissuitablefortheeccentricweardetectionofthe

narrowandlongmicrooilpipeinnerwallwithsmallinnerdiameter.Thedefectdetection

devicecancontinuouslymeasuretheinnerwalloftheoilpipeatdifferentpositions,and

reconstructthethree-dimensionalpointoftheinnerwalloftheoilpipe.Clouddataand

qualitativeanalysisandquantitativecalculationofdefects.

Beforetheactualoilpipedefectdetectionexperiment,itisneces