本发明涉及车载高压储氢气瓶的，特别是气瓶塑料内胆自动化检测装置、三维重构算法及分析方法的。
背景技术：
1、车载高压储氢气瓶是氢能产业中的关键装备，主流气瓶包括铝内胆和塑料内胆的碳纤维全缠绕气瓶。塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶具有体积小、质量轻、成本低的优点。塑料内胆往往采用分体式焊接成型的工艺，两端注塑成型的封头和挤出成型的筒体进行热板或激光焊接。分体式焊接成型工艺中，封头部分的塑料内胆和金属阀座一次成型，但塑料内胆存在多条焊缝。封头和筒体的尺寸精度、位置精度影响焊缝错边量，加热温度、加热时间、焊接压力影响焊缝力学性能，增加疲劳损伤和屈曲失效的可能性。因此，需要对焊缝及整个塑料内胆进行成型下线检测。
2、塑料内胆的外表面检查、水压试验可判断整体状况，相控阵超声检测技术可检测塑料内胆焊缝的焊接质量。但是，外表面检查和相控阵超声检测技术的工序尚未成熟，影响塑料内胆成型检测效率。由此，塑料内胆成型下线检测面临以下技术难题：1外表面检查包括外观轮廓、圆度、直线度、筒身长度，检测所需的仪器较多，工序复杂；2相控阵超声检测技术配套塑料内胆检测的自动化程度较低，手持相控阵探头检测焊缝的耦合效果不连续；3检测得到的外表面检查数据和相控阵超声检测数据的集成化程度较低，并且未进行数字化显示。
技术实现思路
1、本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种气瓶塑料内胆自动化检测装置、三维重构算法及分析方法，能够全自动对塑料内胆进行检测，一次解决多种检测需求，检测效率有效提升。
2、为实现上述目的，本发明提出了一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，包括塑料内胆固定机构，还设有用于与所述塑料内胆固定机构配合以驱动固定于所述塑料内胆固定机构上的塑料内胆绕其轴线旋转的旋转驱动机构、与所述塑料内胆固定机构配合的检测水槽，所述塑料内胆固定机构将塑料内胆固定于所述检测水槽上侧，所述检测水槽内设有朝向塑料内胆段设置的筒体检测装置和两个分别朝向塑料内胆两端位置设置的封头段检测装置，所述筒体检测装置和所述封头段检测装置下端均设有用于驱动其沿塑料内胆轴向移动的移动机构；所述筒体检测装置包括朝向塑料内胆筒体段设置的第一相控阵探头，所述封头段检测装置包括朝向塑料内胆封头设置的第二相控阵探头，所述第二相控阵探头呈与塑料内胆封头适配的弧型；
3、还包括与所述旋转驱动机构配合用于监测塑料内胆旋转角度的旋转角度采集机构、及用于与所述筒体检测装置下侧移动机构配合用于监测该移动机构位置的轴向位置采集机构，还包括控制系统，所述控制系统与所述第一相控阵探头、所述第二相控阵探头、所述旋转角度采集机构、所述轴向位置采集机构数据通信连接，所述控制系统获取所述第一相控阵探头、所述第二相控阵探头的超声检测数据并结合所述旋转角度采集机构、所述轴向位置采集机构位置数据，并将各数据关联重构整个塑料内胆的三维数据。
4、作为优选，所述的塑料内胆固定机构包括与塑料内胆一端封头适配的第一定心组件和与塑料内胆另一端封头适配的第二定心组件，所述第一定心组件、所述第二定心组件分别设于固定支座、移动支座上，所述移动支座上设有用于控制该支座或/和设置在该支座上的定心组件向塑料内胆方向靠近或远离的移动部件，所述旋转驱动机构为设于所述固定支座上的用于驱动所述第一定心组件或所述第二定心组件绕其轴线旋转的旋转电机。
5、作为优选，所述的移动部件包括电动推杆，所述电动推杆设于所述移动支座上并用于驱动所述第二定心组件向塑料内胆方向靠近或远离。
6、作为优选，所述的移动部件还包括设于所述移动支座下侧的支座导轨，所述移动支座可滑动的设于所述支座导轨上；所述移动支座上还设有滑台滑座及设于所述滑台滑座上的副调整支座，所述第一定心组件或所述第二定心组件设于所述副调整支座上，所述滑台滑座一端设有与所述滑台滑座控制连接的手柄。
7、作为优选，所述检测水槽内设有用于支撑塑料内胆的滚轮架组件，所述滚轮架组件包括相对设置的第一轮架、第二轮架，所述第一轮架和第二轮架顶部均设有用于与塑料内胆配合的轮子，所述第一轮架与所述第二轮架之间设有滚轮间距调整装置，所述滚轮间距调整装置包括横向设于所述第一轮架与所述第二轮架之间的双向丝杆、用于驱动所述双向丝杆旋转的滚轮电机，所述双向丝杆由中心至两端螺纹相反，所述第一轮架和所述第二轮架分别通过第一螺母、第二螺母与所述双向丝杆两端螺纹相连。
8、作为优选，所述的移动机构包括检测小车，所述检测水槽内设有小车导轨，所述检测小车可滑动的设于所述小车导轨上，所述检测小车上设有所述第一相控阵探头对应的第一探头支架或与所述第二相控阵探头对应的第二探头支架，所述检测小车上设有若干竖向设置的导向杆，所述导向杆之间横向设有的中间升降板，所述中间升降板可轴向滑动的设于所述导向杆上，所述第一探头支架或所述第二探头支架设置于所述中间升降板上，所述检测小车包括设于所述中间升降板下侧的平移底板，所述平移底板与所述中间升降板之间设有升降机构，所述升降机构包括分别设于所述平移底板和所述中间升降板上的升降丝杆、升降螺母，所述升降丝杆一端设有用于驱动其旋转的纵向伺服电机。
9、作为优选，所述的中间升降板上侧还设有探头安装板，所述第一探头支架或所述第二探头支架固定设于所述探头安装板上，所述探头安装板可轴向滑动的设于所述导向杆上，所述探头安装板与所述中间升降板之间设有若干竖向设置的弹性支撑件。
10、作为优选，所述筒体检测装置下侧移动机构的小车导轨上设有沿其长度方向设置的齿条，对应检测小车上设有与所述齿条啮合的齿轮及用于驱动所述齿轮旋转的小车电机，所述轴向位置采集机构为轴向编码器，小车电机上设有与其旋转轴同步连接的轴向编码器。
11、本发明的另一个目的在于提出一种气瓶塑料内胆自动化检测的三维重构算法，包括以下步骤：步骤一：塑料内胆筒体段三维重构，建立图像坐标系{a}，第一相控阵探头的第一组激发孔径的中心坐标为图像坐标系{a}原点，阵列排布方向作为图像坐标系{a}的x轴，深度方向作为图像坐标系{a}的z轴，则成像后图像中某点p在{a}中的位置表示为；
12、步骤二：建立塑料内胆的旋转坐标系{b}，将塑料内胆瓶口位置为旋转坐标系{b}原点，且塑料内胆中心轴为坐标系{b}的x轴，塑料内胆筒体截面为yz平面，因旋转坐标系{b}各轴与坐标系{a}各轴平行，故图像坐标系{a}原点在旋转坐标系{b}中的坐标可用平移向量表示；
13、首次检测时，将第一相控阵探头移动至塑料内胆中心轴正上方，则=0，根据轴向位置采集机构采集的第一相控阵探头位置数据获得，通过测量第一定心组件与第一相控阵探头表面之间的垂直距离差获得；则图像中任意一点p点在坐标系{b}中位置；
14、步骤三：旋转扫查图像的坐标变换，采集到第n张旋转图像中任意一点p点在坐标系{b}中位置为，第n张旋转图像以轴为轴旋转角度，为相邻两张超声图像之间的角度，该旋转角度与塑料内胆旋转角度相反；本实施例中扫查图像沿逆时针旋转，坐标变换矩阵r为；步骤四：塑料内胆封头段三维重构，建立超声检测图像的坐标系{a'}，第二相控阵探头的第一组激发孔径的中心坐标作为原点o，阵列排布方向作为x轴，深度方向作为z轴，某点p'在{a'}中的位置可表示为；步骤五：建立辅助坐标系{b'}，塑料内胆的封头球心处作为辅助坐标系{b'}的原点，塑料内胆中心轴作为辅助坐标系{b'}的x轴，辅助坐标系{b'}的z轴与坐标系{a'}平行；
15、辅助坐标系{b'}与坐标系{a'}原点之间关系用平移向量表示，p'点在辅助坐标系{b'}中位置其中、、为第二相控阵探头在辅助坐标系{b'}的位置，r为球面封头半径，h为第二相控阵探头距离封头外表面水层距离，为探头坐标系{a'}与{b'}原点连线与辅助坐标系{b'}x轴夹角；
16、步骤六：将辅助坐标系{b'}中各个坐标转化为筒体段使用的旋转坐标系{b}，同侧封头的平移向量，对侧封头的平移向量，以轴为轴的旋转角度为，第张旋转图像上p'点在旋转坐标系{b}中，其中l为筒体段轴向长度；
17、步骤七：整合模型，将超声检测结果与实际气瓶检测部位对应，得到整个塑料内胆的三维重构模型。
18、本发明的另一个目的在于提出一种气瓶塑料内胆自动化检测的分析方法，包括以下步骤：步骤s1，外表面检查，外表面检查以旋转坐标系{b}的轴与旋转角度的n值作为位置描述，分解为m和p，表示第m组激发孔径，p为相控阵探头的阵元间隔；在第n张旋转图像、m组激发孔径下，塑料内胆的外半径为其中，为通过相控阵超声检测数据的a扫描信号中水与塑料内胆界面的回波时间计算获得水层厚度；
19、带动塑料内胆转动直至旋转180°，检测过程保证相控阵探头的检测位置不变；并收集并记录此位置检测数据，塑料内胆的外径为其中，n为塑料内胆旋转一周的检测图像数量；
20、某一轴向位置m，塑料内胆整个圆周的平均外径为；某一周向位置n，塑料内胆整个轴向的平均外径为；
21、m为筒体长度上分布的激发孔径数量，；为第一相控阵探头的起始激发孔径序号，为第一相控阵探头的结束激发孔径序号；起始端和结束端的激发孔径序号是塑料内胆筒体段与封头段的连接位置，通过比较边界上每一轴向位置的平均外径是否连续增大获得；塑料内胆筒体长度为；
22、某一轴向位置m，周向最大的外壁半径为，最小的外壁半径为，该轴向位置截面上的圆度为；
23、塑料内胆筒体段各个轴向位置，最大的外壁半径为，最小的外壁半径为，该塑料内胆筒体段的圆柱度为；某一圆周位置n，轴向最大的外壁半径为，最小的外壁半径为，该塑料内胆筒体段的直线度为；
24、在第n张旋转图像、m组激发孔径下，塑料内胆的壁厚为其中，为通过相控阵超声检测数据的a扫描信号中塑料内胆内壁面的回波时间与水中声速计算获得，为水中声速，为塑料内胆中的声速；将在位置利用色阶绘制厚度云图，若存在用特殊颜色绘制该位置，为塑料内胆标准厚度；
25、步骤s2，内部缺陷分析，在相控阵超声检测数据中，塑料内胆的外壁面和内壁存在其他反射信号时，进行缺陷分析和统计；在旋转坐标系{b}下，缺陷位置表示为其中，x、x'、y、y'、z、z'是缺陷在坐标系{b}的三维边界，结合相邻的相控阵超声检测数据获得；缺陷尺寸表示为通过列表统计缺陷数量、尺寸和分布情况，为后续缺陷评定做准备
26、本发明一种气瓶塑料内胆自动化检测装置、三维重构算法及分析方法的有益效果：本发明通过设置第一相控阵探头、第二相控阵探头分别采集塑料内胆筒体和封头端的超声监测信息数据并结合旋转角度采集机构、轴向位置采集机构位置数据，并将各数据关联重构整个塑料内胆的三维数据，可实现对塑料内胆全周向的扫查，并重构整个塑料内胆的三维数据，扫查过程全自动进行，自动化程度高、人工劳动强度低，方便对塑料内胆进行检测。
27、本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
1.一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，包括塑料内胆固定机构，其特征在于：还设有用于与所述塑料内胆固定机构配合以驱动固定于所述塑料内胆固定机构上的塑料内胆绕其轴线旋转的旋转驱动机构、与所述塑料内胆固定机构配合的检测水槽（22），所述塑料内胆固定机构将塑料内胆固定于所述检测水槽（22）上侧，所述检测水槽（22）内设有朝向塑料内胆筒体段设置的筒体检测装置和两个分别朝向塑料内胆封头段设置的封头段检测装置，所述筒体检测装置和所述封头段检测装置下端均设有用于使其沿塑料内胆轴向移动的移动机构；
2.如权利要求1所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述塑料内胆固定机构包括与塑料内胆一端封头适配的第一定心组件（12）和与塑料内胆另一端封头适配的第二定心组件（23），所述第一定心组件（12）、所述第二定心组件（23）分别设于固定支座（17）、移动支座（27）上，所述移动支座（27）上设有用于控制该支座或/和设置在该支座上的定心组件向塑料内胆方向靠近或远离的移动部件，所述旋转驱动机构为设于所述固定支座（17）上用于驱动所述第一定心组件（12）绕其轴线旋转的旋转电机（15）。
3.如权利要求2所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述移动部件包括电动推杆（5），所述电动推杆（5）设于所述移动支座（27）上并用于驱动所述第二定心组件（23）向塑料内胆方向靠近或远离。
4.如权利要求2所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述移动部件还包括设于所述移动支座（27）下侧的支座导轨（26），所述移动支座（27）可滑动的设于所述支座导轨（26）上；所述移动支座（27）上还设有滑台滑座（2）及设于所述滑台滑座（2）上的副调整支座（4），所述第一定心组件（12）或所述第二定心组件（23）设于所述副调整支座（4）上，所述滑台滑座（2）一端设有与所述滑台滑座（2）控制连接的手柄（1）。
5.如权利要求1所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述检测水槽（22）内设有用于支撑塑料内胆的滚轮架组件（19），所述滚轮架组件（19）包括相对设置的第一轮架（191）、第二轮架（192），所述第一轮架（191）和第二轮架（192）顶部均设有用于与塑料内胆配合的轮子，所述第一轮架（191）与所述第二轮架（192）之间设有滚轮间距调整装置（35），所述滚轮间距调整装置（35）包括横向设于所述第一轮架（191）与所述第二轮架（192）之间的双向丝杆（32）、用于驱动所述双向丝杆（32）旋转的滚轮电机（34），所述双向丝杆（32）由中心至两端螺纹相反，所述第一轮架（191）和所述第二轮架（192）分别通过第一螺母（28）、第二螺母（31）与所述双向丝杆（32）两端螺纹相连。
6.如权利要求1所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述移动机构包括检测小车（21），所述检测水槽（22）内设有小车导轨（46），所述检测小车（21）可滑动的设于所述小车导轨（46）上，所述检测小车（21）上设有所述第一相控阵探头（39）对应的第一探头支架（38）或与所述第二相控阵探头（60）对应的第二探头支架（62），所述检测小车（21）上设有若干竖向设置的导向杆（44），所述导向杆（44）之间横向设有的中间升降板（42），所述中间升降板（42）可轴向滑动的设于所述导向杆（44）上，所述第一探头支架（38）或所述第二探头支架（62）设置于所述中间升降板（42）上，所述检测小车（21）包括设于所述中间升降板（42）下侧的平移底板（52），所述平移底板（52）与所述中间升降板（42）之间设有升降机构，所述升降机构包括分别设于所述平移底板（52）和所述中间升降板（42）上的升降丝杆（50）、升降螺母（43），所述升降丝杆（50）一端设有用于驱动其旋转的纵向伺服电机（41）。
7.如权利要求6所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述中间升降板（42）上侧还设有探头安装板（40），所述第一探头支架（38）或所述第二探头支架（62）固定设于所述探头安装板（40）上，所述探头安装板（40）可轴向滑动的设于所述导向杆（44）上，所述探头安装板（40）与所述中间升降板（42）之间设有若干竖向设置的弹性支撑件。
8.如权利要求6所述的一种气瓶塑料内胆自动化检测装置，其特征在于：所述筒体检测装置下侧移动机构的小车导轨（46）上设有沿其长度方向设置的齿条（56），对应检测小车（21）上设有与所述齿条（56）啮合的齿轮（55）及用于驱动所述齿轮（55）旋转的小车电机（54），所述轴向位置采集机构为轴向编码器（53），小车电机（54）上设有与其旋转轴同步连接的轴向编码器（53）。
9.一种用于权利1-8任一项所述气瓶塑料内胆自动化检测装置的三维重构算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：塑料内胆筒体段三维重构，建立图像坐标系{a}，第一相控阵探头（39）的第一组激发孔径的中心坐标为图像坐标系{a}原点，阵列排布方向作为图像坐标系{a}的x轴，深度方向作为图像坐标系{a}的z轴，则成像后图像中某点p在{a}中的位置表示为；
10.一种用于权利9所述气瓶塑料内胆自动化检测的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1，外表面检查，外表面检查以旋转坐标系{b}的轴与旋转角度的n值作为位置描述，分解为m和p，表示第m组激发孔径，p为相控阵探头的阵元间隔；在第n张旋转图像、m组激发孔径下，塑料内胆的外半径为其中，为通过相控阵超声检测数据的a扫描信号中水与塑料内胆界面的回波时间计算获得水层厚度；
