大口徑鋼管直徑、橢圓度測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

隨著化工、石油行業(yè)的迅猛發(fā)展,大口徑鋼管的需求量不斷增加,其端面直徑、橢圓度等參數(shù)與生產(chǎn)設(shè)計(jì)指標(biāo)的符合情況直接影響了鋼管終質(zhì)量的優(yōu)劣。Euclid,Archimedes,Apollonius,Pappus等幾何學(xué)大師都熱衷于圓錐截線的研究，而且都有專著論述其幾何性質(zhì)，其中以Apollonius所著的八冊(cè)《圓錐截線論》集其大成，可以說是古希臘幾何學(xué)一個(gè)登峰造極的精擘之作。國內(nèi)大部分鋼管生產(chǎn)廠家主要采用人工手動(dòng)的測(cè)量方法,這種測(cè)量方法精度低、效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、信息反饋慢同時(shí)無法充分反映管端情況,如何實(shí)時(shí)在線測(cè)量鋼管的直徑、橢圓度已成為廠家們關(guān)注的首要問題。目前,國外已經(jīng)研究出了大口徑鋼管在線檢測(cè)系統(tǒng),但其價(jià)格昂貴。因此,本文提出了一種大口徑鋼管直徑、橢圓度測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)基于激光測(cè)距遍歷原理、圓周遍歷原理和二乘法擬合原理,鋼管固定在V型支架上,激光位移傳感器在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下繞鋼管勻速轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)被測(cè)鋼管進(jìn)行圓周遍歷,激光位移傳感器得到的數(shù)據(jù)為極軸方向的數(shù)據(jù),根據(jù)編碼器的輸出脈沖得到角度數(shù)據(jù),激光位移傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)串口傳送到計(jì)算機(jī),通過上位機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件即可得到鋼管端面直徑、橢圓度,并將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示和上傳。首先對(duì)鋼管直徑、橢圓度測(cè)量原理的研究:對(duì)國內(nèi)內(nèi)外現(xiàn)有檢測(cè)方法分析后,確定以激光位移傳感器為檢測(cè)元件,詳細(xì)介紹激光三角法測(cè)距遍歷原理和圓周遍歷直徑、橢圓度測(cè)量原理。其次數(shù)據(jù)采集模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊和數(shù)據(jù)上傳模塊是本文的核心模塊。數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)鋼管端面等角度數(shù)據(jù)采集。運(yùn)動(dòng)控制模塊中尋找零位運(yùn)動(dòng)控制法不僅解決了伺服電機(jī)與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)不同步的問題,同時(shí)還確保激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；噴標(biāo)模塊主要用于標(biāo)記直徑位置和周長超標(biāo)。數(shù)據(jù)上傳模塊主要由測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至Microsoft SQL server 2008數(shù)據(jù)庫和FTP上傳鋼管端面輪廓描點(diǎn)圖組成。后工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本系統(tǒng)的測(cè)量精度達(dá)到鋼管直徑、橢圓度測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)要求。本文所設(shè)計(jì)的大口徑鋼管直徑、橢圓度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量效率和精度高、可實(shí)現(xiàn)“在線,高速,多部位”的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量與數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)及輸出。

背景技術(shù)

石油天然的氣體管線有幾十公里的，也有幾百上千公里，這么長的管線是由多根鋼管收尾焊接而成，由于各鋼管的端部的形狀不一，因此，在鋼管對(duì)接的過程中，需要對(duì)鋼管端部的橢圓度進(jìn)行測(cè)量，以保證對(duì)接效果。

現(xiàn)有技術(shù)中，鋼管橢圓度的檢測(cè)方法包括使用卡尺、米尺或者手持激光測(cè)距儀檢測(cè)，但是這幾種方法中，檢測(cè)工具的體積較大，使用較為不便，且可操作性差，如在使用卡尺檢測(cè)時(shí)，體積較大的卡尺由于較重容易傾斜，造成數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確；米尺的測(cè)量精度較差；手持激光測(cè)距儀的精度雖可以滿足，但是僅能測(cè)機(jī)組數(shù)據(jù)，無法測(cè)量整個(gè)圓，很難找到長軸和短軸的準(zhǔn)確位置。連接采控板A和B，完成測(cè)量臂的旋轉(zhuǎn)和激光傳感器觸發(fā)數(shù)據(jù)采集等控制功能。三種檢測(cè)方法所用的檢測(cè)工具檢測(cè)效率較低，因此，能夠準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)鋼管的橢圓度對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是需要解開技術(shù)問題。

對(duì)橢圓度進(jìn)行檢測(cè)的雙向測(cè)徑儀

傳統(tǒng)的單向測(cè)徑儀只從一個(gè)方向檢測(cè)已滿足不了線材現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求。橢圓度檢測(cè)橢圓度的測(cè)量方法通常有兩種，一種是上面所說的多組測(cè)頭進(jìn)行外徑尺寸的測(cè)量，另一種是一組測(cè)頭進(jìn)行180°/360°等角度的旋轉(zhuǎn)。雙向測(cè)徑儀通過平行光束在相互垂直的X-Y方向上同時(shí)髙速測(cè)量線材，再進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣處理，實(shí)現(xiàn)線材直徑在線的非接觸檢測(cè)及控制。本儀器可分別實(shí)時(shí)顯示X-Y方向上在線線材的平均直徑、偏差，并可顯示X-Y方向上的不圓度，這對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度具有重要意義。

公司重點(diǎn)致力于制管行業(yè)非標(biāo)準(zhǔn)成套設(shè)備的研發(fā)。目前公司主要產(chǎn)品有激光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、超聲波探傷系統(tǒng)、鋼管橢圓度等外觀檢測(cè)系統(tǒng)、焊縫自動(dòng)修磨系統(tǒng)等。公司的產(chǎn)品已經(jīng)在多家企業(yè)中得到應(yīng)用，產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)適用性好，使用穩(wěn)定可靠。

消除橢圓度的方法

首先應(yīng)該檢查珩磨前一道工序，弄清珩磨前零件的準(zhǔn)備情況。橢圓度測(cè)量系統(tǒng)工作原理對(duì)于橢圓度的測(cè)量可以利用直接或間接方法來測(cè)量。檢查一下前一道工序機(jī)床主軸和夾具的不同軸度，夾具和機(jī)床主軸的中心連線，在200毫米長度上允許的不同軸度應(yīng)該不大于0.02毫米。然后測(cè)量一下珩磨前的零件孔徑，看實(shí)際產(chǎn)生的橢圓度有多大。如果珩磨前一道工序產(chǎn)生的橢圓度太大，雖經(jīng)珩磨仍無法校正時(shí)，應(yīng)該對(duì)前一道工序的機(jī)床和夾具精度作重新調(diào)整，或者改用其他加工方法，以提高珩磨前的零件精度。一般說來，珩磨前的工序產(chǎn)生的幾何尺寸偏差，不應(yīng)該大于0.03~0.05毫米，否則就很難校正過來。然后檢查珩磨余量，看留的余量是否適當(dāng)。在珩磨過程中，還應(yīng)該注意不用過大的橫進(jìn)給量。使用的冷卻液要均勻而充分地澆注在零件加工表面。檢查一下油石的質(zhì)量，看它的硬度是否均勻，校正得平不平，調(diào)整得是否適當(dāng)。如果油石硬度不符合使用要求時(shí)，就應(yīng)該換新的。如果調(diào)整不當(dāng)，應(yīng)重新調(diào)整。當(dāng)珩磨厚薄不均勻的零件時(shí)，采用的夾具應(yīng)特別注意它的夾緊方式，盡可能避免因夾緊不當(dāng)而產(chǎn)生的變形。下圖所示為夾緊氣缸套筒用夾具，它是用液性塑料來傳遞壓力到定心套筒上去的，其優(yōu)點(diǎn)是夾緊快，而且正確可靠。氣缸套經(jīng)過珩磨后，從夾具中取出時(shí)形狀仍能保持不變