鋼管橢圓度測量儀的圓心求解原理

橢圓度作為鋼管端部的重要幾何尺寸，在保證管道施工進(jìn)度和質(zhì)量方面有著重要意義。本研究利用二乘法原理設(shè)計該旋轉(zhuǎn)極坐標(biāo)鋼管橢圓度自動測量設(shè)備，可以保證橢圓度和周長自動測量精度。實際上，橢圓度誤差反映了實際圓與理想圓的徑向偏離程度，圓導(dǎo)軌的平面度則反映了實際圓與理想圓的軸向偏離程度。用鋼管圓度測量儀測量鋼管圓度時，實際被測表平面的位置用極坐標(biāo) （Ri，θi）表示，其中Ri是半徑偏差的觀測值，θi是測點的位置相角，該測點的坐標(biāo)如圖1所示。圖1 測點坐標(biāo)示意圖直角坐標(biāo) （xi，yi）為令小圓心的坐標(biāo)為 （u1，u2），則相對于此圓心各測點的坐標(biāo) （xi′， yi′） 和半徑 Ri′分別為：二乘圓心的坐標(biāo) （u1，u2）應(yīng)這樣確定，它使半徑誤差 ei=（Ri′－R）2和E2為小， 其中 E2的計算方法見式（6）這是個非線性二乘問題，求解比較困難。實際上，根據(jù)橢圓度誤差精度測量的特點，在測量之前必須調(diào)整零件的回轉(zhuǎn)軸線，使u1、u2之值很小，滿足所謂的 “小偏差假設(shè)”；儀器的廣泛測量范圍使得傳感器在氣缸間的移動不需要進(jìn)行物理調(diào)節(jié)。并且，零件的橢圓度誤差和其半徑相比是微量，稱為小誤差情況，在這兩種情況下半徑誤差ei可表示為于是，得到二乘法的線性模型半徑偏差Ri相當(dāng)于高度偏差，平均半徑R相當(dāng)于截距，因此，由公式（8）可得二乘圓心和半徑分別為小外接圓法只適用于外圓，以包容被測圓輪廓且半徑為外接圓圓心為圓心，所作包容被測圓輪廓的兩同心圓半徑差即為圓度誤差。

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橢圓度測量儀的測量過程設(shè)計

1 測長過程將原測長小車上減速和測長紅外傳感器改裝在鋼管橢圓度測量儀的測桿裝置上，移動小車向被測鋼管運(yùn)動，當(dāng)測長減速傳感器檢測到被測鋼管后，移動小車減速，停止運(yùn)行，完成測長工作。

2 橢圓度、周長及直邊測量過程橢圓度、周長及直邊測量過程如圖6所示。橢圓度測量儀需從零位開始，在自動測量開始前，先采用手動操作使測桿回到零位。當(dāng)移動小車停止運(yùn)動一定時間后（設(shè)定），回轉(zhuǎn)測量機(jī)構(gòu)帶動測桿做逆時針（相對鋼管管端）回轉(zhuǎn)運(yùn)動，激光測距傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)完成360°旋轉(zhuǎn)并停止即完成一周的數(shù)據(jù)采集；這兩個定義是等價的公司重點致力于制管行業(yè)非標(biāo)準(zhǔn)成套設(shè)備的研發(fā)。系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)算得到橢圓度、周長、直邊的測量結(jié)果，回轉(zhuǎn)測量機(jī)構(gòu)順時針反轉(zhuǎn)回到零位，在反轉(zhuǎn)過程中如果測量結(jié)果出現(xiàn)橢圓度超標(biāo)，噴標(biāo)系統(tǒng)將在相應(yīng)位置進(jìn)行噴涂標(biāo)記。

北京賽誠工控科技有限責(zé)任公司成立于2003年，是專業(yè)從事制管行業(yè)自動化控制產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。

公司重點致力于制管行業(yè)非標(biāo)準(zhǔn)成套設(shè)備的研發(fā)。目前公司主要產(chǎn)品有激光自動跟蹤系統(tǒng)、超聲波探傷系統(tǒng)、鋼管橢圓度等外觀檢測系統(tǒng)、焊縫自動修磨系統(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)場適用性好，使用穩(wěn)定可靠。

技術(shù)實現(xiàn)要素

本實用新型所提供的橢圓度檢測儀，包括支架、一伸縮桿、第二伸縮桿、激光測距傳感器和控制器；所述一伸縮桿和所述第二伸縮桿平行，且均可滑動地連接于所述支架上，所述一伸縮桿的一端設(shè)有一卡輪，所述第二伸縮桿的一端設(shè)有第二卡輪，所述一卡輪和所述第二卡輪分別位于所述支架的兩側(cè)，并貼緊鋼管端部的外側(cè)壁；也可以在圓度儀上進(jìn)行測量，但所測得的是半徑方向的差值，故其實際的橢圓度應(yīng)乘以兩倍北京賽誠工控科技有限責(zé)任公司成立于2003年，是專業(yè)從事制管行業(yè)自動化控制產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。所述激光測距傳感器的輸出端與所述控制器的輸入端連接，所述激光測距傳感器與所述支架可旋轉(zhuǎn)連接并位于所述鋼管的內(nèi)側(cè)，其旋轉(zhuǎn)軸線與所述一伸縮桿垂直。

使用時，將該橢圓度檢測儀對準(zhǔn)鋼管的端部，根據(jù)鋼管的管徑滑動一伸縮桿和第二伸縮桿，一卡輪和第二卡輪夾緊于鋼管的端部外側(cè)壁，使得該橢圓度檢測儀的位置固定，然后激光測距傳感器旋轉(zhuǎn)一周，即檢測其與鋼管內(nèi)側(cè)壁周向個點的距離，并將該檢測結(jié)果傳輸至控制器內(nèi)，控制器將對該檢測結(jié)果進(jìn)行計算，并分析得出鋼管端部的周長、長短軸長度和橢圓度。其中，激光測距傳感器、控制器根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行計算以及激光測距傳感器與控制器之間的連接對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是現(xiàn)有技術(shù)，為節(jié)約篇幅，在此不再贅述。要確保電纜是標(biāo)準(zhǔn)橢圓然后量取長軸和短軸長度（就是兩個對稱軸的長度），分別是a、b橢圓度即e=a的平方減去b的平方開根號，得到的值除以a在0~1之間。

通過激光距離探測器與控制器的配合使用下，可保證檢測精度，同時，該橢圓度檢測儀的結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，整體重量約為5公斤左右，便于操作及攜帶。另外，該橢圓度檢測儀在檢測過程中較為穩(wěn)定，使用調(diào)節(jié)方便，約10秒鐘即可檢測一個鋼管的端部的橢圓度，可有效提高檢測效率。也可以在圓度儀上進(jìn)行測量，但所測得的是半徑方向的差值，故其實際的橢圓度應(yīng)乘以兩倍。

橢圓度檢測

針對目前電線、電纜、光纖、光纜、高線、圓鋼、棒材、管材、線材、橡膠、塑料等行業(yè)急需的檢測問題，在外徑在線檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究一種可實現(xiàn)高速、、非接觸測量的橢圓度在線檢測儀。光電測徑儀是常用的外徑檢測設(shè)備，通常采用一組測頭就能實現(xiàn)外徑尺寸的測量，對橢圓度的測量，主要采用多測頭多向測量技術(shù)實現(xiàn)測量。實際上，根據(jù)橢圓度誤差精度測量的特點，在測量之前必須調(diào)整零件的回轉(zhuǎn)軸線，使u1、u2之值很小，滿足所謂的“小偏差假設(shè)”。

光電測徑儀采用光電檢測技術(shù)與多組光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，由多組測頭對被測工件徑向某一截面的多個方向同時測量，經(jīng)接收光學(xué)系統(tǒng)、硬件電路系統(tǒng)和微機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，得出被測工件的圓度誤差。