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。國(guó)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(wú)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(wèn)題。目前,國(guó)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(guò)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(guó)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。兩管端測(cè)量硬件和原理相同，測(cè)量臂旋轉(zhuǎn)1圈，記錄相對(duì)位置數(shù)據(jù)720次，工控機(jī)內(nèi)測(cè)量軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析編寫，得出橢圓度和周長(zhǎng)數(shù)據(jù)值，并描繪出橢圓度測(cè)量圖形。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(wèn)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(zhǎng)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(kù)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。

橢圓度公式

橢圓的面積公式

S=π(圓周率)×a×b(其中a,b分別是橢圓的長(zhǎng)半軸,短半軸的長(zhǎng)).

或S=π(圓周率)×A×B/4(其中A,B分別是橢圓的長(zhǎng)軸,短軸的長(zhǎng)).

橢圓的周長(zhǎng)公式

橢圓周長(zhǎng)沒(méi)有公式，有積分式或無(wú)限項(xiàng)展開(kāi)式。

橢圓周長(zhǎng)(L)的計(jì)算要用到積分或無(wú)窮級(jí)數(shù)的求和。如

L = 4a * sqrt(1-e^sin^t)的(0 - pi/2)積分, 其中a為橢圓長(zhǎng)軸,e為離心率

橢圓的離心率公式

e=c/a

橢圓的準(zhǔn)線方程

x= -a^2/C

橢圓焦半徑公式

橢圓過(guò)右焦點(diǎn)的半徑r=a-ex

過(guò)左焦點(diǎn)的半徑r=a ex

標(biāo)準(zhǔn)方程

高中課本在平面直角坐標(biāo)系中，用方程描述了橢圓，橢圓的標(biāo)準(zhǔn)方程為：x^2/a^2 y^2/b^2=1

其中a>0，b>0。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。a、b中較大者為橢圓長(zhǎng)半軸長(zhǎng)，較短者為短半軸長(zhǎng)（橢圓有兩條對(duì)稱軸，對(duì)稱軸被橢圓所截，有兩條線段，它們分別叫橢圓的長(zhǎng)半軸和短半軸）當(dāng)a>b時(shí)，焦點(diǎn)在x軸上，焦距為2*(a^2-b^2)^0.5，準(zhǔn)線方程是x=a^2/c和x=-a^2/c

橢圓的面積是πab。橢圓可以看作圓在某方向上的拉伸，它的參數(shù)方程是：x=acosθ ， y=bsinθ

北京賽誠(chéng)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(dòng)化控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)企業(yè)。

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。