大口徑鋼管直徑、橢圓度測量系統(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。國內(nèi)大部分鋼管生產(chǎn)廠家主要采用人工手動(dòng)的測量方法,這種測量方法精度低、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)在線測量鋼管的直徑、橢圓度已成為廠家們關(guān)注的首要問題。鋼管橢圓度自動(dòng)測量儀在生產(chǎn)過程中無需人為干預(yù)，整個(gè)測量過程自動(dòng)完成，大大減少員工的工作量，在提高測量精度的同時(shí)保證了準(zhǔn)確率和生產(chǎn)效率，節(jié)省售后服務(wù)費(fèi)用，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。目前,國外已經(jīng)研究出了大口徑鋼管在線檢測系統(tǒng),但其價(jià)格昂貴。因此,本文提出了一種大口徑鋼管直徑、橢圓度測量系統(tǒng),該系統(tǒng)基于激光測距遍歷原理、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),對被測鋼管進(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,并將測量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示和上傳。首先對鋼管直徑、橢圓度測量原理的研究:對國內(nèi)內(nèi)外現(xiàn)有檢測方法分析后,確定以激光位移傳感器為檢測元件,詳細(xì)介紹激光三角法測距遍歷原理和圓周遍歷直徑、橢圓度測量原理。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)場實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本系統(tǒng)的測量精度達(dá)到鋼管直徑、橢圓度測量的技術(shù)指標(biāo)要求。本文所設(shè)計(jì)的大口徑鋼管直徑、橢圓度測量系統(tǒng)測量效率和精度高、可實(shí)現(xiàn)“在線,高速,多部位”的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測量與數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲及輸出。

橢圓測量儀主要技術(shù)指標(biāo)

（1）鋼管兩端各測量一次，測量位置距管端100～300 mm，可手動(dòng)控制。

（2）橢圓度測量精度為±0.1 mm；單端采集360個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，每度一個(gè)點(diǎn)。

（3）外周長測量精度為±1 mm。

（4）測量速度≤1 min/每圈。

（5）采樣密度為720個(gè)采樣點(diǎn)/每圈。

（6）噴標(biāo)速度≤1 min/每圈。

（7）橢圓度超標(biāo)噴標(biāo)標(biāo)記尺寸≤Φ40 mm，周長超標(biāo)做條形標(biāo)記。

（8）測量數(shù)據(jù)可按預(yù)設(shè)格式生成并保存，數(shù)據(jù)項(xiàng)包括橢圓度、平均直徑、周長和直徑大及小值等，同時(shí)自動(dòng)傳輸進(jìn)MES系統(tǒng)，無需手工錄入。

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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，在鋼管對接的過程中，需要對鋼管端部的橢圓度進(jìn)行測量，以保證對接效果。

現(xiàn)有技術(shù)中，鋼管橢圓度的檢測方法包括使用卡尺、米尺或者手持激光測距儀檢測，但是這幾種方法中，檢測工具的體積較大，使用較為不便，且可操作性差，如在使用卡尺檢測時(shí)，體積較大的卡尺由于較重容易傾斜，造成數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確；米尺的測量精度較差；手持激光測距儀的精度雖可以滿足，但是僅能測機(jī)組數(shù)據(jù)，無法測量整個(gè)圓，很難找到長軸和短軸的準(zhǔn)確位置。2雙向測徑儀為大直徑的線徑檢測裝置，對1~80mm范圍內(nèi)的軋材均可檢測兩個(gè)方向的線徑尺寸及橢圓度尺寸，可安裝于高速軋制的生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行檢測，測量速度快，測量準(zhǔn)確是其基本的功能，雙向測徑儀還具有超差報(bào)警、數(shù)據(jù)傳輸存儲及尺寸控制等多種功用。三種檢測方法所用的檢測工具檢測效率較低，因此，能夠準(zhǔn)確、快速的檢測鋼管的橢圓度對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是需要解開技術(shù)問題。