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大口徑鋼管直徑、橢圓度測量系統(tǒng)的硬件設計

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)與生產設計指標的符合情況直接影響了鋼管終質量的優(yōu)劣。國內大部分鋼管生產廠家主要采用人工手動的測量方法,這種測量方法精度低、效率低、工人勞動強度大、信息反饋慢同時無法充分反映管端情況,如何實時在線測量鋼管的直徑、橢圓度已成為廠家們關注的首要問題。目前,國外已經研究出了大口徑鋼管在線檢測系統(tǒng),但其價格昂貴。背景技術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行測量，以保證對接效果。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的帶動下繞鋼管勻速轉動,對被測鋼管進行圓周遍歷,激光位移傳感器得到的數(shù)據為極軸方向的數(shù)據,根據編碼器的輸出脈沖得到角度數(shù)據,激光位移傳感器輸出的信號經串口傳送到計算機,通過上位機數(shù)據處理軟件即可得到鋼管端面直徑、橢圓度,并將測量結果實時顯示和上傳。首先對鋼管直徑、橢圓度測量原理的研究:對國內內外現(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)據采集模塊、運動控制模塊和數(shù)據上傳模塊是本文的核心模塊。數(shù)據采集模塊實現(xiàn)鋼管端面等角度數(shù)據采集。運動控制模塊中尋找零位運動控制法不僅解決了伺服電機與旋轉機構旋轉不同步的問題,同時還確保激光位移傳感器采集數(shù)據的準確性；噴標模塊主要用于標記直徑位置和周長超標。數(shù)據上傳模塊主要由測量數(shù)據上傳至Microsoft SQL server 2008數(shù)據庫和FTP上傳鋼管端面輪廓描點圖組成。后工業(yè)現(xiàn)場實驗結果表明,本系統(tǒng)的測量精度達到鋼管直徑、橢圓度測量的技術指標要求。本文所設計的大口徑鋼管直徑、橢圓度測量系統(tǒng)測量效率和精度高、可實現(xiàn)“在線,高速,多部位”的實時準確測量與數(shù)據自動存儲及輸出。

橢圓度測量儀機械結構設計

橢圓度測量儀結構設計。主要由移動小車、圓心升降調節(jié)機構、圓心水平調節(jié)機構、回轉測量機構、測桿裝置、限位裝置和噴標裝置等組成，回轉測量機構如圖4所示，限位裝置如圖5所示。影響彎管橢圓度的主要因素很多，其中主要因素有：管子的彎曲角度、彎曲關徑、管子直徑和管壁厚度等，一般來說，彎曲角度越大，彎曲半徑越小，直徑越大，管壁越薄，彎曲時產生的橢圓度就越大。圖3 結構設計總體示意圖圖4 回轉測量機構示意圖圖5 限位裝置示意圖移動小車利用原測長小車伺服電機驅動系統(tǒng)，在原導軌上做前進或后退運動；圓心升降調節(jié)機構安裝在移動小車上，其升降范圍可滿足焊管直徑從508 mm到1 422 mm變化要求，采用電動絲杠調整結構；圓心水平調整機構采用絲杠調節(jié)，可使回轉測量圓心在水平方向進行調整；回轉測量機構在伺服電機的驅動下，帶動旋轉圓盤上的測桿裝置作圓周運動；噴標裝置是當被測鋼管橢圓度測量結果出現(xiàn)超標時，回轉測量機構在反轉過程中自動啟動氣、液電磁閥，依據虹吸原理，高速氣流帶動微量液體噴射到管壁形成白色圓點，達到橢圓度直徑較小位置進行噴涂標記。

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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的基礎上，研究一種可實現(xiàn)高速、、非接觸測量的橢圓度在線檢測儀。最后工業(yè)現(xiàn)場實驗結果表明,本系統(tǒng)的測量精度達到鋼管直徑、橢圓度測量的技術指標要求。光電測徑儀是常用的外徑檢測設備，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實現(xiàn)測量。

光電測徑儀采用光電檢測技術與多組光學系統(tǒng)相結合，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，經接收光學系統(tǒng)、硬件電路系統(tǒng)和微機數(shù)據處理系統(tǒng)，得出被測工件的圓度誤差。