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大口径钢管直径、椭圆度测量系统的硬件设计

随着化工、石油行业的迅猛发展,大口径钢管的需求量不断增加,其端面直径、椭圆度等参数与生产设计指标的符合情况直接影响了钢管终质量的优劣。国内大部分钢管生产厂家主要采用人工手动的测量方法,这种测量方法精度低、效率低、工人劳动强度大、信息反馈慢同时无法充分反映管端情况,如何实时在线测量钢管的直径、椭圆度已成为厂家们关注的首要问题。目前,国外已经研究出了大口径钢管在线检测系统,但其价格昂贵。因此,本文提出了一种大口径钢管直径、椭圆度测量系统,该系统基于激光测距遍历原理、圆周遍历原理和二乘法拟合原理,钢管固定在V型支架上,激光位移传感器在伺服电机的带动下绕钢管匀速转动,对被测钢管进行圆周遍历,激光位移传感器得到的数据为极轴方向的数据,根据编码器的输出脉冲得到角度数据,激光位移传感器输出的信号经串口传送到计算机,通过上位机数据处理软件即可得到钢管端面直径、椭圆度,并将测量结果实时显示和上传。首先对钢管直径、椭圆度测量原理的研究:对国内内外现有检测方法分析后,确定以激光位移传感器为检测元件,详细介绍激光三角法测距遍历原理和圆周遍历直径、椭圆度测量原理。工业现场实验结果表明,本系统的测量精度达到钢管直径、椭圆度测量的技术指标要求。其次数据采集模块、运动控制模块和数据上传模块是本文的核心模块。数据采集模块实现钢管端面等角度数据采集。运动控制模块中寻找零位运动控制法不仅解决了伺服电机与旋转机构旋转不同步的问题,同时还确保激光位移传感器采集数据的准确性；喷标模块主要用于标记直径位置和周长超标。数据上传模块主要由测量数据上传至Microsoft SQL server 2008数据库和FTP上传钢管端面轮廓描点图组成。后工业现场实验结果表明,本系统的测量精度达到钢管直径、椭圆度测量的技术指标要求。本文所设计的大口径钢管直径、椭圆度测量系统测量效率和精度高、可实现“在线,高速,多部位”的实时准确测量与数据自动存储及输出。

技术实现要素

本实用新型所提供的椭圆度检测仪，包括支架、一伸缩杆、第二伸缩杆、激光测距传感器和控制器；当珩磨厚薄不均匀的零件时，采用的夹具应特别注意它的夹紧方式，尽可能避免因夹紧不当而产生的变形。所述一伸缩杆和所述第二伸缩杆平行，且均可滑动地连接于所述支架上，所述一伸缩杆的一端设有一卡轮，所述第二伸缩杆的一端设有第二卡轮，所述一卡轮和所述第二卡轮分别位于所述支架的两侧，并贴紧钢管端部的外侧壁；所述激光测距传感器的输出端与所述控制器的输入端连接，所述激光测距传感器与所述支架可旋转连接并位于所述钢管的内侧，其旋转轴线与所述一伸缩杆垂直。

使用时，将该椭圆度检测仪对准钢管的端部，根据钢管的管径滑动一伸缩杆和第二伸缩杆，一卡轮和第二卡轮夹紧于钢管的端部外侧壁，使得该椭圆度检测仪的位置固定，然后激光测距传感器旋转一周，即检测其与钢管内侧壁周向个点的距离，并将该检测结果传输至控制器内，控制器将对该检测结果进行计算，并分析得出钢管端部的周长、长短轴长度和椭圆度。或S=π(圆周率)×A×B/4(其中A,B分别是椭圆的长轴,短轴的长)。其中，激光测距传感器、控制器根据检测结果进行计算以及激光测距传感器与控制器之间的连接对于本领域的技术人员来说是现有技术，为节约篇幅，在此不再赘述。

通过激光距离探测器与控制器的配合使用下，可保证检测精度，同时，该椭圆度检测仪的结构简单、体积较小，整体重量约为5公斤左右，便于操作及携带。所述刻度千分尺的测量方向线与所述接触端在一条直线上，并且所述直线通过所述刚性半圆球的圆心。另外，该椭圆度检测仪在检测过程中较为稳定，使用调节方便，约10秒钟即可检测一个钢管的端部的椭圆度，可有效提高检测效率。

标准方程

高中课本在平面直角坐标系中，用方程描述了椭圆，椭圆的标准方程为：x^2/a^2+y^2/b^2=1

其中a>0，b>0。（2）基础臂长标定操作步骤：①将作为标定的钢管（应为换道后的根钢管）或660mm（在计量验证时才用）环规放置在称重工位。a、b中较大者为椭圆长半轴长，较短者为短半轴长（椭圆有两条对称轴，对称轴被椭圆所截，有两条线段，它们分别叫椭圆的长半轴和短半轴）当a>b时，焦点在x轴上，焦距为2*(a^2-b^2)^0.5，准线方程是x=a^2/c和x=-a^2/c

椭圆的面积是πab。椭圆可以看作圆在某方向上的拉伸，它的参数方程是：x=acosθ ， y=bsinθ

北京赛诚工控科技有限责任公司成立于2003年，是从事制管行业自动化控制产品设计和开发的高新技术企业。

公司重点致力于制管行业非标准成套设备的研发。目前公司主要产品有激光自动跟踪系统、超声波探伤系统、钢管椭圆度等外观检测系统、焊缝自动修磨系统等。公司的产品已经在多家企业中得到应用，产品现场适用性好，使用稳定可靠。