靜止無功補償器核心技術的研發(fā)及應用

摘要：本文主要介紹了一種應用于鋼管管端內徑、外徑、不圓度及壁厚檢測的設備，其用于管端測管端是否合格。

目前，鋼管作為一種多功能的經濟斷面鋼材，在國民經濟各部分中的應用愈來愈廣泛。在鋼管生產中，隨著國內外管道建設“大口徑、厚壁、高鋼級”的趨勢，大口徑鋼管的生產比重占得越來越大。作為鋼管端部重要的參數(shù)指標，大口徑鋼管管端的直徑、不圓度及壁厚在保證管道施工進度和質量方面具有重要意義。

隨著管道現(xiàn)場焊接施工技術的不斷進步，對鋼管管徑的要求也不斷提高，特別是對管端，其內外徑和管端不圓度的要求極為嚴格。管端的質量關系著兩個鋼管間是否能夠對接成功及管道的安全性能，承受壓力大，容易發(fā)生泄露、爆炸等事故并造成嚴重的經濟損失。由于生產工藝的限制，內外徑不合格的鋼管依然存在。為了篩選出合格的鋼管，同時嚴格監(jiān)控大口徑鋼管的生產質量，有必要對大口徑鋼管管端的內徑、外徑、不圓度、壁厚進行檢測。

人工測量測量數(shù)據(jù)少，測量不夠精準，為此研發(fā)生產了自動在線測量管端尺寸的測量儀，可以測量得到鋼管管端的內徑、外徑、不圓度、壁厚等多種信息。保證鋼管管端的質量。

激光測厚儀由上、下兩個對射的激光測頭組成，其基本測量原理如圖3“測量原理圖”所示。圖中激光測頭1和激光測頭2以固定間距A相對布置，工作時激光測頭1發(fā)射一束激光照射被測物的下表面，下表面光斑的漫反射光再返回到激光測頭1內的C-MOS芯片上，通過對C-MOS芯片上光斑的位置分析和計算，可以得到激光測頭1到被測物下表面的實際距離B1；同理可以得到激光測頭2到被測物上表面的距離B2。用兩個測頭之間的間距A減去兩個測頭到被測物上下表面的距離B1、B2即可得到被測物的厚度H。

激光三角法的測量精度高，分辨力高，但是其探測范圍有限，而且得到的結果是一個相對位移變化，要得到絕對距離需要對結果進行標定。

管端激光測厚儀由壁厚測量裝置、主控機柜（內裝控制電路、通訊設備和工控機）、液晶顯示器、聲光報警裝置、LED顯示屏等組成。

管端激光測厚儀系統(tǒng)利用旋轉裝置帶動激光位移傳感器沿管端旋轉，測量整個圓周截面的內徑和外徑及壁厚的尺寸，適應不同尺寸鋼管管端檢測的需要。并配合升降臺對探頭位置進行調整，以適應不同尺寸鋼管管端檢測的需要，同時測頭之間的距離可以進行調節(jié)，以適應不同壁厚的鋼管管端的檢測。此裝置的主要誤差是由旋轉臺轉動的中軸線和鋼管的中軸線不能完全重合引入的，即測距探頭旋轉時圍繞的中軸線不同于待測鋼管的中軸線，但這種誤差可以利用數(shù)據(jù)處理算法來消除。

壁厚測量裝置主要由機座、滑臺、升降板、主軸箱、主軸以及測頭支架和激光測頭等組成。機座上裝有導軌和絲杠，通過行走電機驅動絲杠轉動可帶動滑臺移動以便將激光測頭伸入或拉出被測鋼管。滑臺上裝有導軌和絲杠，手動轉動絲杠可使升降板帶動測頭上下移動以調節(jié)主軸和測頭支架的中心高度，調節(jié)時以主軸中心高度與鋼管中心高度一致為準。兩組測頭支架成180°相對于主軸對稱分布，測量時主軸做180°正反向交替旋轉，即可測得整個圓周上的厚度尺寸。

鋼管生產過程中，管徑型號經常發(fā)生切換。為了方便不同管徑鋼管的自動化測量，在轉臺的旋轉面上安裝了調整絲杠調整測頭之間的距離。鋼管測量時固定在支架上，管徑不同時，除了旋轉半徑發(fā)生變化，鋼管中軸線的中心高也不同，所以增加了一個底座升降臺來調整轉臺中軸線的高度，保證轉臺中軸線與鋼管中軸線基本一致。

底座上的大型平移臺帶動管端激光測厚儀的測量整體前后移動，可以根據(jù)需要調整測量管端截面與鋼管端面的距離，同時整體向后移動，使探頭遠離鋼管，方便鋼管移動到生產線上下一個工位。

管端激光測厚儀的主軸轉速為30 r/min，其行走速度分為兩種，一是快速進退速度為80mm/s，二是檢測時行走速度25mm/s。這些數(shù)據(jù)是可以進行定制的。

管端激光測厚儀安裝在生產線上時，需要安裝一定的輔機設備。鋼管管端測量系統(tǒng)在生產線上工作時，需要保證鋼管中軸線位置固定，以確保鋼管在激光位移傳感器的工作范圍內，以及管端對齊。因為一根鋼管有兩個管端需要測量，所以需要同時安裝兩套測量系統(tǒng)。為了在生產線上配合使用，需要安裝一定的輔機設備。

管端激光測厚儀是專為鋼管管端檢測研發(fā)的產品，對管端尺寸進行精確測量，可檢測距管端50～500mm范圍內的尺寸，檢測到合格位置后檢測停止，并通過打標機在鋼管外表面打出寬度約2mm，長度約50mm的白色線段，切割后的鋼管質量在鋼管國標公差范圍內，對超出設定范圍的鋼管報警提示，由現(xiàn)場人員決定是否放行。

管端激光測厚儀的使用為鋼管管端的監(jiān)測及標記設備，可以有效的實現(xiàn)鋼管管端內徑、外徑、不圓度即壁厚尺寸的檢測，超差時進行自動報警，能有效的實現(xiàn)高精度的尺寸檢測，為鋼管管端質量嚴格把關。

看完本篇文章對鋼管管端的內徑、外徑、壁厚的測量你有什么想法或者建議，盡管在文章下方留言。小編定竭盡所能與大家交流共享信息和經驗。需要測量寬度、長度、厚度、外徑的自動測量設備，均可在下方留言。

本文由保定市藍鵬測控科技有限公司編寫

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摘要： 本文主要介紹了應用于鋼板的CCD光電在線測寬儀的研發(fā)與應用，并從測寬儀的原理、結構組成等多方面進行了介紹。

關鍵詞：鋼板；測寬儀；CCD；

測寬儀可以測量鋼板的實際寬度，實時監(jiān)測寬度尺寸，及時超差報警提示，提高寬度控制精度。測寬儀可以測量中間坯寬度，作為同規(guī)格板坯生產的參考，在粗軋區(qū)域內經過轉鋼及往返多個道次的軋制，要求控制中間坯寬度，使之盡可能地接近軋制目標寬度和粗軋目標厚度，粗軋后不再對寬度進行調整，因此，粗軋區(qū)域的寬度控制就顯得尤為重要。根據(jù)中厚板生產現(xiàn)場，鋼板在精軋階段的自然寬展非常小，完成粗軋軋制的中間壞寬度十分接近精軋軋完時的鋼板寬度。

軋機為軋輥水平布置的雙機架四輥可逆軋機，分粗軋和精軋，無立輥，其生產線示意圖如圖所示。正常生產時，粗軋控制鋼板的寬度，精軋控制鋼板的板型和厚度。板坯PDI( Prime Dala Input)絕大部分以額定尺寸錄入，部分錄入人工卡量尺寸數(shù)值。為獲取板坯開軋前的實際寬度和袓軋軋后中間坯的寬度（接近精軋軋完后寬度），將 CCD測寬儀安裝在粗軋機前距轉鋼輥道 2m處。

測寬儀采用雙鏡筒光電測頭測量，雙鏡筒光電測頭是由兩組發(fā)射鏡頭和兩組接收鏡頭組成的利用LED潔凈光源和CCD成像法進行幾何尺寸測量的測頭。其基本測量原理如下圖所示：

圖中2個發(fā)射鏡頭內設置有LED點光源，點光源發(fā)出的光通過透鏡變成平行光束分別射向2個接收鏡頭。通過接收鏡頭內的透鏡使平行光束在光電轉換元件CCD芯片上成像（注：一個發(fā)射鏡頭和一個接收鏡頭組成一組光電測頭）。當被測物通過2束平行光構成的視場時，在光電轉換元件的像上就會出現(xiàn)虛擬的陰影，設其寬度分別為L1、L2。經過對光電轉換元件發(fā)出的電信號處理和計算可以得出L1、L2所對應的尺寸B1、B2，B1加B2再加上兩個鏡頭之間的凈間距C即可得出被測物的寬度尺寸A。

寬度測量設備主要由以下幾部分組成：2組光電測頭、測頭安裝架、控制柜、工控機、顯示器、聲光報警器等。

3.1、光電測頭

每組光電測頭均由發(fā)射鏡頭、接收鏡頭、CCD、信號采集計算系統(tǒng)組成。每組發(fā)射鏡頭和接收鏡頭都是一套完整的物方遠心光路系統(tǒng)。所謂物方遠心光路系統(tǒng)是指將被測物放置在遠心光路（即平行光視場）中進行成像并進行尺寸測量的光學系統(tǒng)。物方遠心光路系統(tǒng)用于測量的優(yōu)點主要有兩個：一是成像邊界清晰，便于信號的捕捉和處理；二是被測物在沿平行光視場的軸向或徑向移動時，成像的大小都沒有變化，有利于提高測量精度。

CCD成像技術，CCD是電荷耦合器件（Charge Coupled Devices，簡稱CCD）成像檢測的基本原理是，被測物通過光學系統(tǒng)以一定的比例成像于CCD光敏區(qū)上，CCD的視頻輸出經圖像采集卡采樣，量化形成具有一定灰度級分布的離散數(shù)字圖像，優(yōu)于圖像上的每個像素點都與被測物表面的區(qū)域一一對應，反映了位置的光強信息，所以可以通過數(shù)字圖像處理，將結果換算后得到被測的實際情況。

3.2、測頭安裝架

測頭安裝架采用全鑄鐵結構，能夠有效的防止粉塵、水霧等進入測寬儀內部，損壞測寬儀。還具有固定作用，使得測寬儀良好運行。

3.3、控制柜及工控機

主控機柜內裝控制和輔助電路以及終端機，主要完成整機供電控制、信號轉接以及數(shù)據(jù)的處理、顯示等。

3.4、顯示器

可詳細顯示測量所得寬度值，數(shù)字顯示。共有三種顯示方式：1、測寬儀機體顯示；2、外接顯示屏顯示；3、工控機顯示。

3.5、聲光報警器

超差報警系統(tǒng)是在測量輸出值的基礎上，對數(shù)據(jù)進行鑒別，分析出不合格的鋼板寬度，從而輸出一個報警信號。這樣，生產線上不再需要人工機械去分析和判斷產品的數(shù)據(jù)，只需對報警信號進行監(jiān)測就可確定鋼板是否合格。自動化程度提高，從而生產效率也大幅度提升。

超差報警系統(tǒng)主要特點是機械自動化。無需工作人員去計算判別，只需觀察是否報警。高效率，節(jié)省人力物力，提高生產品質。

測寬儀出現(xiàn)超差報警后蜂鳴器將持續(xù)報警，紅色燈亮，顯示屏上顯示數(shù)據(jù)變?yōu)榧t色，多方位提醒人員對軋線進行檢查和處理；如偶爾超差后數(shù)據(jù)恢復正常不需檢查軋線情況，可在軟件界面將超差報警關閉后再重新打開。

利用雙鏡筒光電測頭測量鋼板寬度時，2組光電測頭分別安裝在鋼板的兩側，2組測頭的中心距是校核后的固定尺寸。當鋼板通過測頭的測量區(qū)時，鋼板邊沿在2組測頭的成像位置信號經過采集電路采集后上傳到工控機進行計算，即可得出鋼板的寬度尺寸。寬度尺寸將實時顯示在于工控機連接的顯示器上。

① 定期檢查測寬儀內部壓縮空氣吹掃情況，避免無壓縮空氣造成。

② 冬季水汽凝結在測寬儀測頭的鏡片上，造成測量不準，擦拭鏡頭即可。

③ 檢查輥道上鋼板位置，避免由于測寬儀掃描不到鋼板的邊緣而報故障，不測量或者測量結果為直線。

④ 認真檢查儀表柜上的按鈕位置以及指示燈狀態(tài)是否正常。

① 測量和顯示功能

可測量、顯示鋼板寬度值、寬度波動曲線、歷史數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)。

② 數(shù)據(jù)記錄和歷史查詢功能

可將鋼板的測量信息等進行記錄，并且記錄時間可長達1年，可隨時查閱歷史記錄，歷史記錄還可以作為出廠依據(jù)使用。

③ 通訊功能

可與上位機進行通訊，多種通訊接口可選。

④ 修正功能

測量誤差過大時可自動或手動校準。

⑤ 自我診斷功能

出現(xiàn)故障時，進行聲光報警，根據(jù)不同的軋材可設置超差報警上下限。

⑥測量范圍調節(jié)功能

根據(jù)軋材的不同大小進行測量范圍調節(jié)，同時可采用校準量塊進行精度校準。

CCD光電測寬儀，可進行無損在線檢測，應用于鋼板、扁鋼、帶鋼、鋼帶、金屬板、鐵板、合金板等的寬度測量中。

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