靜止無功補(bǔ)償器核心技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用獲獎(jiǎng)記錄

摘要：本文主要介紹了一種應(yīng)用于鋼管管端內(nèi)徑、外徑、不圓度及壁厚檢測(cè)的設(shè)備，其用于管端測(cè)管端是否合格。

目前，鋼管作為一種多功能的經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部分中的應(yīng)用愈來愈廣泛。在鋼管生產(chǎn)中，隨著國(guó)內(nèi)外管道建設(shè)“大口徑、厚壁、高鋼級(jí)”的趨勢(shì)，大口徑鋼管的生產(chǎn)比重占得越來越大。作為鋼管端部重要的參數(shù)指標(biāo)，大口徑鋼管管端的直徑、不圓度及壁厚在保證管道施工進(jìn)度和質(zhì)量方面具有重要意義。

隨著管道現(xiàn)場(chǎng)焊接施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)鋼管管徑的要求也不斷提高，特別是對(duì)管端，其內(nèi)外徑和管端不圓度的要求極為嚴(yán)格。管端的質(zhì)量關(guān)系著兩個(gè)鋼管間是否能夠?qū)映晒肮艿赖陌踩阅?，承受壓力大，容易發(fā)生泄露、爆炸等事故并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。由于生產(chǎn)工藝的限制，內(nèi)外徑不合格的鋼管依然存在。為了篩選出合格的鋼管，同時(shí)嚴(yán)格監(jiān)控大口徑鋼管的生產(chǎn)質(zhì)量，有必要對(duì)大口徑鋼管管端的內(nèi)徑、外徑、不圓度、壁厚進(jìn)行檢測(cè)。

人工測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)少，測(cè)量不夠精準(zhǔn)，為此研發(fā)生產(chǎn)了自動(dòng)在線測(cè)量管端尺寸的測(cè)量?jī)x，可以測(cè)量得到鋼管管端的內(nèi)徑、外徑、不圓度、壁厚等多種信息。保證鋼管管端的質(zhì)量。

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

激光三角法的測(cè)量精度高，分辨力高，但是其探測(cè)范圍有限，而且得到的結(jié)果是一個(gè)相對(duì)位移變化，要得到絕對(duì)距離需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定。

管端激光測(cè)厚儀由壁厚測(cè)量裝置、主控機(jī)柜（內(nèi)裝控制電路、通訊設(shè)備和工控機(jī)）、液晶顯示器、聲光報(bào)警裝置、LED顯示屏等組成。

管端激光測(cè)厚儀系統(tǒng)利用旋轉(zhuǎn)裝置帶動(dòng)激光位移傳感器沿管端旋轉(zhuǎn)，測(cè)量整個(gè)圓周截面的內(nèi)徑和外徑及壁厚的尺寸，適應(yīng)不同尺寸鋼管管端檢測(cè)的需要。并配合升降臺(tái)對(duì)探頭位置進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同尺寸鋼管管端檢測(cè)的需要，同時(shí)測(cè)頭之間的距離可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同壁厚的鋼管管端的檢測(cè)。此裝置的主要誤差是由旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的中軸線和鋼管的中軸線不能完全重合引入的，即測(cè)距探頭旋轉(zhuǎn)時(shí)圍繞的中軸線不同于待測(cè)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(cè)量裝置主要由機(jī)座、滑臺(tái)、升降板、主軸箱、主軸以及測(cè)頭支架和激光測(cè)頭等組成。機(jī)座上裝有導(dǎo)軌和絲杠，通過行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)可帶動(dòng)滑臺(tái)移動(dòng)以便將激光測(cè)頭伸入或拉出被測(cè)鋼管?；_(tái)上裝有導(dǎo)軌和絲杠，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠可使升降板帶動(dòng)測(cè)頭上下移動(dòng)以調(diào)節(jié)主軸和測(cè)頭支架的中心高度，調(diào)節(jié)時(shí)以主軸中心高度與鋼管中心高度一致為準(zhǔn)。兩組測(cè)頭支架成180°相對(duì)于主軸對(duì)稱分布，測(cè)量時(shí)主軸做180°正反向交替旋轉(zhuǎn)，即可測(cè)得整個(gè)圓周上的厚度尺寸。

鋼管生產(chǎn)過程中，管徑型號(hào)經(jīng)常發(fā)生切換。為了方便不同管徑鋼管的自動(dòng)化測(cè)量，在轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)面上安裝了調(diào)整絲杠調(diào)整測(cè)頭之間的距離。鋼管測(cè)量時(shí)固定在支架上，管徑不同時(shí)，除了旋轉(zhuǎn)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(gè)底座升降臺(tái)來調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線的高度，保證轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線與鋼管中軸線基本一致。

底座上的大型平移臺(tái)帶動(dòng)管端激光測(cè)厚儀的測(cè)量整體前后移動(dòng)，可以根據(jù)需要調(diào)整測(cè)量管端截面與鋼管端面的距離，同時(shí)整體向后移動(dòng)，使探頭遠(yuǎn)離鋼管，方便鋼管移動(dòng)到生產(chǎn)線上下一個(gè)工位。

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

管端激光測(cè)厚儀安裝在生產(chǎn)線上時(shí)，需要安裝一定的輔機(jī)設(shè)備。鋼管管端測(cè)量系統(tǒng)在生產(chǎn)線上工作時(shí)，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(nèi)，以及管端對(duì)齊。因?yàn)橐桓摴苡袃蓚€(gè)管端需要測(cè)量，所以需要同時(shí)安裝兩套測(cè)量系統(tǒng)。為了在生產(chǎn)線上配合使用，需要安裝一定的輔機(jī)設(shè)備。

管端激光測(cè)厚儀是專為鋼管管端檢測(cè)研發(fā)的產(chǎn)品，對(duì)管端尺寸進(jìn)行精確測(cè)量，可檢測(cè)距管端50～500mm范圍內(nèi)的尺寸，檢測(cè)到合格位置后檢測(cè)停止，并通過打標(biāo)機(jī)在鋼管外表面打出寬度約2mm，長(zhǎng)度約50mm的白色線段，切割后的鋼管質(zhì)量在鋼管國(guó)標(biāo)公差范圍內(nèi)，對(duì)超出設(shè)定范圍的鋼管報(bào)警提示，由現(xiàn)場(chǎng)人員決定是否放行。

管端激光測(cè)厚儀的使用為鋼管管端的監(jiān)測(cè)及標(biāo)記設(shè)備，可以有效的實(shí)現(xiàn)鋼管管端內(nèi)徑、外徑、不圓度即壁厚尺寸的檢測(cè)，超差時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，能有效的實(shí)現(xiàn)高精度的尺寸檢測(cè)，為鋼管管端質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)。

看完本篇文章對(duì)鋼管管端的內(nèi)徑、外徑、壁厚的測(cè)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(jīng)驗(yàn)。需要測(cè)量寬度、長(zhǎng)度、厚度、外徑的自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，均可在下方留言。

本文由保定市藍(lán)鵬測(cè)控科技有限公司編寫

小編公眾號(hào)：gh_7003a9192a4d

摘要： 本文主要介紹了應(yīng)用于鋼板的CCD光電在線測(cè)寬儀的研發(fā)與應(yīng)用，并從測(cè)寬儀的原理、結(jié)構(gòu)組成等多方面進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：鋼板；測(cè)寬儀；CCD；

測(cè)寬儀可以測(cè)量鋼板的實(shí)際寬度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)寬度尺寸，及時(shí)超差報(bào)警提示，提高寬度控制精度。測(cè)寬儀可以測(cè)量中間坯寬度，作為同規(guī)格板坯生產(chǎn)的參考，在粗軋區(qū)域內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)鋼及往返多個(gè)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(biāo)寬度和粗軋目標(biāo)厚度，粗軋后不再對(duì)寬度進(jìn)行調(diào)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(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)的鋼板寬度。

軋機(jī)為軋輥水平布置的雙機(jī)架四輥可逆軋機(jī)，分粗軋和精軋，無立輥，其生產(chǎn)線示意圖如圖所示。正常生產(chǎn)時(shí)，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(shí)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(cè)寬儀安裝在粗軋機(jī)前距轉(zhuǎn)鋼輥道 2m處。

測(cè)寬儀采用雙鏡筒光電測(cè)頭測(cè)量，雙鏡筒光電測(cè)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(jìn)行幾何尺寸測(cè)量的測(cè)頭。其基本測(cè)量原理如下圖所示：

圖中2個(gè)發(fā)射鏡頭內(nèi)設(shè)置有LED點(diǎn)光源，點(diǎn)光源發(fā)出的光通過透鏡變成平行光束分別射向2個(gè)接收鏡頭。通過接收鏡頭內(nèi)的透鏡使平行光束在光電轉(zhuǎn)換元件CCD芯片上成像（注：一個(gè)發(fā)射鏡頭和一個(gè)接收鏡頭組成一組光電測(cè)頭）。當(dāng)被測(cè)物通過2束平行光構(gòu)成的視場(chǎng)時(shí)，在光電轉(zhuǎn)換元件的像上就會(huì)出現(xiàn)虛擬的陰影，設(shè)其寬度分別為L(zhǎng)1、L2。經(jīng)過對(duì)光電轉(zhuǎn)換元件發(fā)出的電信號(hào)處理和計(jì)算可以得出L1、L2所對(duì)應(yīng)的尺寸B1、B2，B1加B2再加上兩個(gè)鏡頭之間的凈間距C即可得出被測(cè)物的寬度尺寸A。

寬度測(cè)量設(shè)備主要由以下幾部分組成：2組光電測(cè)頭、測(cè)頭安裝架、控制柜、工控機(jī)、顯示器、聲光報(bào)警器等。

3.1、光電測(cè)頭

每組光電測(cè)頭均由發(fā)射鏡頭、接收鏡頭、CCD、信號(hào)采集計(jì)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(yuǎn)心光路系統(tǒng)。所謂物方遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)是指將被測(cè)物放置在遠(yuǎn)心光路（即平行光視場(chǎng)）中進(jìn)行成像并進(jìn)行尺寸測(cè)量的光學(xué)系統(tǒng)。物方遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)用于測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)主要有兩個(gè)：一是成像邊界清晰，便于信號(hào)的捕捉和處理；二是被測(cè)物在沿平行光視場(chǎng)的軸向或徑向移動(dòng)時(shí)，成像的大小都沒有變化，有利于提高測(cè)量精度。

CCD成像技術(shù)，CCD是電荷耦合器件（Charge Coupled Devices，簡(jiǎn)稱CCD）成像檢測(cè)的基本原理是，被測(cè)物通過光學(xué)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(jīng)圖像采集卡采樣，量化形成具有一定灰度級(jí)分布的離散數(shù)字圖像，優(yōu)于圖像上的每個(gè)像素點(diǎn)都與被測(cè)物表面的區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，反映了位置的光強(qiáng)信息，所以可以通過數(shù)字圖像處理，將結(jié)果換算后得到被測(cè)的實(shí)際情況。

3.2、測(cè)頭安裝架

測(cè)頭安裝架采用全鑄鐵結(jié)構(gòu)，能夠有效的防止粉塵、水霧等進(jìn)入測(cè)寬儀內(nèi)部，損壞測(cè)寬儀。還具有固定作用，使得測(cè)寬儀良好運(yùn)行。

3.3、控制柜及工控機(jī)

主控機(jī)柜內(nèi)裝控制和輔助電路以及終端機(jī)，主要完成整機(jī)供電控制、信號(hào)轉(zhuǎn)接以及數(shù)據(jù)的處理、顯示等。

3.4、顯示器

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

3.5、聲光報(bào)警器

超差報(bào)警系統(tǒng)是在測(cè)量輸出值的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別，分析出不合格的鋼板寬度，從而輸出一個(gè)報(bào)警信號(hào)。這樣，生產(chǎn)線上不再需要人工機(jī)械去分析和判斷產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，只需對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)就可確定鋼板是否合格。自動(dòng)化程度提高，從而生產(chǎn)效率也大幅度提升。

超差報(bào)警系統(tǒng)主要特點(diǎn)是機(jī)械自動(dòng)化。無需工作人員去計(jì)算判別，只需觀察是否報(bào)警。高效率，節(jié)省人力物力，提高生產(chǎn)品質(zhì)。

測(cè)寬儀出現(xiàn)超差報(bào)警后蜂鳴器將持續(xù)報(bào)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(duì)軋線進(jìn)行檢查和處理；如偶爾超差后數(shù)據(jù)恢復(fù)正常不需檢查軋線情況，可在軟件界面將超差報(bào)警關(guān)閉后再重新打開。

利用雙鏡筒光電測(cè)頭測(cè)量鋼板寬度時(shí)，2組光電測(cè)頭分別安裝在鋼板的兩側(cè)，2組測(cè)頭的中心距是校核后的固定尺寸。當(dāng)鋼板通過測(cè)頭的測(cè)量區(qū)時(shí)，鋼板邊沿在2組測(cè)頭的成像位置信號(hào)經(jīng)過采集電路采集后上傳到工控機(jī)進(jìn)行計(jì)算，即可得出鋼板的寬度尺寸。寬度尺寸將實(shí)時(shí)顯示在于工控機(jī)連接的顯示器上。

① 定期檢查測(cè)寬儀內(nèi)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(jié)在測(cè)寬儀測(cè)頭的鏡片上，造成測(cè)量不準(zhǔn)，擦拭鏡頭即可。

③ 檢查輥道上鋼板位置，避免由于測(cè)寬儀掃描不到鋼板的邊緣而報(bào)故障，不測(cè)量或者測(cè)量結(jié)果為直線。

④ 認(rèn)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(cè)量和顯示功能

可測(cè)量、顯示鋼板寬度值、寬度波動(dòng)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(cè)量信息等進(jìn)行記錄，并且記錄時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)1年，可隨時(shí)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(jī)進(jìn)行通訊，多種通訊接口可選。

④ 修正功能

測(cè)量誤差過大時(shí)可自動(dòng)或手動(dòng)校準(zhǔn)。

⑤ 自我診斷功能

出現(xiàn)故障時(shí)，進(jìn)行聲光報(bào)警，根據(jù)不同的軋材可設(shè)置超差報(bào)警上下限。

⑥測(cè)量范圍調(diào)節(jié)功能

根據(jù)軋材的不同大小進(jìn)行測(cè)量范圍調(diào)節(jié)，同時(shí)可采用校準(zhǔn)量塊進(jìn)行精度校準(zhǔn)。

CCD光電測(cè)寬儀，可進(jìn)行無損在線檢測(cè)，應(yīng)用于鋼板、扁鋼、帶鋼、鋼帶、金屬板、鐵板、合金板等的寬度測(cè)量中。

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