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钢管直线度的测量方法及现状

直线度定义为限制实际直线对理想直线变动量的一种形状公差。目前国内外厂家在生产实践中对大尺寸钢管直线度测量的主要方法有:激光准直法、自准直仪法、拉线法、三坐标测量法、目测法等。上述的方法有其很多优点但也有其不足之处不能实现自动在线实时检测也不能实现非接触测量对测量结果造成影响大部分依赖人工检测速度缓慢。钢管轴线直线度的在线测量技术目前受到较多关注的是视觉传感器标定法。此方法基于空间坐标原理通过分析钢管表面发射光的几何参数拟合出其轮廓线进而计算直线度。此方法可以实现无缝钢管直线度的实时测量原理简单实用性强。

国外视觉检测技术发展迅速覆盖的应用领域广泛。20世纪末以美国、德国、日本为主的国家开始研制各种基于视觉检测技术的测量模型用于不同工业领域的检测。国外从事视觉检测系统开发的厂家很多如加拿大的Dalsa公司、丹麦的JAI/Pulnix公司、加拿大Coreco Imaging公司、加拿大IO Industries公司、美国Cognex公司、美国Navitar公司、美国的光学测量仪器公司(OGP),瑞士的Photonfocus公司、日本CCS公司、日本Sony公司以及德国西门子公司等。21世纪初用于零件尺寸测量的视觉检测设备逐渐得到推广和应用。国内视觉检测技术起步较晚始于21世纪初从最初的代理国外先进设备到现在能自主研发经历了一个较快的发展阶段。目前存在的问题是仪器的精度和性能还有待进一步提高。近几年国内从事视觉检测技术开发的公司不断增加如北京大恒图像、深圳赛克数码、上海法视特、北京和时利电机技术有限公司、深圳视觉龙科科技有限公司及北京机械科学院等。近年来国内外出现了一些用于检测工业中小尺寸零件的视觉检测系统但有些测量范围不适用如北京机械科学院研制的孔径测量仪测量范围为100um深圳赛克数码生产的SK-2010精密零件测量系统测量范围为3mm9mm。有些仪器专用于齿轮轴承检测如北京和时利电机技术有限公司生产的SIMATIC VS 710。有些仪器通用性较强但检测精度不高如美国DVT公司在线全自动检测系统—SmartImage Sensor日本Keyence公司的CV-700影像测量仪。有些仪器测量结构较为复杂而且价格昂贵如台湾Chien wei科技有限公司生产的CW-107V系列精密影像测量仪以及一些国外产品等。

在这方面天津大学精密测试技术及仪器实验室于2001年提出采用视觉传感器获得被测钢管的截面信息从而获得该截面的曲率中心坐标通过对多视觉传感器的坐标统一可以获得多个曲率中心坐标。由该坐标可以拟合出理论空间轴心线通过误差评定原则即可获得直线度误差。

图1 钢管直线度测量视觉检测示意图 


其主要测量原理如图1所示检测系统在钢管上分配了由多个视觉传感器组成的传感器组每个传感器由半导体激光器LD投射出一束光平面与被测钢管相交得到一条钢管截面部分圆周的椭圆弧;由CCD摄像机接收各椭圆弧的图像并将其转化为电信号;经图像采集系统转化为数字信号进入计算机;通过适当的数学方法由截面上部分圆周拟合得到截面的尺寸和截面圆心的空间三维坐标;多个传感器得到多个截面的尺寸和截面圆心的三维空间坐标;综合资料可以得出无缝钢管的直线度误差。 

该方法具有大量程、非接触、测量速度快、系统柔性好、精度适中等特点特别适合于产品的几何参数检测与质量监控领域。但也有其不足之处基于视觉分析技术对周围环境有较高要求由于钢管和光截面相交线很窄测量结果的稳定性不足为了提高精度必须使用多个发射/接收装置进行分析成本较高。 

2008年兰州理工大学材料科学与工程学院王宏等人进行了“基于虚拟仪器的大直径焊管的形位误差检测系统”的研究。其原理如图2所示伺服电机1通过相应的传动机构带动被测钢管旋转传感器组4安装在固定板5上固定板5固定在可沿钢管轴向运动的导轨滑块上使得钢管在旋转的同时传感器测量组沿钢管轴向运动以螺旋线方式采集钢管表面的形位参数钢管轴向放置在3个位移传感器采集钢管母线数据测量母线直线度另外3个测量钢管圆度通过位移传感器采集到的数据传送到PC机进传行处理得出直线度、圆度误差。这种测量方法具有成本低、数据通信方便等优点但是接触式测量测量比较繁琐只能针对钢管母线直线度的测量不能实现对钢管轴线直线度的测量由于工厂坏境恶劣所以抗干扰能力差。

图2  兰州理工大学采用的测量方法 


同样的在国外各国也都努力的寻求新的方法去解决这一方面的难题。2006年日本Tohoku大学提出一种对超精密导轨平行性和直线度测量的三探针测量系统。该系统可用于测量一对钢轨的平行度和直线度。测量平行度使用反向法而直线度测量用两点连续的方法。实验用测量数值算法分析一对职能明确的导轨来验证这个三探针系统。同样的该系统的测量方法也可以用于对钢管直线度的测量。系统并行性和直线度测量的安装程序如图3所示:

图3 并行性和直线度测量的安装程序 


常州仁成金属制品有限公司的钢管直线度测量 使用的是是:三坐标测量法,原文网址:

钢管直线度的测量方法(钢管弯曲度的测量方法)

http://www.josen.net/post/Method-for-measuring-straightness-of-steel-pipe.html

大家 可以参考研究一下,有什么想法 建议 欢迎给我留言。 


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