鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)梅劍春;葉青;田建國(guó)【摘要】為了實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管管端內(nèi)外徑、不圓度的自動(dòng)化非接觸快速測(cè)量,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng).該系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)激光三角法位移傳感器繞鋼管中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的方法來(lái)測(cè)量管端截面整個(gè)圓周的外徑和內(nèi)徑尺寸,然后利用圓心擬合算法修正轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線與鋼管中軸線不重合帶來(lái)的誤差.通過(guò)平移臺(tái)自動(dòng)調(diào)整測(cè)量截面與管端的距離,大型升降臺(tái)調(diào)節(jié)管心對(duì)齊高度,雙臂平移臺(tái)調(diào)節(jié)可測(cè)量管徑范圍,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同管徑鋼管的非接觸測(cè)量.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)測(cè)量精度小于0.05mm;重復(fù)性限小于等于5pm;每個(gè)管端截面測(cè)量500個(gè)點(diǎn)時(shí)，測(cè)量時(shí)間小于25s.設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有精度高、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量速度快的優(yōu)點(diǎn),滿足無(wú)縫鋼管生產(chǎn)在線檢測(cè)的要求,并已經(jīng)在天津天管元通管材制品有限公司通過(guò)離線測(cè)試.期刊名稱】《光學(xué)精密工程》年(卷),期】2014(022)004【總頁(yè)數(shù)】7頁(yè)(P815-821)【關(guān)鍵詞】激光三角法;無(wú)縫鋼管;直徑測(cè)量;不圓度測(cè)量;非接觸測(cè)量【作者】梅劍春;葉青;田建國(guó)【作者單位】南開(kāi)大學(xué)現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)研究院,天津300071;南開(kāi)大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院,天津300071;南開(kāi)大學(xué)弱光非線性光子學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300071;南開(kāi)大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院,天津300071;南開(kāi)大學(xué)弱光非線性光子學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300071正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TN247;TB921引言目前，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(lái)愈廣泛。歷經(jīng)10年的發(fā)展，我國(guó)的鋼管產(chǎn)量由2000年的933.7萬(wàn)噸發(fā)展到2009年的5291.6萬(wàn)噸，并在2006年躍居世界第一，我國(guó)也成為名副其實(shí)的鋼管大國(guó)。但我國(guó)對(duì)特種鋼管、大口徑鋼管等生產(chǎn)附加值高的鋼管的生產(chǎn)能力較弱，仍需要大量進(jìn)口，與鋼管強(qiáng)國(guó)仍有較大差距［1－2］。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(lái)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及不圓度在保證管道施工進(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。因?yàn)楫?dāng)兩管在野外或海洋中進(jìn)行配管焊接施工時(shí)，如果鋼管的管端直徑和不圓度符合要求，焊接能順利地完成；反之，會(huì)造成兩管對(duì)焊困難，即使能勉強(qiáng)對(duì)焊在一起，也會(huì)產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，致使焊縫處的機(jī)械性能下降，降低管道的安全性［3］。而油氣輸送管道輸送大量易燃易爆物質(zhì)，要承受幾十甚至上百個(gè)大氣壓的內(nèi)壓，如果焊縫的機(jī)械性能不好，極易發(fā)生泄漏、爆炸事故。尤其是深海管線管，管道受洋流、潮汐、海浪的影響，對(duì)焊接效果要求更高，而且一旦斷裂會(huì)導(dǎo)致原油泄漏，發(fā)生海洋污染事件，產(chǎn)生巨大的生態(tài)污染，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、外徑及不圓度進(jìn)行檢測(cè)。目前，管端內(nèi)外徑的測(cè)量主要依靠卡尺和千分尺等手工量具，這種方法受生產(chǎn)環(huán)境、量具精確度和操作人員因素的影響較大，測(cè)量精度低、速度慢、效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且每個(gè)截面最多測(cè)量4組數(shù)據(jù)，無(wú)法充分反映管端不圓度情況。因此，鋼管管端內(nèi)外徑自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的研發(fā)不僅可以系統(tǒng)地測(cè)量鋼管管端的內(nèi)徑、外徑和不圓度，還可以提高生產(chǎn)效率、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)提高鋼管產(chǎn)品質(zhì)量，增加生產(chǎn)附加值具有非常重要的意義。目前，國(guó)外一些公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出這類功能的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，并且應(yīng)用在壁厚測(cè)量、精度規(guī)格分類、焊接管端匹配、鏜加工分析等場(chǎng)合。如Tenaris公司的LEMS［4-5］和OMS公司的PipeCheckerTM，但至今在國(guó)內(nèi)尚無(wú)此類產(chǎn)品。本文提出了一種基于激光三角法位移傳感器的鋼管內(nèi)外徑自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鋼管內(nèi)外徑的非接觸測(cè)量，具有操作簡(jiǎn)單、精度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理圖1鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1Measuringsystemforinsideandoutsidediametersofpipeend如圖1所示，鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)由兩個(gè)激光測(cè)距探頭、兩個(gè)小型精密平移臺(tái)、一個(gè)精密轉(zhuǎn)臺(tái)、一個(gè)大型平移臺(tái)和一個(gè)底座升降臺(tái)構(gòu)成。該系統(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)徑和外徑分布情況，并配合升降臺(tái)和探頭固定臂上的精密位移臺(tái)對(duì)探頭位置進(jìn)行微調(diào)，以適應(yīng)不同尺寸鋼管管端檢測(cè)的需要。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(lái)消除。激光位移傳感器測(cè)量系統(tǒng)所用的探頭是激光三角法位移傳感器，激光三角法測(cè)距原理［6］如圖2所示。激光二極管發(fā)出的平行光束垂直投射到被測(cè)物體表面，形成一個(gè)光斑，光斑在物體表面發(fā)生漫反射，其中一部分散射光經(jīng)過(guò)接收透鏡成像于CCD上；如果被測(cè)物體產(chǎn)生位移，將導(dǎo)致物體表面上的光點(diǎn)沿著激光束的方向產(chǎn)生移動(dòng)，CCD上的成像點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)移動(dòng)，通過(guò)像移和實(shí)際位移之間的三角關(guān)系可以計(jì)算出實(shí)際位移。在信號(hào)處理電路的作用下，線陣CCD將位移數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成探測(cè)距離。圖2激光三角法測(cè)距原理圖Fig.2Principleoflasertriangulationmethod由于光學(xué)系統(tǒng)的限制，光束除了在測(cè)量范圍中心處是聚焦成像，在其余部分都是軸外光成像，而且越偏離中心，所形成的光斑尺寸越大。通過(guò)合理地設(shè)計(jì)光學(xué)鏡頭，可以縮小光斑大小，提高測(cè)量精度。光斑能量呈高斯曲線分布，通過(guò)高斯曲線公式可以精確地計(jì)算中心點(diǎn)的位置［7］。本文采用美國(guó)邦納公司的LH30型激光位移傳感器，測(cè)距范圍為10mm，分辨力為1pm,光斑直徑最小為50pm,最大為110pm,可以滿足鋼管管端檢測(cè)的需求。激光三角法的測(cè)量精度高，分辨力最高可以達(dá)到1pm;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。系統(tǒng)工作原理如圖1所示,兩個(gè)激光測(cè)距探頭固定在精密轉(zhuǎn)臺(tái)前的旋轉(zhuǎn)平面上,轉(zhuǎn)臺(tái)的中軸線與待測(cè)鋼管的中軸線基本一致。激光測(cè)距探頭垂直射向轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線方向照射到鋼管管壁上，外徑探頭測(cè)得的距離記為a，內(nèi)徑探頭測(cè)得的距離記為b。外徑和內(nèi)徑測(cè)距探頭與轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線之間的距離分別記為A和B,這樣計(jì)算出外徑尺寸RO=A-a，內(nèi)徑尺寸RI二B+b。轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)兩個(gè)激光測(cè)距探頭沿轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)—定角度，測(cè)量一次讀數(shù)，從而得到整個(gè)圓周的內(nèi)外半徑尺寸。轉(zhuǎn)動(dòng)角度0由編碼器測(cè)定，編碼器與轉(zhuǎn)臺(tái)同軸連接，所以測(cè)得的內(nèi)外半徑尺寸均為角度0的函數(shù)，分別記為RO(0),RI(0)。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將測(cè)得的內(nèi)外徑尺寸和對(duì)應(yīng)的角度信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理算法計(jì)算出鋼管的內(nèi)徑(InnerDiameter,ID)、外徑(OuterDiameter,OD)、壁厚(WallThickness,WT)和不圓度(Out-of-Roundness,0R)。在每個(gè)測(cè)量角度，控制電機(jī)停止1ms，然后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到下個(gè)角度。這樣既可以保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及探頭的響應(yīng)時(shí)間，又不影響整體掃描的流暢性。鋼管生產(chǎn)過(guò)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)面上安裝了兩個(gè)小型精密平移臺(tái)來(lái)分別調(diào)整外徑探頭和內(nèi)徑探頭與轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線之間的距離A和B。鋼管測(cè)量時(shí)固定在V型支架上，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(lái)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)兩個(gè)激光測(cè)距探頭、兩個(gè)小型精密平移臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)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。生產(chǎn)線配套輔機(jī)本測(cè)量系統(tǒng)在天津天管元通管材制品有限公司經(jīng)過(guò)離線測(cè)試，順利通過(guò)驗(yàn)收。將該系統(tǒng)安裝在生產(chǎn)線上時(shí)，需要安裝一定的輔機(jī)設(shè)備。鋼管管端內(nèi)外徑測(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，管端中心位置偏差不得超過(guò)±5mm,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)，記為1＃設(shè)備和2＃設(shè)備。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。輔機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3配套輔機(jī)結(jié)構(gòu)框圖Fig.3Blockdiagramofauxiliaryequipment輔機(jī)設(shè)備工作流程為：鋼管傳輸?shù)綔y(cè)量工序時(shí)，通過(guò)翻板或者翻料鉤將其翻轉(zhuǎn)到上料臺(tái)架上，然后通過(guò)步進(jìn)梁傳輸?shù)?＃輥道，1＃輥道帶動(dòng)鋼管向左側(cè)移動(dòng)，在1#對(duì)齊擋板處對(duì)齊；繼續(xù)步進(jìn)到1#V型支架，由安裝在該支架左側(cè)的1#設(shè)備測(cè)量鋼管左側(cè)管端。然后步進(jìn)至2＃輥道，2＃輥道帶動(dòng)鋼管向右側(cè)移動(dòng)，在2＃對(duì)齊擋板處對(duì)齊；繼續(xù)步進(jìn)至2#V形支架，由安裝在該支架右側(cè)的2#設(shè)備測(cè)量鋼管右側(cè)管端。測(cè)量完畢后步進(jìn)至出料臺(tái)架。所有的步進(jìn)操作由同一個(gè)步進(jìn)梁完成，該步進(jìn)梁每次同時(shí)移動(dòng)五根鋼管向下一個(gè)工位，保證了生產(chǎn)線流程的連續(xù)性。兩臺(tái)設(shè)備分別完成測(cè)量后，相互之間還需要進(jìn)行通訊，將測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到同一個(gè)鋼管管號(hào)，同時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偟男畔⒐芾硐到y(tǒng)，方便查詢和后期跟蹤。數(shù)據(jù)處理算法鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)的主要誤差是由待測(cè)鋼管中軸線與轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線不重合帶來(lái)的。兩條中軸線不重合的主要原因有兩個(gè)：一個(gè)是中軸線的傾斜度不同，另外一個(gè)是軸心位置有偏移。中軸線傾斜度不同主要是由V型支架的固定位置偏差造成的。為保證待測(cè)鋼管管端在測(cè)距探頭的工作范圍內(nèi)，輔機(jī)設(shè)備需確保管端位置偏差不能超過(guò)±5mm。鋼管的長(zhǎng)度一般在10-20m,所以傾斜角度非常小。經(jīng)過(guò)計(jì)算，中軸線傾斜造成的誤差不會(huì)超過(guò)10pm,而系統(tǒng)的測(cè)量精度是0.05mm，所以傾斜誤差基本可以忽略。圖4內(nèi)徑測(cè)量原理圖Fig.4PrinciplediagramofIDmeasurement對(duì)于軸心位置偏移造成的誤差,可以通過(guò)數(shù)據(jù)處理算法［8］進(jìn)行修正。如圖4所示，轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸心為O點(diǎn)，而鋼管的實(shí)際軸心為O'點(diǎn)。鋼管的內(nèi)徑軸心和外徑軸心一般情況下并不重合,由于鋼管生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)內(nèi)徑不圓度的加工精度要求更高,所以定義鋼管的軸心O'為內(nèi)徑圓的中心。轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)兩個(gè)激光測(cè)距探頭沿中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度0測(cè)量一次讀數(shù)，得到了整個(gè)圓周的外半徑尺寸RO和內(nèi)半徑尺寸RI。RO和RI均為0的函數(shù)，分別是RO(0),RI(0)。以轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸心O為原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系XOY,將RO(0)和RI(0)從極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變?yōu)樵撈矫嬷苯亲鴺?biāo)系的函數(shù)：利用最小二乘法［9］求內(nèi)徑圓周xO(0),yO(0)的圓心O'的坐標(biāo)(x',y‘)。重新計(jì)算內(nèi)徑圓周和外徑圓周上每一點(diǎn)到O'的距離R和角度6,相當(dāng)于把圓心從o點(diǎn)平移到o’點(diǎn)，就可以得到修正后的外徑和內(nèi)徑尺寸RO'(e),Ri'(e),從而消除軸心偏移帶來(lái)的誤差，進(jìn)而可以計(jì)算出鋼管的ID,OD,WT和OR:不圓度的測(cè)量精度與外徑的測(cè)量精度相關(guān)，而且測(cè)量點(diǎn)數(shù)越多，OD值的采樣點(diǎn)越多，ODmax,ODmin的計(jì)算就越精確。影響系統(tǒng)誤差的其它來(lái)源主要有轉(zhuǎn)臺(tái)的徑向晃動(dòng)、測(cè)量臂的抖動(dòng)、由車間的震動(dòng)、濕度和溫度變化［10］引起的機(jī)械長(zhǎng)度變形以及編碼器精度降低［11］等，這些誤差通過(guò)軟件算法很難消除。因此，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮這些因素，通過(guò)選用高性能材料，優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高加工精度等方法來(lái)盡量減小干擾因素的影響，提高整體系統(tǒng)的測(cè)量精度。測(cè)量實(shí)驗(yàn)與結(jié)果為了檢驗(yàn)設(shè)備的測(cè)量精度，將一段鋼管樣品送交中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院(NationalInstituteofMetrologyP.R.China,NIM)長(zhǎng)度計(jì)量科學(xué)與精密機(jī)械測(cè)量技術(shù)研究所進(jìn)行標(biāo)定，然后將標(biāo)定結(jié)果與本設(shè)備所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì)。NIM長(zhǎng)度計(jì)量科學(xué)與精密機(jī)械測(cè)量技術(shù)研究所標(biāo)定時(shí)利用的設(shè)備為德國(guó)LIETZ公司生產(chǎn)的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x(CoordinateMeasuringMachine,CMM)，屬于長(zhǎng)度標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備［12］,型號(hào)為PMM544，探測(cè)誤差P二0.6pm。測(cè)量標(biāo)定鋼管管端的一個(gè)截面，將圓周1000等分，測(cè)得1000個(gè)內(nèi)徑點(diǎn)和1000個(gè)外徑點(diǎn)的坐標(biāo)。同樣條件下,利用自主研發(fā)的鋼管管端內(nèi)外徑分布非接觸數(shù)字式在線測(cè)定設(shè)備測(cè)量得到1000組數(shù)據(jù)。圖5是本設(shè)備和NIM三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x測(cè)量的鋼管內(nèi)徑數(shù)據(jù)的對(duì)比圖，兩條曲線基本重合。內(nèi)徑數(shù)據(jù)偏差如圖6所示，內(nèi)徑1000點(diǎn)數(shù)據(jù)的偏差均小于0.05mm。對(duì)比結(jié)果顯示，設(shè)備的測(cè)量精度在0.05mm以內(nèi)。圖5本文設(shè)備和計(jì)量院三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量結(jié)果對(duì)比圖Fig.5ComparisonofmeasurementprofilesbetweenproposedsystemandCMM圖6本文設(shè)備和計(jì)量院三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量結(jié)果的誤差Fig.6DifferenceofmeasurementprofilesofproposeddeviceandCMM根據(jù)《GB-T17395-2008無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)化外徑的允許偏差分D1,D2,D3和D44個(gè)等級(jí)。其中D4等級(jí)最嚴(yán)格，其最大允許偏差為士0.5%D或±0.10mm中的較大值。本設(shè)備的最小檢測(cè)外徑為110mm，其對(duì)應(yīng)的最大允許偏差為士0.55mm,測(cè)量精度為0.05mm，完全能滿足無(wú)縫鋼管行業(yè)的測(cè)量要求。國(guó)外Tenaris公司同類型的檢測(cè)設(shè)備LEMS的測(cè)量精度在0.1mm以內(nèi)（99%的數(shù)據(jù)）。與其相比，本文設(shè)備的精度優(yōu)于對(duì)方。鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。表1鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)能標(biāo)Tab.1Technicalindexofmeasuringsystemforinsideandoutsidediametersofpipeend技術(shù)指標(biāo)數(shù)值分辨力1pm測(cè)量精度0.05mm單次測(cè)量過(guò)程時(shí)間＜25s（單次測(cè)量過(guò)程包括平移臺(tái)前進(jìn)、回轉(zhuǎn)測(cè)量和平移臺(tái)后退），每周測(cè)量500點(diǎn)時(shí)單次掃描最多點(diǎn)數(shù)1000點(diǎn)鋼管內(nèi)徑＞110mm鋼管外徑范圍v750mm測(cè)量截面距管端距離＜300mm測(cè)量速度圖7內(nèi)徑重復(fù)性測(cè)量示意圖Fig.7ResultofIDrepeatedmeasurement工業(yè)測(cè)量設(shè)備的重復(fù)測(cè)量精度也非常重要。為了驗(yàn)證鋼管管端內(nèi)外徑測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)精度，對(duì)同一根鋼管樣品連續(xù)測(cè)量了50次，其平均內(nèi)徑的分布情況如圖7所示由圖可以看出，最大偏差為5pm,所以本測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性限＜5pmo5結(jié)論本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種鋼管管端內(nèi)外徑非接觸自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)激光位移傳感器繞鋼管中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，測(cè)量管端一個(gè)截面整個(gè)圓周的外徑和內(nèi)徑尺寸；然后利用圓心擬合算法修正轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線與鋼管中軸線不重合帶來(lái)的誤差；同時(shí)結(jié)合平移臺(tái)自動(dòng)調(diào)整測(cè)量截面與管端的距離，大型升降臺(tái)調(diào)節(jié)管心對(duì)齊高度，雙臂平移臺(tái)調(diào)節(jié)可測(cè)量管徑范圍，實(shí)現(xiàn)了多種規(guī)格鋼管管徑的非接觸自動(dòng)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)的測(cè)量精度為0.05mm，重復(fù)性限＜5pm;每個(gè)管端截面測(cè)量500個(gè)點(diǎn)時(shí)，測(cè)量時(shí)間小于25s。本測(cè)量系統(tǒng)具有較高的自動(dòng)化程度，測(cè)量速度滿足生產(chǎn)節(jié)奏，并已經(jīng)在天津天管元通管材制品有限公司通過(guò)測(cè)試和驗(yàn)收；可以為鋼管公司生產(chǎn)企業(yè)制造高品質(zhì)高附加值的精品鋼管產(chǎn)品提供檢測(cè)手段，有利于企業(yè)提高產(chǎn)品附加值，增加盈利空間。參考文獻(xiàn)：[1]嚴(yán)澤生?加快結(jié)構(gòu)調(diào)整實(shí)現(xiàn)鋼管行業(yè)科學(xué)發(fā)展[J].焊管，2010,33(5):12－19.YANZSH.Expeditingadjustmentstructureandeliminatingbackwardtorealizescientificdevelopmentinsteelpipeindustry[J].WeldedPipeandTube，2010，33(5)：12－19.(inChinese)[2]殷國(guó)茂?我國(guó)鋼管工業(yè)的現(xiàn)狀和今后發(fā)展的思考[J].鋼管，2011,40(1):1－7.YINGM.Currentsituationofdomesticsteeltubemanufacturingindustryandthinkingaboutfurtherdevelopment[J].SteelPipe,2011,40(1):1-7.(inChinese)許曄，吳瑞珉，金成國(guó)，等?直縫焊管管端直徑及橢圓度的檢測(cè)方法[J].物理測(cè)試，2010,28(2):48-51.XUY,WURM,JINCHG,etal..Measurementmethodsforouterdiameterandellipticityoftheendofbutt-weldedpipe[J].PhysicsExaminationandTesting,2010,28(2):48-51.(inChinese)MOTTAL，NOVELLIP，DARCISP，etal..Flowlinesandriserspipesendslasermeasurementforenhancedgirthweldsmanufacturingandfatiguebehavior[C].ProceedingsoftheInternationalConferenceonOffshoreMechanicsandArcticEngineering－OMAE，2011，4：361－366.MOTTAL，NOVELLIP，DARCISP，etal..Improvedgirthweldsmanufacturingforfatiguedemandingdeepwaterdevelopmentsthroughlaserpipeendmeasurement[C].OffshoreTechnologyConference，2011，2：1060－1068.[6]鄒振書，李喜增，張景和，等?非接觸測(cè)量激光光學(xué)探頭[J].光學(xué)精密工程，1997，5(3)：83－89.ZOUZHSH，LIXZH，ZHANGJH，etal..Laseropticalprobefornon-contactmeasurements[J].Opt.PrecisionEng.,1997,5(3):83-89.(inChinese)[7]王蕾，王會(huì)峰，王金娜?提高激光位移傳感器精度的技術(shù)研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013(3):1-4.WANGL,WANGHF,WANGJN.Researchontechniqueofimprovingthemeasurementprecisionoflaser-displacement-sensor[J].InstrumentTechniqueandSensor，2013(3):1-4.(inChinese)[8]劉紅軒，曲興華，邢書劍，等.基于激光三角法的大內(nèi)經(jīng)測(cè)量系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011,19(