CN109470150A - 一种波纹管位移激光传感器检测装置及方法 - Google Patents

一种波纹管位移激光传感器检测装置及方法 Download PDF

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徐雨果
于海平
蒋峰
胡瑜
张松
韦炜
杨晨龙
田晶晶
袁鑫
许清泉
吴峰
相入喜
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Abstract

本发明公开了一种波纹管位移激光传感器检测装置及方法。该装置包括测量平台、旋转平台、激光测距仪、施压装置、导向驱动装置，旋转平台安装于测量平台上，旋转平台在旋转驱动电机的驱动下旋转，旋转平台上设置有波纹管，波纹管在施压装置的作用下被挤压，激光测距仪设置于波纹管的侧方，在导向驱动装置的驱动下运动，激光测距仪和导向驱动装置分别连接至工控机。本发明能够实现波纹管膨胀节轴向和径向位移的检测过程，该装置相比较于上述检测方法所构建的装置成本低，算法简单。可以检测膨胀节两个方向的位移，可以快速实现不同角度波纹管膨胀节轴向和径向位移检测，检测方法更为全面。

Description

一种波纹管位移激光传感器检测装置及方法
技术领域
本发明涉及波纹管位移激光传感器检测装置及方法，特别涉及一种适合在实验室波纹管非工况条件时的检测装置及方法。
背景技术
随着国民经济的快速发展，管道被广泛应用于供暖、供热、石油和天然气输送及各种工业用品制造等领域。然而，由于运输过程中管道温度和压力的变化，导致管道产生热胀冷缩和移动变形，如果不能使这些变化得到补偿，将引起严重的管道运输安全事故。因此，膨胀节作为一种能够吸收由热胀冷缩引起的伸缩变形的弹性元件，可提高管道运输的可靠性和安全性，从而得到了广泛的应用。
波纹管膨胀节波距检测在国内报道不多，常规方法采用手工测量，效率低、测量精度差、劳动强度大，而且自动化程度也不高。江苏省特种设备安全监督检验研究院通过构建波纹管膨胀节测量装置的机械结构，采用激光三维扫描技术，实现了对波纹管膨胀节表面波形数据的点云化采集并通过最小二乘法和曲线拟合算法实现噪声的滤除和有效信号的提取，但是上述检测方法所采用的激光三维扫描传感器价格昂贵，需要对云点数据进行算法上的筛选和拟合，而且该装置只能测量波纹管的轴向位移。常规检测方法或者手工测量或者采用激光三维扫描方法。前者效率低精度差，后者价格昂贵需要多种算法融合分析实现，两种方法只能测量波纹管膨胀节轴向位移。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种波纹管位移激光传感器检测装置及方法。首先构建波纹管、液压泵、液压缸、步进电机和激光测距传感器波纹管轴向和径向位移检测装置，其次液压泵施与不同的压力使波纹管产生形变，控制电机转动带动激光传感器对波纹管膨胀节轴向位移和径向位移同时检测。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种波纹管位移激光传感器检测装置，包括：测量平台、旋转平台、激光测距仪、施压装置、导向驱动装置，所述旋转平台安装于测量平台上，旋转平台在旋转驱动电机的驱动下旋转，所述旋转平台上设置有波纹管，所述波纹管在施压装置的作用下被挤压，所述激光测距仪设置于波纹管的侧方，在导向驱动装置的驱动下运动，所述激光测距仪和导向驱动装置分别连接至工控机。
更进一步地，所述工控机通过计算机连接至显示设备。
更进一步地，所述施压装置包括液压缸、送油管、回油管、液压泵、压板，所述液压泵与液压缸之间分别连接有送油管和回油管，所述液压缸与压板相连，所述液压泵通过液压缸驱动压板对波纹管施压。
更进一步地，所述导向驱动装置固定于测量平台上，包括导向驱动电机、丝杠和导轨，所述导向驱动电机驱动丝杠从而带动所述激光测距仪沿导轨运动，所述导向驱动电机与工控机相连。
本发明还提供一种波纹管位移激光传感器检测方法，包括液压泵未施压和液压泵施以压力两种状态下的检测，包括：
液压泵未施压时，波纹管处于初始状态A，其膨胀节长度为L1，波纹管整体长度为H，激光测距传感器扫描波纹管得到波纹管到传感器间的一系列距离值S1；分析变化的S1值，判断S1中相邻值的差值，若超过设定阈值，则判断为膨胀节起始或结束位置；若未超过设定阈值，则判断为非膨胀节起始或结束位置，得到膨胀节的距离h1，h2，并计算出L1＝H-h1-h2；
液压泵施以压力时，波纹管处于初始状态B，其膨胀节长度为L2，激光测距传感器扫描波纹管得到波纹管到传感器间的一系列距离值S2；分析变化的S2值，得到膨胀节的距离h3，h4，并计算出L2＝H-h3-h4。更进一步地，包括波纹管膨胀节轴向位移检测，在液压泵施压时，膨胀节轴向位移为h3-h1和h4-h2。
更进一步地，包括波纹管膨胀节径向位移检测，液压泵未施压时，波纹管处于初始状态C，激光测距传感器到波纹管的距离为S4，液压泵施以压力时，不考虑膨胀节轴向位移变化，波纹管处于初始状态D，激光测距传感器到波纹管的距离为S3，膨胀节径向位移为S4-S3。
更进一步地，所述旋转驱动电机转动，带动旋转平台上方的波纹管转动，实现不同角度轴向和径向位移的测量。
本发明具有如下有益效果：
本发明构建波纹管、液压泵、液压缸、步进电机和激光测距传感器机械装置，能够实现波纹管膨胀节轴向和径向位移的检测过程，该装置相比较于上述检测方法所构建的装置成本低，算法简单。可以检测膨胀节两个方向的位移，可以快速实现不同角度波纹管膨胀节轴向和径向位移检测，检测方法更为全面。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是旋转平台的结构示意图；
图3是液压泵未施压时波纹管膨胀节轴向位移检测原理图；
图4是液压泵施压时波纹管膨胀节轴向位移检测原理图；
图5是波纹管膨胀节径向位移检测原理图。
图中标记：1、测量平台；2、旋转平台；3、旋转驱动电机；4、波纹管；5、液压缸；6、送油管；7、回油管；8、液压泵；9、丝杠；10、导轨；11、滑块；12、激光测距仪；13、导向驱动电机；14、工控机；15、计算机；16、膨胀节位置；17、膨胀节两侧；18、表面划痕；19、裂缝；20、压板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
提供一种波纹管膨胀节位移检测装置和方法。包括如下步骤：
步骤1：搭建激光测距传感器波纹管膨胀节位移检测装置
如图1和图2所示，测量平台1上方为旋转平台2，测量平台1下方为旋转驱动电机3，旋转平台2上方为波纹管4，旋转驱动电机3通过控制使旋转平台2及波纹管4转动。波纹管4上方为压板20，压板20与液压缸5相连，液压缸5通过送油管6、回油管7和液压泵8连接。丝杠9和导轨10固定于测量平台1，丝杠9和导轨10上安置滑块11，滑块11上固定激光测距仪12以及导向驱动电机13。导向驱动电机13通过控制可以实现激光测距仪12的升降。旋转驱动电机3、激光测距传感器12和导向驱动电机13由工控机14控制，并经计算机15显示器软件输出。
步骤2：波纹管膨胀节轴向位移检测
步骤2.1：液压泵未施压时分析
如图3所示，液压泵未施压时，波纹管处于初始状态A，其膨胀节长度为L1，波纹管整体长度为H，激光测距传感器位于位置O从上至下扫描波纹管得到波纹管右侧到传感器间的一系列距离值S1，同时通过工控机获取该距离并在计算机软件中显示，S1为变化值，其反映波纹管膨胀节的变化趋势。
计算机软件中，分析变化的S1值，判断S1中相邻值的差值，若超过设定阈值，则判断为膨胀节起始或结束位置；若未超过设定阈值，则判断为非膨胀节起始或结束位置，可以得到膨胀节的距离h1，h2，并计算出L1＝H-h1-h2。
步骤2.2：液压泵施压时分析
如图4所示，液压泵施以压力时，不考虑膨胀节径向位移变化，波纹管处于初始状态B，其膨胀节长度为L2，激光测距传感器位于位置O从上至下扫描波纹管得到波纹管右侧到传感器间的一系列距离值S2，同时通过工控机获取该距离并在计算机软件中显示，S2为变化值，其反映波纹管膨胀节的变化趋势。
计算机软件中，分析变化的S2值，可以得到膨胀节的距离h3，h4，并计算出L2＝H-h3-h4。
步骤2.3：计算波纹管膨胀节轴向位移检测
在液压泵施压时，可分别计算出轴向位移h3-h1和h4-h2。
步骤3：波纹管膨胀节径向位移检测
如图5所示，液压泵未施压时，波纹管处于初始状态C，激光测距传感器到波纹管的距离为S4，液压泵施以压力时，不考虑膨胀节轴向位移变化，波纹管处于初始状态D，激光测距传感器到波纹管的距离为S3，可计算膨胀节径向位移为S4-S3。
步骤4：波纹管旋转的位移测量
测量平台下方旋转驱动电机转动，带动旋转平台上方的波纹管转动，可以实现不同角度轴向和径向位移的测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种波纹管位移激光传感器检测装置，其特征在于，包括：测量平台、旋转平台、激光测距仪、施压装置、导向驱动装置，所述旋转平台安装于测量平台上，旋转平台在旋转驱动电机的驱动下旋转，所述旋转平台上设置有波纹管，所述波纹管在施压装置的作用下被挤压，所述激光测距仪设置于波纹管的侧方，在导向驱动装置的驱动下运动，所述激光测距仪和导向驱动装置分别连接至工控机。
2.根据权利要求1所述的一种波纹管位移激光传感器检测装置，其特征在于，所述工控机通过计算机连接至显示设备。
3.根据权利要求1所述的一种波纹管位移激光传感器检测装置，其特征在于，所述施压装置包括液压缸、送油管、回油管、液压泵、压板，所述液压泵与液压缸之间分别连接有送油管和回油管，所述液压缸与压板相连，所述液压泵通过液压缸驱动压板对波纹管施压。
4.根据权利要求1所述的一种波纹管位移激光传感器检测装置，其特征在于，所述导向驱动装置固定于测量平台上，包括导向驱动电机、丝杠和导轨，所述导向驱动电机驱动丝杠从而带动所述激光测距仪沿导轨运动，所述导向驱动电机与工控机相连。
5.根据权利要求1所述的一种波纹管位移激光传感器检测方法，其特征在于，包括液压泵未施压和液压泵施以压力两种状态下的检测，包括：
液压泵未施压时，波纹管处于初始状态A，其膨胀节长度为L1，波纹管整体长度为H，激光测距传感器扫描波纹管得到波纹管到传感器间的一系列距离值S1；分析变化的S1值，判断S1中相邻值的差值，若超过设定阈值，则判断为膨胀节起始或结束位置；若未超过设定阈值，则判断为非膨胀节起始或结束位置，得到膨胀节的距离h1，h2，并计算出L1＝H-h1-h2；
液压泵施以压力时，波纹管处于初始状态B，其膨胀节长度为L2，激光测距传感器扫描波纹管得到波纹管到传感器间的一系列距离值S2；分析变化的S2值，得到膨胀节的距离h3，h4，并计算出L2＝H-h3-h4。
6.根据权利要求5所述的一种波纹管位移激光传感器检测方法，其特征在于，包括波纹管膨胀节轴向位移检测，在液压泵施压时，膨胀节轴向位移为h3-h1和h4-h2。
7.根据权利要求5所述的一种波纹管位移激光传感器检测方法，其特征在于，包括波纹管膨胀节径向位移检测，液压泵未施压时，波纹管处于初始状态C，激光测距传感器到波纹管的距离为S4，液压泵施以压力时，不考虑膨胀节轴向位移变化，波纹管处于初始状态D，激光测距传感器到波纹管的距离为S3，膨胀节径向位移为S4-S3。
8.根据权利要求5所述的一种波纹管位移激光传感器检测方法，其特征在于，所述旋转驱动电机转动，带动旋转平台上方的波纹管转动，实现不同角度轴向和径向位移的测量。
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