CN111623717A - 一种非接触式钢管通径测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢管测量技术领域，尤其涉及一种非接触式钢管通径测量装置及方法，其特征在于，包括置于待测钢管两端的引桥座、三维激光扫描仪和扫描仪小车，两端的引桥座和待测钢管之间是扫描仪小车往来移动的区间，三维激光扫描仪设置于扫描仪小车上。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）采用非接触式测量方法在钢管的生产中对钢管进行通径测量，快速精准，避免出现因通径过头或者通径不到位导致的机械故障，有效减少测量装置与钢管之间的磨损现象。2）测量精度可达0.03mm~0.1mm，数据分析更直观。3）钢管内的表面质量，如焊接缺陷、裂纹或拉伤等缺陷无所遁形，方便进行钢管生产设备故障分析和钢管产品的质量溯源管理。

Description

一种非接触式钢管通径测量装置及方法

技术领域

本发明涉及钢管测量技术领域，尤其涉及一种非接触式钢管通径测量装置及方法。

背景技术

通径机是在钢管的生产过程中用于检测钢管是否发生弯曲的检测设备。现有的钢管通径机主要分为机械式和气动式两种形式。其中，机械式通径机由驱动装置、通径杆、通径头以及其它辅机组成，驱动装置具有辊轮，辊轮通过摩擦力带动通径杆来回移动，通径头安装在通径杆的顶部；此种通径机主要缺点是设备占地面积大，通径机备件多，而且通径机在工作过程中由驱动装置利用摩擦力带动通径杆反复前进与后退，驱动装置与通径杆之间摩擦磨损严重，导致通径杆备件消耗大。气动式通径机主要由气罐、通径仓、回收仓、通径头以及其它辅机组成，通径机的动力主要是气源，需要较大的气罐以满足快速通径的动力需要，但是气动式通径不仅气罐占地面积大，且生产节奏较慢。

上述两种通径机均属于接触式通径测量，存在以下共性缺陷问题：

1）生产过程中一旦通径头卡在钢管中时，通径头难以从钢管中回到起始位，因为机械式通径机是利用驱动装置与通径杆的摩擦力实现通径头的前进与后退，当通径头卡住时，摩擦力形成的驱动力无法拉回通径头；气动式通径机的现场气源压力是基本稳定的，当通径头卡住时，也无法通过现场气源将通径头拉回来或者推出去。所以当通径头卡住只能采取切开钢管，然后取出通径头的方法，这样不仅严重影响现场生产效率而且会损失钢管以及通径头。

2）生产中都需要在通径前及时测出钢管的长度，这样才能使通径机对通径的长度进行控制，这样就需要在现场沿钢管的长度方向安装检测元件，因为有的钢管长度较长，就需要安装较多的检测元件，而且维护要及时，否则一旦检测不准或者有误就会导致通径过头或者通径不到位，从而导致机械故障，例如机械式的通径头卡在钢管外面或者气动式的通径头直接掉落。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式钢管通径测量装置及方法，克服现有技术的不足，借助于三维激光扫描仪，采用非接触式方式在钢管的生产中对钢管进行通径的快速测量，避免出现通径过头或者通径不到位导致的机械故障，减少测量装置与钢管之间的磨损，能对钢管的最大弯曲值和多截面的直径偏差值进行测量，还可对钢管内表面的表面质量，如焊接缺陷、裂纹或拉伤等影像进行高清晰度成像并存贮，方便质量分析和质量溯源。

本发明为了实现上述目的，采用的技术方案是：

技术方案之一：一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，包括置于待测钢管两端的引桥座、三维激光扫描仪和扫描仪小车，两端的引桥座和待测钢管之间是扫描仪小车往来移动的区间，三维激光扫描仪设置于扫描仪小车上。

所述引桥座包括支撑板、底板和升降调节机构，支撑板与底板之间通过升降调节机构相连接，底板下设有滚轮。

所述升降调节机构为手动丝杆升降台，数量为四个，分设于底板的四个角上。

所述滚轮底部设有导轨，所述导轨的两端设有导轨限位块。

所述三维激光扫描仪为Tango-S手持式便携扫描系统。

所述扫描仪小车包括车架、脚轮、主轴和旋转电机，所述主轴的两端通过轴承座以水平方向与车架相连接，所述主轴位于车架的宽度方向的居中位置，主轴的一端连接有旋转电机，所述主轴上设有扫描仪安装架，车架底部设有脚轮，所述扫描仪安装架上设有锂电池和控制盒，控制盒内设有嵌入式微电脑、FLASH存储器、触摸屏和USB接口，车架的前后两端分别设有牵引绳连接环。

所述扫描仪小车包括车架、脚轮和主轴，所述主轴的两端通过轴承座以水平方向与车架相连接，所述主轴位于车架的宽度方向的居中位置，所述主轴上设有扫描仪安装架，车架底部设有脚轮，车架的前后两端分别设有牵引绳连接环。

所述扫描仪小车的脚轮为万向脚轮。

技术方案之二：一种非接触式钢管通径测量方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

1）调节待测钢管两端的引桥座和待测钢管之间的高度，使扫描仪小车可沿引桥座平稳移动到待测钢管内；

2）将扫描仪小车置于待测钢管一端的引桥座上，扫描仪小车的前方与牵引绳的一端相连接，牵引绳的另一端从待测钢管另一端引出，并与卷扬机相连接或以手动方式牵引；

3）将三维激光扫描仪固定到扫描仪小车上，使其视野在360°方向内无遮挡；

4）开启旋转电机，并收紧牵引绳，使三维激光扫描仪保持与待测钢管的内表面全面积范围内的相对移动，直到扫描仪小车移出待测钢管，到达另一端的引桥座上，测量结束。

技术方案之三：一种非接触式钢管通径测量方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

1）调节待测钢管两端的引桥座和待测钢管之间的高度，使扫描仪小车可沿引桥座平稳移动到待测钢管内，待测钢管在钢管托架上可绕自身轴线受控旋转；

2）将扫描仪小车置于待测钢管一端的引桥座上，扫描仪小车的前方与牵引绳的一端相连接，牵引绳的另一端从待测钢管另一端引出，并与卷扬机相连接或以手动方式牵引；

3）将三维激光扫描仪固定到扫描仪小车上，使其视野在向下180°方向内无遮挡；

4）旋转钢管托架，并收紧牵引绳，使三维激光扫描仪保持与待测钢管的内表面全面积范围内的相对移动，直到扫描仪小车移出待测钢管，到达另一端的引桥座上，测量结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）借助于先进的三维激光扫描仪，采用非接触式测量方法在钢管的生产中对钢管进行通径测量，快速精准，避免出现因通径过头或者通径不到位导致的机械故障，有效减少测量装置与钢管之间的磨损现象。2）测量精度可达0.03mm~0.1mm，不但能检测钢管的最大弯曲值，还能测量出多截面的直径偏差值，数据分析更直观。3）对钢管内表面的表面质量能进行高清晰度成像并存贮，如焊接缺陷、裂纹或拉伤等缺陷无所遁形，方便进行钢管生产设备故障分析和钢管产品的质量溯源管理。

附图说明

图1是本发明实施状态结构示意图。

图2是本发明扫描仪小车实施例一结构示意图。

图3是本发明扫描仪小车实施例二结构示意图。

图4是本发明引桥座实施例结构示意图。

图中：1-待测钢管、2-引桥座、3-引桥座、4-三维激光扫描仪、5-扫描仪小车、6-滚轮、7-手动丝杆升降台、8-导轨、9-导轨限位块、10-钢管托架、11-牵引绳、12-支撑板、13-底板、14-车架、15-脚轮、16-主轴、17-旋转电机、18-扫描仪安装架、19-牵引绳连接环、20-锂电池、21-控制盒。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的制备方法作进一步说明：

见图1、图4，是本发明一种非接触式钢管通径测量装置实施状态结构示意图，包括置于待测钢管1一端的引桥座2和另一端的引桥座3，三维激光扫描仪4和扫描仪小车5，两端的引桥座2、3和待测钢管1之间是扫描仪小车5往来移动的区间，三维激光扫描仪4设置于扫描仪小车5上。引桥座2、3包括支撑板12、底板13和手动丝杆升降台7，支撑板12与底板13之间通过手动丝杆升降台7相连接，手动丝杆升降台7数量为四个，分设于底板13的四个角上。底板13下设有滚轮6。滚轮6底部设有导轨8，导轨8的两端设有导轨限位块9，引桥座可在导轨8上由人力做小范围移动，保证与不同规格待测钢管的对接。

三维激光扫描仪4为Tango-S手持式便携扫描系统。Tango-S手持式便携扫描系统是海克斯康集团最新推出的扫描系统。该扫描系统可以完成包括尺寸验证，3D数字化，3D打印，快速成型，逆向工程设计，职业技术教育培训，科技研发，人机工程学，工艺品复制等在内的多种任务。 解决各种大尺寸复杂产品的现场扫描测量难题。主要技术特点：1） 专利视觉动态测量技术，自动数据拼接，轻松实现超大物体的高精度动态扫描。2）最新优化设计自定位功能，无需固定安装，即持即用，被测物体和扫描设备在扫描时可随意相对移动。3）千兆网络数据接口设计，快速数据传输速度，不失真。4）体型轻小，可以轻松进入狭小空间进行扫描。

见图2，是本发明扫描仪小车实施例一结构示意图，扫描仪小车5包括车架14、脚轮15、主轴16和旋转电机17，主轴16的两端通过轴承座以水平方向与车架14相连接，主轴16位于车架14的宽度方向的居中位置，主轴16的一端连接有旋转电机17，主轴16上设有扫描仪安装架18，车架14底部设有脚轮15，扫描仪安装架18上设有锂电池20和控制盒21，控制盒内设有嵌入式微电脑、触摸屏、FLASH存储器和USB接口，其中嵌入式微电脑型号为德国Beck IPC公司生产的SC－12。触摸屏用于操作流程步骤和显示。FLASH存储器用于实时存储数据。USB接口芯片FT245BM，测量结束后，可用U盘导出到扫描系统中做分析处理，数据的存储和转移均为现有技术，不再缀述。车架14的前后两端分别设有牵引绳连接环19。扫描仪小车5的脚轮15为万向脚轮。

用本发明扫描仪小车实施例一进行非接触式钢管通径测量方法，具体操作步骤如下：

1）将待测钢管1放置到钢管托架10上，调节待测钢管1两端的引桥座2、3和待测钢管1之间的高度，使扫描仪小车5可以平稳地沿引桥座2、3移动到待测钢管1内；

2）将扫描仪小车5置于待测钢管1一端的引桥座2上，扫描仪小车5的前方与牵引绳11的一端相连接，牵引绳11的另一端从待测钢管1另一端引出；

3）将三维激光扫描仪4固定到扫描仪小车5上，使其视野在360°方向内无遮挡；

4）开启旋转电机17，并以手动方式逐渐牵引收紧牵引绳11，使三维激光扫描仪4既绕主轴旋转，又能沿待测钢管1长度方向移动直到扫描仪小车5移出待测钢管1，到达另一端的引桥座3上，测量结束，三维激光扫描仪4在待测钢管1的内表面全面积范围内完成了扫描。

此测量方法实施例中，三维激光扫描仪4需绕主轴旋转，为了防止缠绕，将电源和数据线均就近解决，不需要连接电缆，锂电池用于供电。此实施例适用于8米以上的超长钢管的通径测量。

见图3，是本发明扫描仪小车实施例二结构示意图，扫描仪小车5包括车架14、脚轮15和主轴16，主轴16的两端通过轴承座以水平方向与车架14相连接，主轴16位于车架14的宽度方向的居中位置，主轴16上设有扫描仪安装架18，车架14底部设有脚轮15，车架14的前后两端分别设有牵引绳连接环19。扫描仪小车5的脚轮15为万向脚轮。

用本发明扫描仪小车实施例二进行非接触式钢管通径测量方法，具体操作步骤如下：

1）将待测钢管1放置到钢管托架10上，调节待测钢管1两端的引桥座2和待测钢管1之间的高度，使扫描仪小车5可沿引桥座2、3平稳移动到待测钢管1内，待测钢管1在钢管托架10上可绕自身轴线受控旋转；

2）将扫描仪小车5置于待测钢管1一端的引桥座2上，扫描仪小车5的前方与牵引绳11的一端相连接，牵引绳11的另一端从待测钢管1另一端引出；

3）将三维激光扫描仪4固定到扫描仪小车5上，使其视野在向下180°方向内无遮挡，在钢管托架10旋转的情况下，三维激光扫描仪4的视野始终向下；

4）旋转钢管托架10，并逐渐收紧牵引绳11，使三维激光扫描仪4在扫描仪小车5的牵引下移出待测钢管1，到达另一端的引桥座3上，测量结束。三维激光扫描仪4在待测钢管1的内表面全面积范围内完成了扫描。

此测量方法实施例中，待测钢管1旋转，三维激光扫描仪4不旋转，因此不存在缆线缠绕问题，三维激光扫描仪4的数据可直接通过缆线与附近的计算机相连接，图像直接显示，可根据情况控制扫描速度，有利于提高扫描效果。本实施例适用于8米以下的钢管的通径测量。

以上所述实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制本发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，包括置于待测钢管两端的引桥座、三维激光扫描仪和扫描仪小车，两端的引桥座和待测钢管之间是扫描仪小车往来移动的区间，三维激光扫描仪设置于扫描仪小车上。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述引桥座包括支撑板、底板和升降调节机构，支撑板与底板之间通过升降调节机构相连接，底板下设有滚轮。

3.根据权利要求2所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述升降调节机构为手动丝杆升降台，数量为四个，分设于底板的四个角上。

4.根据权利要求2所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述滚轮底部设有导轨，所述导轨的两端设有导轨限位块。

5.根据权利要求1所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述三维激光扫描仪为Tango-S手持式便携扫描系统。

6.根据权利要求1所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述扫描仪小车包括车架、脚轮、主轴和旋转电机，所述主轴的两端通过轴承座以水平方向与车架相连接，所述主轴位于车架的宽度方向的居中位置，主轴的一端连接有旋转电机，所述主轴上设有扫描仪安装架，车架底部设有脚轮，所述扫描仪安装架上设有锂电池和控制盒，控制盒内设有嵌入式微电脑、FLASH存储器、触摸屏和USB接口，车架的前后两端分别设有牵引绳连接环。

7.根据权利要求1所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述扫描仪小车包括车架、脚轮和主轴，所述主轴的两端通过轴承座以水平方向与车架相连接，所述主轴位于车架的宽度方向的居中位置，所述主轴上设有扫描仪安装架，车架底部设有脚轮，车架的前后两端分别设有牵引绳连接环。

8.根据权利要求6或7所述的一种非接触式钢管通径测量装置，其特征在于，所述扫描仪小车的脚轮为万向脚轮。

9.一种非接触式钢管通径测量方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

1）调节待测钢管两端的引桥座和待测钢管之间的高度，使扫描仪小车可沿引桥座平稳移动到待测钢管内；

2）将扫描仪小车置于待测钢管一端的引桥座上，扫描仪小车的前方与牵引绳的一端相连接，牵引绳的另一端从待测钢管另一端引出，并与卷扬机相连接或以手动方式牵引；

3）将三维激光扫描仪固定到扫描仪小车上，使其视野在360°方向内无遮挡；

4）开启旋转电机，并收紧牵引绳，使三维激光扫描仪保持与待测钢管的内表面全面积范围内的相对移动，直到扫描仪小车移出待测钢管，到达另一端的引桥座上，测量结束。

10.一种非接触式钢管通径测量方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

1）调节待测钢管两端的引桥座和待测钢管之间的高度，使扫描仪小车可沿引桥座平稳移动到待测钢管内，待测钢管在钢管托架上可绕自身轴线受控旋转；

2）将扫描仪小车置于待测钢管一端的引桥座上，扫描仪小车的前方与牵引绳的一端相连接，牵引绳的另一端从待测钢管另一端引出，并与卷扬机相连接或以手动方式牵引；

3）将三维激光扫描仪固定到扫描仪小车上，使其视野在向下180°方向内无遮挡；

4）旋转钢管托架，并收紧牵引绳，使三维激光扫描仪保持与待测钢管的内表面全面积范围内的相对移动，直到扫描仪小车移出待测钢管，到达另一端的引桥座上，测量结束。

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