CN117073550A - 非接触式金属管壁厚测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非接触式钢管金属管壁厚测量装置，其包括：三轴位移调整机构；旋转机构，设置在所述三轴位移调整机构上，并具有一绕所述待测量钢管金属管的轴线旋转的旋转座筒，所述旋转座筒上具有一开口作为测量头安装位；激光测量头，其设置在所述测量头安装位上，并在所述旋转机构的驱动下随着所述旋转座筒转动。本发明提供的非接触式钢管金属管壁厚测量装置，测量头和钢管金属管之间保持距离，既能保持其与钢管金属管中心的对准性，又能精准测量钢管金属管的管壁厚度。
Description
技术领域
本发明属于管壁厚度测量领域，尤其涉及到一种非接触式金属管壁厚测量装置。
背景技术
金属管是一种具有空心截面，其长度远大于直径或周长的钢材，按材质分为碳素结构钢管、低合金结构钢管、合金钢管和复合管，金属管按生产方法可分为两大类：无缝金属管和焊接金属管，焊接金属管简称为焊管，无缝金属管按生产方法可分为：热轧无缝管、冷拔管、精密金属管、热扩管、冷旋压管和挤压管等；热轧无缝金属管主要是在二辊斜轧机和三辊斜轧机上完成的，金属管的壁厚是衡量金属管质量的重要指标；目前通常使用的检测方法有主要有涡流测厚 (EC) 、激光测厚 （LT）、射线测厚 (RT) 、电磁检测（MFL）、超声波检测 (UT)等。射线测厚具有灵敏度高、测量精度高等优势，但检测过程中使用的辐射对人体有害，且由于是通过测量穿透金属管的射线的方式实现壁厚检测，射线测厚的精度会随着测量厚度的增加而变差；传统超声法测厚是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，具有实时性好、可检范围广、精度高等优点，但是超声波测厚需要耦合剂将换能器发出的超声传输到被测量金属管中，不适用于热轧金属管的工业环境；激光超声测厚通过在金属管中激发超声波，利用光学干涉仪探测超声波，实现金属管壁厚的无损检测，为了能够在被测量金属管中激发超声波，必须将激发激光聚焦到被测量金属管上，在检测热轧金属管壁厚时，为了避免测量头因受到高温而损害，必须使测量金属管和测量头保持一定的距离，此外，在轧制过程中，金属管的中心可能会发生偏移，因此保持测量头对准金属管的中心对提高金属管壁厚测量精度具有重要意义。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种非接触式金属管壁厚测量装置，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的另一个目的是提供一种非接触式金属管壁厚测量装置，测量头和金属管之间保持距离，既能保持其与金属管中心的对准性，又能精准测量金属管的管壁厚度。
本发明的技术方案如下：
非接触式金属管壁厚测量装置，其包括：
三轴位移调整机构；
旋转机构，设置在所述三轴位移调整机构上，并具有一绕待测量金属管的轴线旋转的旋转座筒，所述旋转座筒上设有一开口以作为测量头安装位；
激光测量头，其设置在所述测量头安装位上，并在所述旋转机构的驱动下随着所述旋转座筒转动以绕待测量金属管旋转从而测量壁厚；
其中，所述激光测量头包括：
固定机座；
第一电动缸，其设置在所述固定机座上表面，其输出端竖直向下伸入至所述固定机座内；
第二电动缸和第三电动缸，其分别设置在所述第一电动缸的左右两侧，且输出端均竖直向下设置；
活动机座，其设置在所述第一电动缸的输出端并位于所述固定机座内，所述活动机座和所述固定机座之间通过导轨滑动连接；
检测光路元件，其设置在所述活动机座内；
激发光路元件和汇聚光路元件，其分别位于所述检测光路元件的左右两侧，且所述激发光路元件和所述汇聚光路元件中的调焦部件分别连接在所述第二电动缸和所述第三电动缸的输出端；
距离传感器和温度传感器，设置在所述活动机座的下表面，并朝向待测量金属管的外表面。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述激发光路元件包括：
第一调焦透镜座，其设置在所述第二电动缸的输出端；
第一调焦透镜，其安装在所述第一调焦透镜座上；
第一反射镜，其设置在所述活动机座的内并位于所述第一调焦透镜的下方；
激发激光器，其通过光纤向所述第一调焦透镜发射激光。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述检测光路元件包括：
沿着竖直方向依次设置的第一保护镜、偏振分束镜、四分之一波片、第一透镜、第二反射镜、第二透镜；
检测激光器，其通过光纤向所述第一保护镜发射激光。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述汇聚光路元件包括：
第二调焦透镜座，其设置在所述第三电动缸的输出端；
沿着竖直方向设置的第二保护镜、第二调焦透镜、第三反射镜，所述第二调焦透镜设置在所述第二调焦透镜座上；
光学解调器；
计算机。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，
所述三轴位移调整机构为两个，沿着待测量金属管的轴线方向设置；
所述旋转机构为两个，分别设置在每个所述三轴位移调整机构上；
所述激光测量头为三个，其中的一个旋转机构上设置一个激光测量头，另外的一个旋转机构上沿着待测量金属管的轴线设置两个激光测量头。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述三轴位移调整机构包括：
横向位移机构，其上具有可横向移动的横向滑台，所述横向滑台的移动方向垂直于待测量金属管的轴线方向；
升降机构，其设置在所述横向滑台上，并具有可升降的升降平台；
轴向调整机构，其设置在所述升降平台上，并具有可沿待测量金属管轴向移动的轴向移动基座，所述轴向移动基座上设置有所述旋转机构。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述横向位移机构包括：
横向机座；
第四电动缸，其固定在横向机座上且输出端横向水平设置；
直线导轨，其设置在所述横向机座的上表面；
所述横向滑台，其底端与所述第四电动缸的输出端连接，并具有与所述直线导轨配合的直线滑套。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述升降机构包括：
步进电机，其设置在所述横向滑台的下表面一侧，且输出端竖直向上；
所述升降平台，其通过直线滑套和直线导轨设置在所述横向滑台的侧面；
丝杠，其设置在所述步进电机和所述升降平台之间，以带动所述升降平台上下移动。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述轴向调整机构包括：
第五电动缸，其固定在所述升降平台上，且输出端沿着待测量金属管的轴向设置；
所述轴向移动基座，其通过导轨滑动设置在所述升降平台上，且所述轴向移动基座设置在所述第五电动缸的输出端并在所述第五电动缸的驱动下沿着导轨在所述升降平台上滑动。
优选的是，所述的非接触式金属管壁厚测量装置中，所述旋转机构包括：
支架，其设置在所述轴向移动基座的上端，且所述支架上设有三个安装孔；
两个旋转座筒，其沿着待测量金属管的轴向方向依次独立设置，每个所述旋转座筒通过轴承设置在两个所述安装孔之间，所述旋转座筒的侧壁开设所述测量头安装位；
旋转辊，其通过轴承设置在另一个安装孔内，且所述旋转辊内还轴承连接有一子旋转辊；
两个旋转调节筒，其分别固定在所述旋转辊和所述子旋转辊的一侧；
两个连接板，其设置在所述旋转辊和所述子旋转辊的另一侧，并沿着所述旋转辊和所述子旋转辊的径向向外延伸之后水平向侧面沿伸至所述旋转筒座的外周侧，所述激光测量头固定在所述连接板上并伸入至所述测量头安装位内。
本发明具有以下有益效果：
既可以实现单探头单独旋转测试，也可以实现双探头对称布置，还可以实现三探头任意角度布置；通过单独旋转任意一个激光测量头调节筒，能够使得旋转座筒上的激光测量头绕待测量金属管旋转，实现静态金属管任意圆周的壁厚测量；同时也可以根据需要调整三个激光测量头之间的夹角，实现轧制过程中金属管壁厚的多点动态测量。
具有三轴位移调整机构能够以测量装置整体X、Y方向移动及测量头分别单独伸缩的形式调整检测中心，满足高精度金属管对心需求；旋转机构能够使得激光测量头位于待测量金属管的径向方向，提高测量精确度；
激光测量头内设置有三个电动缸，能够对内部元器件进行调节，使得激光测量头能够更加有效的完成测量。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的原理示意图；
图2为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的一个实施例中的激光测量头的结构示意图；
图3为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的一个实施例中的三轴位移机构与旋转机构的结构示意图；
图4为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的另一个实施例中的三个测量头分布示意图；
图5为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的另一个实施例中的局部结构示意图；
图6为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的另一个实施例的正视图；
图7为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置的另一个实施例的侧视图;
图8为本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置测量时的调焦过程示意图；
图9为本发明提供的非接触金属管壁厚测量装置测量时检测到的信号图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
本发明提供一种非接触式金属管壁厚测量装置，其包括：
三轴位移调整机构；
旋转机构，设置在所述三轴位移调整机构上，并具有一绕所述待测量金属管的轴线旋转的旋转座筒，所述旋转座筒上具有一开口作为测量头安装位；
激光测量头，其设置在所述测量头安装位上，并在所述旋转机构的驱动下随着所述旋转座筒转动绕所述待测量金属管旋转以测量壁厚；
其中，所述激光测量头包括：
固定机座；
第一电动缸，其设置在所述固定机座上表面，且输出端竖直向下伸入至所述固定机座内；
第二电动缸和第三电动缸，其分别设置在所述第一电动缸的左右两侧，且输出端均竖直向下设置；
活动机座，其设置在所述第一电动缸的输出端并位于所述固定机座内，所述活动机座和所述固定机座之间通过导轨滑动连接；
检测光路元件，其设置在所述活动机座内；
激发光路元件和汇聚光路元件，其分别位于所述检测光路元件的左右两侧，且所述激发光路元件和所述汇聚光路元件中的调焦部件分别连接在所述第二电动缸和所述第三电动缸的输出端；
距离传感器和温度传感器，设置在所述活动机座的下表面，并朝向所述待测量金属管的外表面。
所述激发光路元件包括：
第一调焦透镜座，其设置在所述第二电动缸的输出端；
第一调焦透镜，其安装在所述调焦透镜座上；
第一反射镜，其设置在所述活动机座的内并位于所述调焦透镜的下方；
激发激光器，其通过光纤向所述调焦透镜发射激光。
所述检测光路元件包括：
沿着竖直方向依次设置的第一保护镜、偏振分束镜、四分之一波片、第一透镜、第二反射镜、第二透镜；
检测激光器，其通过光纤向所述保护镜发射激光。
所述汇聚光路元件包括：
第二调焦透镜座，其设置在所述第三电动缸的输出端；
沿着竖直方向设置的第二保护镜、第二调焦透镜、第三反射镜，所述第二调焦透镜设置在所述第二调焦透镜座上；
光学解调器；
计算机。
所述三轴位移调整机构包括：
横向位移机构，其上具有可横向移动的横向滑台，所述横向滑台的移动方向垂直于待测量金属管的轴线方向；
升降机构，其设置在所述横向滑台上并具有可升降的升降平台；
轴向调整机构，其设置在所述升降平台上并具有可沿待测量金属管轴向移动的轴向移动基座，所述轴向移动基座上设置有所述旋转机构。
所述横向位移机构包括：
横向机座；
第四电动缸，其固定在横向机座上且输出端横向水平设置；
直线导轨，其设置在所述横向机座的上表面；
所述横向滑台，其底端与所述第四电动缸的输出端连接，并具有与所述直线导轨配合的直线滑套。
所述升降机构包括：
步进电机，其设置在所述横向滑台的下表面一侧，且输出端竖直向上；
所述升降平台，其通过直线滑套和直线导轨设置在所述横向滑台的侧面；
丝杠，其设置在所述步进电机和所述升降平台之间，以带动所述升降平台上下移动。
所述轴向调整机构包括：
第五电动缸，其固定在所述升降平台上，且输出端沿着待测量金属管的轴向设置；
所述轴向移动基座，其通过导轨滑动设置在所述升降平台上，且所述轴向移动基座设置在所述第五电动缸的输出端并在所述第五电动缸的驱动下沿着所述导轨在所述升降平台上滑动。
所述旋转机构包括：
支架，其设置在所述轴向移动基座的上端，且所述支架上设有三个安装孔；
两个旋转座筒，其沿着待测量金属管的轴向方向依次独立设置，每个所述旋转座筒通过轴承设置在两个所述安装孔之间，所述旋转座筒的侧壁开设所述测量头安装位；
旋转辊，其通过轴承设置在另一个安装孔内，且所述旋转辊内还轴承连接有一子旋转辊；
两个旋转调节筒，其分别固定在所述旋转辊和所述子旋转辊的一侧；
两个连接板，其设置在所述旋转辊和所述子旋转辊的另一侧，并沿着所述旋转辊和所述子旋转辊的径向向外延伸之后水平向侧面沿伸至所述旋转筒座的外周侧，所述激光测量头固定在所述连接板上并伸入至所述测量头安装位内。
本发明提供一种非接触式金属管壁厚测量装置，其安装过程包括以下步骤：
步骤一，测量头2的安装（测量头2，10和11的结构相同，这里以测量头2为例）。
步骤1a，激发光路元件的安装：如图1和图2所示，本发明的激发光路上的元件包括：激发激光器214、光纤215、第一调焦透镜216、第一反射镜217和第二反射镜212、第一光学元件支架228、第二电动缸221、第二电动缸伸出杆232和第一调焦透镜座227，其中第一光学元件支架228与活动机座220相互固定，第一调焦透镜227与第一反射镜212均安装在第一光学元件支架228上，第二电动缸221固定于活动机座220，第二电动缸伸出杆232与第一调焦透镜座227相连接，第一调焦透镜座227与第一调焦透镜216相连接。在工作时，激发激光器214发出的激发激光经过光纤215和第一调焦透镜216，经由第一反射镜217和第二反射镜212和第二透镜213聚焦于被测量金属管1，通过第二电动缸221使第二电动缸伸出杆232带动第一调焦透镜座227和第一调焦透镜216沿第一光学元件支架228轴向移动的过程来实现调焦，以确保激发激光能够在被测量金属管1的表面上的光斑直径足够小，能通过烧蚀效应在被测量金属管1中产生超声波。
步骤1b，检测光路元件的安装：如图1和图2所示，本发明的检测光路上的元件包括：检测激光器206、光纤207、第一保护镜208，偏振分束镜209，四分之一波片210，第一透镜211，第二反射镜212和第二透镜213，第二光学元件支架230与活动机座220相互固定。在工作过程中，检测激光器206发出的检测激光经过光纤207、第一保护镜208、偏振分束镜209、四分之一波片210、第一透镜211、第二反射镜212和第二透镜213聚焦于被测量金属管1的表面。
步骤1c，汇聚光路元件的安装：如图1和图2所示，本发明的汇聚光路上的元件包括：第三光学元件支架225、第三反射镜205，第二调焦透镜204、第二保护镜203、光纤202、光学解调器201、计算机231、第二调焦透镜座226、第三电动缸伸出杆233和第三电动缸223。光学元件支架225与活动机座220相互固定。在工作过程中，检测激光被金属管1表面所反射的反射光经由第二透镜213、第二反射镜212、第一透镜211、四分之一波片210、偏振分束镜209、第三反射镜205、第二调焦透镜204、第二保护镜203和光纤202送入光学解调器201中，再将光学解调器所得的信号送入计算机231中进行分析并得到被测量金属管1的壁厚信息。在工作过程中，第三电动缸223可使第三电动缸伸出杆233带动第二调焦透镜座226和第二调焦透镜204沿光学元件支架225轴向移动，以获得足够强的光信号。
所使用的检测激光和激发激光的波长不同，第一反射镜217、第二反射镜212和第三反射镜205均为二向色分束镜，能够同时透射检测激光反射激发激光，第一保护镜208和第二保护镜203能够用来保护检测激光器和光电解调器。
步骤1d，活动机座220和固定机座224的安装：如图2和图3所示，活动机座220固定于固定机座224中。固定机座224上安装有圆柱导轨229和第一电动缸222，第一电动缸伸出杆234与活动机座220相连接，在测量热轧金属管的壁厚时，因为热轧金属管的温度过高，所以测量机构2与被测量金属管1之间应保持一定的安全距离。在工作过程中，第一电动缸222使第一电动缸伸出杆234带动活动机座220和所有光学元件沿圆柱导轨229移动，从而实现测量机构2与被测量金属管1之间径向距离的调整，活动基座220上还安装有距离传感器218和温度传感器219，能够测量激光测量头2到被测量金属管1的距离和测量点的温度。
步骤二，旋转机构3的安装：如图3所示，旋转机构3的中线轴线与被测量金属管1的中心轴线重合。激光测量头2中的固定机座224固定于旋转座筒304上，旋转辊302上安装有轴承座303和轴承座306。轴承座303和306中安装有轴承。旋转辊302与旋转座筒304之间通过轴承支撑，旋转辊302本身不旋转，两端分别固定于支架上方的安装孔311和301。旋转调节筒309固定在旋转辊302的一侧。旋转连接轴310一端与旋转调节筒309的转动盘308相连接，一端与连接板305相连接。旋转连接轴310由固定于支架312上的轴承座307内的轴承支撑。在工作过程中，旋转调节筒309的转动盘308通过驱动旋转连接轴310和与旋转座筒304相连的连接板305旋转，使旋转座筒304与激光测量头2绕被测量金属管1的中心轴线旋转。
步骤三，三轴位移调整机构的安装：
步骤3a，轴向调整机构4的安装：轴向调整机构沿被测量金属管1的轴线方向z排布。支架311、312和301固定于轴向移动基座403上。第五电动缸402的伸出杆401与支架311、312和301相连接。第五电动缸402固定于升降平台602上。在工作过程中，第五电动缸402使伸出杆401带动支架311、312和301沿圆柱导轨404运动，从调整旋转机构3在金属管的轴线方向上的位置。
步骤3b，升降机构6的安装：升降机构6沿Y方向排布。升降平台602通过滑套安装在横向滑台505上的直线导轨603上。安装在横向滑台505上的步进电机601通过丝杠605与升降平台602相连。在工作过程当中，步进电机601使丝杠605旋转，带动升降平台602沿直线导轨603运动，从而实现旋转机构3和轴向调整机构4在竖直方向上的升降。
步骤3c，横向调整机构5的安装：横向位移机构5沿X方向排布。横向滑台505通过直线滑套504安装在直线导轨503上。安装在横向机座501上的第四电动缸502的伸出杆与横向滑台505相连接。在工作过程中第四电动缸502带动横向滑台505沿直线导轨503进行横向运动，从而实现升降机构6、轴向调整机构4和旋转机构3在金属管截面横向位置的调整。
单独一个激光测量头实现静态金属管的圆周检测，调整位置(宏观电机)-对焦（电动缸）-测温-一边旋转一边激发接收。
实施例2：
所述三轴位移调整机构为两个，沿着所述待测量金属管的轴线方向设置；
所述旋转机构为两个，分别设置在每个所述三轴位移调整机构上；
所述激光测量头为三个，其中一个旋转机构与实施例1中的旋转机构结构相同，设置一个测量头，另外一个旋转机构上沿着所述待测量金属管的轴线设置有两个独立的激光测量头，具体来说所述旋转机构包括：
支架，其设置在所述轴向移动基座的上端，且所述支架上具有安装孔；
两个旋转座筒，其沿着待测量金属管的轴向方向依次独立设置，每个所述旋转座筒通过轴承设置在两个所述安装孔之间，所述旋转座筒的侧壁开设有测量头安装位；
旋转辊，其通过轴承设置在安装孔内，且所述旋转辊内还轴承连接有一子旋转辊；
两个旋转调节筒，其分别固定在所述旋转辊和所述子旋转辊的一侧；
两个连接板，其设置在所述旋转辊和所述子旋转辊的另一侧并沿着所述旋转辊和所述子旋转辊的径向向外延伸之后水平向侧面沿伸至所述旋转筒座的外周侧，所述激光测量头固定在所述连接板上并伸入至所述测量头安装位内。
3个探头给定任意角度实现轧制过程中金属管移动状态下的动态壁厚测量，实际上就是探头不动，金属管平移，能在金属管表面测量三条线上的厚度。
调整3个探头的夹角和位置，使金属管位于3个探头所确定的圆的圆心上-对焦（电动缸）-测温-激发-探测。
相对于实施例1来说，本实施例还增加了以下步骤：
步骤四，旋转机构9的安装：
如图4、图5、图6和图7所示，整个旋转机构9的中心轴线与待测量金属管1的旋转中心轴线重合，第二测量头10和第三测量头11分别安装于旋转座筒912和916中。旋转座筒912由安装在旋转支架918上的轴承座910和913内的轴承支撑，旋转座筒912与连接板911相连接，连接板911通过旋转连接轴908与旋转调节筒903的转动盘904相连接。连接板911由安装在旋转支架918上的轴承座909内的轴承支撑，旋转座筒916由安装在旋转支架918上的轴承座914和917内的轴承支撑，旋转座筒916与连接板915相连接，连接板915通过旋转连接轴907与旋转调节筒902的转动盘相连接，连接板915由安装在旋转基座906上的轴承座905内的轴承支撑，旋转支架918本身不旋转，其一端固定于旋转基座919，另一端固定于旋转基座901，旋转调节筒902和903固定于旋转基座901。在工作工程中，旋转调节筒902和903的转动盘分别带动旋转连接轴907和908，连接板915和911，旋转座筒912和916绕被测量金属管1的中心轴线旋转，以实现两个激光测量头互不干涉地绕被测量金属管的转动。
步骤五，升降机构7的安装：
整个升降机构7沿Y方向排布，旋转基座901、906和919固定于升降平台701上。升降平台701上安装有直线滑套704，直线滑套通过直线导轨703与横向滑台801相连接。安装在横向滑台801的步进电机705通过丝杠702与升降平台701相连接。在工作过程中，步进电机705驱动丝杠702旋转并带动升降平台701沿直线导轨703在竖直方向上运动，以实现旋转机构在竖直方向上位置的调整。
步骤六，横向调整机构8的安装：整个横向机构8沿X方向排布，横向滑台801通过直线滑套805与直线导轨804与横向基座802相连接，安装在横向基座802上的电动缸803的伸出杆与横向滑台801相连接。在工作过程中，第四电动缸803驱动横向滑台801沿直线导轨做横向运动，从而调整旋转机构9和升降机构7在横向的位置。
步骤七，整体机构的安装：横向调整机构5和8在X方向的位置相同，升降机构6和7在Y轴方向的位置相同，旋转机构2和9的中心轴线均与被测量金属管1的旋转中心轴线重合，测量头2、11和10可以互不干涉地绕被测量金属管1的旋转中心轴线360°旋转，且三者之间的距离足够近从而使三个测量头的测量过程能够相互参考。
步骤八，测量头2、10和11位置的校准：驱动横向调整机构5和8，升降机构6和7，旋转机构3和9，使测量头2、10和11在X方向和Y方向上的位置相同。
采用本发明提供的非接触式金属管壁厚测量装置进行金属管壁厚测量方法如下（以测量头2为例）：
步骤a，调整测量头2的径向位置。热轧金属管的温度很高，需要把测量头2移动到安全的距离进行测量，距离传感器218可以测量金属管与测量头之间的距离，并将信号反馈给第一电动缸222，第一电动缸222驱动活动机座220沿圆柱导轨229移动，调整测量头2在被测量金属管1径向的位置。
步骤b，激发激光的调焦。
如图8所示，激发激光通过烧蚀机制在在金属管中产生超声波，而在调整测量头位置的同时也必须对检测激光进行调焦，在安装测量头2时，第二透镜213固定在光学元件支架230上，光纤215固定在活动机座220上，光纤215与第二透镜213之间的距离L是固定的。第一调焦透镜216可在第二电动缸伸出杆232的作用下沿光学元件支架228滑动，设激发激光由第一调焦透镜216，经过第一反射镜217和第二反射镜212到第二透镜213经过的距离为m，光纤215与第一调焦透镜216之间的距离为s 1，激发激光经过第一调焦透镜216后所成像与第一调焦透镜216之间的距离为s 1 ＇，激发激光经过第一调焦透镜216所成像与第二透镜213之间的距离为s 2，第二透镜213与测量点之间的距离为s 2 ＇，第一调焦透镜216的物方焦距为f 1，像方焦距为f 1 ＇，透镜213的物方焦距为f 2，像方焦距为f 2 ＇，整个测量机构都在空气当中,则有下列公式：
（1）；
当第二透镜213与测量点之间的距离为s 2 ＇时，第一调焦透镜216与光纤215之间的距离应调整为s 1，s 1可由下列公式计算的到：（2）。
步骤c，激发激光器发出的激发激光经过光纤215、第一调焦透镜216、第一反射镜217、第二反射镜212和第二透镜213,聚焦到被测量金属管的表面，并在金属管外表面激发超声波，超声波传递到金属管内表面上，被内表面反射，并传到金属管外表面，检测激光由检测激光器发出，经由光纤207、第一保护镜208、偏振分束镜209、四分之一波片210，第一透镜211、第二反射镜212和第二透镜213聚焦到测量点，检测从金属管内表面反射到外表面的超声波，被测量金属管外表面反射的检测激光经由第二透镜213、第二反射镜212、第一透镜211、四分之一波片210、偏振分束镜209、第三反射镜205、第二调焦透镜204和第二保护镜203汇聚到光纤202并送入光电解调器201中，并将所得信号传入计算机231中分析，超声波在金属管内传播的速度与金属管的温度有关，温度传感器219可以测量金属管1的温度T，设光电解调器201接收到相邻两次信号的时间间隔为t，超声波在金属管内部传播的速度为v(T)，则被测量金属管1 的壁厚d为：（3）。
图9为检测到的信号图。
若为实施例2中的三个激光测量头的结构，测量头2、10和11可以绕待测量刚管1的旋转轴线无干涉的360°旋转，对待测量刚管1进行扫描，并在计算机中形成精确的被测量管1的截面形状。
首先对测量头2、10和11的X方向和Y方向位置的调整，如图4所示，在测量过程中会出现旋转机构的旋转中心轴线与被测量管1的旋转轴线不重合的现象，这时可通过横向调整机构5、8和升降机构6、7来调整旋转机构3、9在X方向和Y方向的位置，使旋转机构的中心轴线和被测量管1的中心轴线重合，使测量头能够正对着被测量管1的中心轴线。横向调整机构5和8的调整运动是同步的，以保证旋转机构3和9在X方向的位置相同。升降机构6和7的调整运动是同步的，以保证旋转机构3和9在Y方向的位置相同。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，包括：
三轴位移调整机构；
旋转机构，设置在所述三轴位移调整机构上，并具有一绕待测量金属管的轴线旋转的旋转座筒，所述旋转座筒上设有一开口以作为测量头安装位；
激光测量头，其设置在所述测量头安装位上，并在所述旋转机构的驱动下随着所述旋转座筒转动以绕待测量的金属管旋转从而测量壁厚；
其中，所述激光测量头包括：
固定机座；
第一电动缸，其设置在所述固定机座上表面，其输出端竖直向下伸入至所述固定机座内；
第二电动缸和第三电动缸，其分别设置在所述第一电动缸的左右两侧，且其输出端均竖直向下设置；
活动机座，其设置在所述第一电动缸的输出端并位于所述固定机座内，所述活动机座和所述固定机座之间通过导轨滑动连接；
检测光路元件，其设置在所述活动机座内；
激发光路元件和汇聚光路元件，其分别位于所述检测光路元件的左右两侧，且所述激发光路元件和所述汇聚光路元件中的调焦部件分别连接在所述第二电动缸和所述第三电动缸的输出端；
距离传感器和温度传感器，设置在所述活动机座的下表面，并朝向待测量金属管的外表面。
2.如权利要求1所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述激发光路元件包括：
第一调焦透镜座，其设置在所述第二电动缸的输出端；
第一调焦透镜，其安装在所述第一调焦透镜座上；
第一反射镜，其设置在所述活动机座内并位于所述第一调焦透镜的下方；
激发激光器，其通过光纤向所述第一调焦透镜发射激光。
3.如权利要求2所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述检测光路元件包括：
沿着竖直方向依次设置的第一保护镜、偏振分束镜、四分之一波片、第一透镜、第二反射镜、第二透镜；
检测激光器，其通过光纤向所述第一保护镜发射激光。
4.如权利要求3所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述汇聚光路元件包括：
第二调焦透镜座，其设置在所述第三电动缸的输出端；
沿着竖直方向设置的第二保护镜、第二调焦透镜、第三反射镜，所述第二调焦透镜设置在所述第二调焦透镜座上；
光学解调器；
计算机。
5.如权利要求4所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，
所述三轴位移调整机构为两个，沿待测量金属管的轴线方向设置；
所述旋转机构为两个，分别对应设置在一个所述三轴位移调整机构上；
所述激光测量头为三个，其中的一个旋转机构上设置有一个激光测量头，另外的一个旋转机构上沿着待测量金属管的轴线上设置两个激光测量头。
6.如权利要求5所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述三轴位移调整机构包括：
横向位移机构，其具有可横向移动的横向滑台，所述横向滑台的移动方向垂直于待测量金属管的轴线方向；
升降机构，其设置于所述横向滑台上，且具有可升降的升降平台；
轴向调整机构，其设置在所述升降平台上，且具有可沿待测量金属管轴向移动的轴向移动基座，所述轴向移动基座上设置有所述旋转机构。
7.如权利要求6所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述横向位移机构包括：
横向机座；
第四电动缸，其固定在横向机座上且输出端横向水平设置；
直线导轨，其设置在所述横向机座的上表面；
所述横向滑台，其底端与所述第四电动缸的输出端连接，并具有与所述直线导轨配合的直线滑套。
8.权利要求7所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述升降机构包括：
步进电机，其设置在所述横向滑台的下表面一侧，且输出端竖直向上；
所述升降平台，其通过直线滑套和直线导轨设置在所述横向滑台的侧面；
丝杠，其设置在所述步进电机和所述升降平台之间，以带动所述升降平台上下移动。
9.如权利要求8所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述轴向调整机构包括：
第五电动缸，其固定在所述升降平台上，且输出端沿着待测量金属管的轴向设置；
所述轴向移动基座，其通过导轨滑动设置在所述升降平台上，且所述轴向移动基座设置在所述第五电动缸的输出端并在所述第五电动缸的驱动下沿着导轨在所述升降平台上滑动。
10.如权利要求9所述的非接触式金属管壁厚测量装置，其特征在于，所述旋转机构包括：
支架，其设置在所述轴向移动基座的上端，且所述支架上设有三个安装孔；
两个旋转座筒，其沿着待测量金属管的轴向方向依次独立设置，每个所述旋转座筒通过轴承设置在两个所述安装孔之间，所述旋转座筒的侧壁开设所述测量头安装位；
旋转辊，其通过轴承设置在另一个安装孔内，且所述旋转辊内还轴承连接有一子旋转辊；
两个旋转调节筒，其分别固定在所述旋转辊和所述子旋转辊的一侧；
两个连接板，其设置在所述旋转辊和所述子旋转辊的另一侧，并沿着所述旋转辊和所述子旋转辊的径向向外延伸之后水平向侧面沿伸至所述旋转筒座的外周侧，所述激光测量头固定在所述连接板上并伸入至所述测量头安装位内。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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