管材測量設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種管材測量設備,包括機架和設置于機架上的測量裝置,其中,測量裝置還包括一用于測量管材的外徑信息的激光掃描裝置,激光掃描裝置包括激光掃描發(fā)射裝置和激光掃描接收裝置,激光掃描發(fā)射裝置與X射線管設置于第二測量腔的同一端;激光掃描接收裝置與X射線圖像傳感器并列設置用于接收未被待測管材遮擋的激光光線并形成管材的外徑信息。本實用新型通過附加激光掃描裝置可以用于測量管材外徑,通過附加旋轉(zhuǎn)機構可以直接尋找和測量管材壁厚最薄和最厚處的位置和大小,同時可以解決固定式裝置需要兩套X射線成像裝置所產(chǎn)生的偏心計算誤差和成本高的問題。
【專利說明】管材測量設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測量設備,特別是一種對管材擠出線上的管材的厚度等參數(shù)進行測量的管材測量設備。
【背景技術】
[0002]在包括汽車,化工等很多行業(yè)都要用到橡膠或者塑料管材。它們例如可以通過這樣的方法進行生產(chǎn):固態(tài)的原材料在螺桿的推送下進入螺筒,在螺筒的熱環(huán)境下變成半液態(tài)。在螺桿的擠壓作用下,半液態(tài)的原材料從機頭出口擠出,形成了管材。管材的壁厚是通過調(diào)節(jié)機頭出口間隙大小來控制的。
[0003]在完成擠出后,管材截面應具有理想的形狀,S卩外圓和內(nèi)圓的圓心應該重合。實際上,成品管總有公差,外圓和內(nèi)圓的圓心多少都有一定的偏離,即一定存在一定的偏心度。
[0004]對管材生產(chǎn)很重要的質(zhì)量參數(shù)就是管壁厚和偏心度,在管材生產(chǎn)過程中需要對這些參數(shù)進行測量和監(jiān)控。為測定壁厚,有用X射線測量的方法??梢詤⒖济绹鴮@?377654。該美國專利利用X射線照射管材截面,射線穿透管材后,有一部分會被管材吸收,而未被吸收的射線照射在成像器件上,可以得到管材的截面圖像,通過分析該圖像可以得到管材的壁厚大小。這個測量方法的前提是X射線管和管材距離保持不變,但對于在線生產(chǎn)的情況下,這個距離會經(jīng)常發(fā)生變化,因此會產(chǎn)生精確度不高的問題。因此該方法仍然存在缺陷,需要改進。
[0005]為了確保管材上下位置發(fā)生變化后不影響測量精度,同時還要獲得管材的偏心度,可以在相互垂直的兩個方向上各安裝這樣一套裝置。在測量管材位置的同時,又能利用管材上四個點的壁厚信息,通過數(shù)學運算推導出管材的偏心。但這意味要采用兩套X射線成像裝置安裝在相互垂直的兩個方向上,如SIKORA公司的X-RAY2000系列產(chǎn)品即采用的這種方案。但是數(shù)學推導出來的偏心度和真實的偏心度仍然是有差異的。在極端情況下,這個差異會超過對管材規(guī)格的要求,并且該方法存在成本較高的問題。因此,現(xiàn)有技術的這一方法也存在缺陷,需要改進。
實用新型內(nèi)容
[0006]鑒于現(xiàn)有技術存在的上述問題,本實用新型的目的在于提供一種測量精確度高且成本較低的管材測量設備。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的,本實用新型提供的一種管材測量設備,包括機架和設置于所述機架上的測量裝置,所述測量裝置包括第一測量腔、第二測量腔以及用于獲取管材的截面圖像信息的X射線成像裝置,所述第一測量腔為一供待測管材穿過的管道,其與所述第二測量腔連通且交叉垂直設置,所述X射線成像裝置包括X射線管和X射線圖像傳感器,所述X射線管設置于所述第二測量腔的一端用于發(fā)出沿所述第二測量腔并經(jīng)管材的垂直于所述管材長度方向的一個橫截面穿過的X射線,所述X射線圖像傳感器設置于所述第二測量腔另一端內(nèi)用于接收穿過待測管材的X射線并形成管材的截面圖像信息,其中,所述測量裝置還包括一用于測量管材的外徑信息的激光掃描裝置,所述激光掃描裝置包括激光掃描發(fā)射裝置和激光掃描接收裝置,所述激光掃描發(fā)射裝置與所述X射線管設置于所述第二測量腔的同一端,其用于發(fā)出沿所述第二測量腔并經(jīng)管材的另一個垂直于所述管材長度方向的橫截面照射的激光光線,所述激光光線的光路與所述X射線的光路平行;所述激光掃描接收裝置設置于所述第二測量腔外用于接收未被待測管材遮擋的激光光線并形成管材的外徑信息。
[0008]作為優(yōu)選,所述X射線穿過的橫截面與所述激光光線照射的橫截面接近重合。在本實用新型中,接近重合表示非常接近,但實際操作中又不可能使光路完全重合,所以使其接近到可以認為由兩個橫截面處測量的管材的截面圖像信息及外徑信息一致即可。
[0009]作為優(yōu)選,所述激光掃描裝置還包括一反射鏡組,所述反射鏡組包括至少一第一反射鏡和一第二反射鏡,所述第一反射鏡和第二反射鏡位于X射線管和所述X射線圖像傳感器之間的第二測量腔內(nèi),并且所述激光掃描發(fā)射裝置發(fā)出的激光光線依次經(jīng)所述第一反射鏡和所述第二反射鏡反射以使所述激光光線與所述X射線平行,所述激光掃描接收裝置設置于所述第二反射鏡一側用于接收經(jīng)所述第二反射鏡反射的激光光線。
[0010]作為優(yōu)選,所述第一測量腔固定設置在所述機架上,所述第二測量腔及所述第一測量腔上側壁上設置有垂直于其各自軸向的一通孔,所述第一測量腔穿過所述第二測量腔上的通孔且通過所述第一測量腔上的通孔使兩者內(nèi)部空腔連通。
[0011]作為優(yōu)選,所述管材測量設備還包括一旋轉(zhuǎn)機構,所述旋轉(zhuǎn)機構包括固定在所述機架上的電機、設置在所述電機輸出軸上的主動齒輪以及套設在所述第一測量腔外側并與所述第二測量腔連接的從動齒輪,所述主動齒輪與所述從動齒輪嚙合并在所述電機的驅(qū)動下帶動所述從動齒輪以使所述第二測量腔繞所述第一測量腔旋轉(zhuǎn);
[0012]所述X射線成像裝置及所述激光掃描裝置均設置于所述第二測量腔的內(nèi)部空腔或外側表面且與所述第二測量腔一體旋轉(zhuǎn)。
[0013]作為優(yōu)選,所述第一測量腔與固定在所述第二測量腔上的從動齒輪之間設置有軸承。
[0014]作為優(yōu)選,所述第二測量腔繞所述第一測量腔旋轉(zhuǎn)的角度為±90°。
[0015]與現(xiàn)有技術相比較,本實用新型具有以下有益效果:第一,利用單路X射線成像裝置附加的激光掃描裝置解決管材位置變化會影響測量精度的問題;第二,利用旋轉(zhuǎn)機構解決固定式測量裝置無法直接定位和測量管材壁厚最薄處,從而無法直接測量偏心度的問題;第三,一套X射線成像裝置附加激光掃描裝置及旋轉(zhuǎn)機構解決固定式裝置需要兩套X射線成像裝置所產(chǎn)生的成本高的問題,本實用新型采用緊湊的結構設計實現(xiàn)測量裝置的輕量化以便于旋轉(zhuǎn)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的管材測量設備的主視圖;
[0017]圖2是本實用新型的管材測量設備的側視圖;
[0018]圖3a是X射線圖像傳感器獲取管材截面圖像信息的原理示意圖;
[0019]圖3b是X射線穿過管材的同一截面的不同位置時的X射線強度變化的示意圖;
[0020]圖3c是管材壁厚信息與管材的真實壁厚的關系示意圖;[0021]圖4a是管材到X射線管的距離為L時的X射線強度與照射位置的關系示意圖;
[0022]圖4b是管材到X射線管的距離為L’時的X射線強度與照射位置的關系示意圖;
[0023]圖5是本實用新型的管材測量設備的激光掃描裝置光路圖;
[0024]圖6a是測量裝置在一個位置時的狀態(tài)示意圖;
[0025]圖6b是測量裝置通過旋轉(zhuǎn)機構旋轉(zhuǎn)后在另一位置時的狀態(tài)示意圖;
[0026]圖7a是圖6a測量位置時X射線強度與照射位置的關系示意圖;
[0027]圖7b是圖6b測量位置時X射線強度與照射位置的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步詳細的說明。
[0029]如圖1和圖2所示,本實用新型提供的一種管材測量設備,包括機架8和設置于所述機架8上的測量裝置,所述測量裝置包括第一測量腔18、第二測量腔15以及用于獲取管材9的截面圖像信息的X射線成像裝置,所述第一測量腔18為一供待測管材9穿過的管道,其與所述第二測量腔15連通且交叉垂直設置,所述X射線成像裝置包括X射線管I和X射線圖像傳感器2,所述X射線管I設置于所述第二測量腔15的一端用于發(fā)出沿管材9的一個橫截面(圖中未示出)穿過的X射線,所述X射線圖像傳感器2設置于所述第二測量腔15另一端內(nèi)用于接收穿過待測管材9的X射線13并形成管材的截面圖像信息;以上原理均與現(xiàn)有技術類似,通過X射線穿透的特性且穿透壁厚的不同會導致X射線被部分吸收的不同形成管材的截面圖像信息,本申請下文中將繼續(xù)做詳細的說明。而在本實用新型的管材測量設備中:
[0030]所述測量裝置還包括一用于測量管材的外徑信息的激光掃描裝置,所述激光掃描裝置包括激光掃描發(fā)射裝置3和激光掃描接收裝置4,所述激光掃描發(fā)射裝置3與所述X射線管I設置于所述第二測量腔15的同一端,其用于發(fā)出沿管材9的另一個橫截面(圖1和圖2中未示出)照射的激光光線14,所述激光光線14的光路與所述X射線13的光路平行;所述激光掃描接收裝置4與所述X射線圖像傳感器2并列設置用于接收未被待測管材遮擋的激光光線并形成管材的外徑信息。激光光線14不具備穿透性,但其照射通過管材后被激光掃描接收裝置4接收可以形成管材的外徑信息,且管材9距離激光掃描發(fā)射裝置3的距離并不會影響外徑信息測量的準確性。下文中將有更為詳盡的描述。
[0031]為了使得本實用新型的管材測量設備的測量結果盡可能準確,作為優(yōu)選,所述X射線13穿過的橫截面與所述激光光線照射的橫截面接近重合。在本實用新型中,接近重合表示非常接近,但實際操作中又不可能使光路完全重合,所以使其接近到可以認為由兩個橫截面處測量的管材的截面圖像信息及外徑信息一致即可。同時,實際操作當中,可以通過設置反射鏡組來使得兩個橫截面盡可能接近以至于近似認為是同一橫截面,所述反射鏡組可以包括至少一第一反射鏡10和一第二反射鏡11,所述第一反射鏡10和所述第二反射鏡11分別設置于所述X射線管I和所述X射線圖像傳感器2的一側,并且所述激光掃描發(fā)射裝置3發(fā)出的激光光線14依次經(jīng)所述第一反射鏡10和所述第二反射鏡11反射以使所述激光光線14與所述X射線13平行,所述激光掃描接收裝置4設置于所述第二反射鏡11 一側用于接收經(jīng)所述第二反射鏡11反射的激光光線。實際上,如圖1所示,在這一實施例中,還設置有第三反射鏡12,當然其作用也是改變激光光線的光路并最終使激光光線反射入激光掃描接收裝置4中。
[0032]在使用本實用新型的管材測量設備進行管材壁厚測量時,如果需要測量管材的偏心度,所述激光光線需要分別從不同的角度照射管材。作為優(yōu)選,可以使所述第二測量腔15以第一測量腔18為軸進行旋轉(zhuǎn),具體地,可以將所述第一測量腔固定設置在所述機架8上,所述第二測量腔15及所述第一測量腔18上設置有垂直于其各自軸向的側壁的一通孔(圖1和圖2中未示出),所述第一測量腔18穿過所述第二測量腔15上的通孔且通過所述第一測量腔18上的通孔使兩者內(nèi)部空腔連通。這樣可以在需要測量管材偏心度時通過旋轉(zhuǎn)第二測量腔15獲得不同位置時的管材9的截面圖像信息,由此找出管材最厚處和最薄處的大小,由此可以進一步得到管材9的偏心度大小。
[0033]承上所述,所述第二測量腔15整體需要以所述第一測量腔為軸進行轉(zhuǎn)動時,作為優(yōu)選,如圖1和圖2所示,所述管材測量設備還包括一旋轉(zhuǎn)機構,所述旋轉(zhuǎn)機構包括固定在所述機架8上的電機5、設置在所述電機輸出軸(圖1和圖2未不出)上的主動齒輪6以及套設在所述第一測量腔18外側并與所述第二測量腔15連接的從動齒輪7,所述主動齒輪6與所述從動齒輪7嚙合并在所述電機的驅(qū)動下帶動所述從動齒輪以使所述第二測量腔15繞所述第一測量腔18旋轉(zhuǎn);此時,所述X射線成像裝置及所述激光掃描裝置均設置于所述第二測量腔15的內(nèi)部空腔或外側表面且與所述第二測量腔15 —體旋轉(zhuǎn)。同時,作為優(yōu)選,所述第一測量腔18與固定在所述第二測量腔15上的從動齒輪7之間設置有軸承16。
[0034]以下結合附圖詳細說明本實用新型的管材測量設備的實際測量過程及原理。
[0035]如圖1和圖2所示。圖1中央的倒T型部分為第二測量腔15,X射線管I及X射線圖像傳感器2固定在第二測量腔15中。X射線管I向上發(fā)射數(shù)十千電子伏的X射線13。X射線13經(jīng)過被測管材9的截面后會被吸收一部分,沒有被吸收的部分會在X射線圖像傳感器2上產(chǎn)生管材9截面的圖像。通過找到該圖像中的幾個關鍵點的位置就可以得到管材9的壁厚信息,這個信息乘以一個系數(shù)才是管材9的真實壁厚,而這個系數(shù)又和管材9和X射線管I的距離以及管材9與X射線圖像傳感器2的距離有關(具體關系舉例說明為,參見圖3c,假設管材中心到X射線管I的距離為X,管材中心到X射線圖像傳感器2之間的距
離是1,管材測量壁厚為z,管材真實壁厚為d,那么d z * 777,上文所述的系數(shù)就是
T77)o實際情況下,管材9的上下位置總會發(fā)生改變,從而使得到管材真實壁厚變得非
常困難。為了解決這個問題引入了本實用新型關鍵技術之一的激光掃描裝置,該裝置可以測量出管材外徑的大小并且管材上下的位置的變化對測量沒有影響。該激光掃描裝置由激光掃描發(fā)射裝置3及激光掃描接收裝置4組成。除此以外,還包括第一反射鏡10、第二反射鏡11和第三反射鏡12來改變激光光線14的方向,使得激光光線14和X射線13近似認為是測量同一個截面。一旦得到管材9的外徑大小,那么就可以用它作為一把“尺”對X射線圖像傳感器2上得到的管材9壁厚信息進行計量,從而得到管材9的真實壁厚。第二項關鍵技術是通過引入旋轉(zhuǎn)機構得以實現(xiàn)。對于偏心度這項重要指標,必須通過測量截面的某個角度管材壁厚數(shù)據(jù)才能得到,在該角度上一般能同時測量到管壁最薄和最厚的大小。測得的這兩個數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單運算就可以直接得到管材壁厚的偏心度。引入的旋轉(zhuǎn)機構可以使測量轉(zhuǎn)到這樣角度。旋轉(zhuǎn)機構由電機5、主動齒輪6、從動齒輪7及軸承16組成。從動齒輪7與第二測量腔15固定形成運動部分,本實施例中電機5采用伺服電機,伺服電機及主動齒輪6通過電機支架17與第一測量腔18組成靜止部分。運動部分和靜止部分通過軸承16連接。伺服電機的轉(zhuǎn)動使得第二測量腔15能夠以第一測量腔18為軸也進行轉(zhuǎn)動。第二測量腔15的轉(zhuǎn)動的角度范圍只要保證大于正負90度,便能涵蓋可以直接測得管材壁厚偏心度的角度。
[0036]圖3a和圖3b示意了 X射線圖像傳感器2上獲取管材9截面圖像及得到壁厚信息的方法,其中圖3a示出了 X射線圖像傳感器獲取管材截面圖像信息的原理示意圖,圖3b示出了 X射線穿過管材不同位置時X射線強度變化的示意圖。圖3b中的橫坐標是以像素為單位的位置坐標,縱坐標是X射線的射線強度大小。我們選擇X射線13中的三條特征射線
a、b和c來分析。其中射線a與管材外壁相切,射線b與管材內(nèi)壁相切,射線c正好通過管材9中心,并且認為a,b和c近似平行。沒有穿過管材的射線而直接照射在X射線圖像傳感器2上測得的射線強度為Itl ;穿過管材9的射線在X射線圖像傳感器2測得射線強度小于I。,其大小遵守吸收公式I = Icie_uT (公式中μ為線吸收系數(shù),T為X射線13穿過管材路徑的長度),T越大I越小。在圖像中可以看到,射線a的射線強度對應著管材9截面圖像中Itl開始減小的突變點,其位置坐標為P4。從射線a開始到射線b之間的射線穿過管材9的路徑越來越長,射線強度越來越小,其圖像呈現(xiàn)出單調(diào)減的趨勢。射線b穿過管材9的路徑為最大值LI,因此射線b的射線強度對應著管材9截面圖像中的最小射線強度Imin,其位置坐標為P3。從射線b開始到射線c之間的射線穿過管材9的路徑越來越短,所以射線強度越來越大,其圖像呈現(xiàn)出單調(diào)增的趨勢。射線c穿過管材9的路徑為L2+L3,其射線強度介于Imin和Itl之間,在圖像的中間區(qū)域中呈現(xiàn)出一個極大值。射線c右側的射線和其左側的射線在圖像上呈現(xiàn)出對稱的關系,所以通過相同的方法可以找到P2和Pl點。圖像中位置坐標P4和P3的差值便是管材右側的壁厚信息,而位置坐標P2和Pl的差值便是管材左側的壁厚信息。壁厚信息需要乘以一個系數(shù)才能得到真實壁厚,從圖4中可以看到,這個系數(shù)和管材的上下位置有關系。圖4a和圖4b是管材上下位置變化引起的測量結果的變化示意圖,其中圖4a示出了管材到X射線管的距離為L (結合圖3c,即y=L)時的X射線強度與照射位置的關系示意圖,圖4b示出了管材到X射線管的距離為L’(結合圖3c,即y=L’)時的X射線強度與照射位置的關系示意圖。圖4a和圖4b兩圖X射線13發(fā)射點O距離X射線管I的距離相同,但圖4a中管材9到X射線圖像傳感器2的距離L大于圖4b中的L’,從圖像上可以看出圖4a壁厚信息P4 — P3大于圖4b壁厚信息P4’ 一 P3’。所以要計算真實壁厚,必須知道L的大小。傳統(tǒng)的壁厚測量裝置在水平方向增加一路X射線成像裝置,測量管材9到X射線圖像傳感器2的距離L同時,也能測量管材9水平方向壁厚。而本實用新
型利用公式
【權利要求】
1.一種管材測量設備,包括機架和設置于所述機架上的測量裝置,所述測量裝置包括第一測量腔、第二測量腔以及用于獲取管材的截面圖像信息的X射線成像裝置,所述第一測量腔為一供待測管材穿過的管道,其與所述第二測量腔連通且交叉垂直設置,所述X射線成像裝置包括X射線管和X射線圖像傳感器,所述X射線管設置于所述第二測量腔的一端用于發(fā)出沿所述第二測量腔并經(jīng)管材的垂直于所述管材長度方向的一個橫截面穿過的X射線,所述X射線圖像傳感器設置于所述第二測量腔另一端內(nèi)用于接收穿過待測管材的X射線并形成管材的截面圖像信息,其特征在于, 所述測量裝置還包括一用于測量管材的外徑信息的激光掃描裝置,所述激光掃描裝置包括激光掃描發(fā)射裝置和激光掃描接收裝置,所述激光掃描發(fā)射裝置與所述X射線管設置于所述第二測量腔的同一端,其用于發(fā)出沿所述第二測量腔并經(jīng)管材的另一個垂直于所述管材長度方向的橫截面照射的激光光線,所述激光光線的光路與所述X射線的光路平行;所述激光掃描接收裝置設置于所述第二測量腔外用于接收未被待測管材遮擋的激光光線并形成管材的外徑信息。
2.如權利要求1所述的管材測量設備,其特征在于,所述X射線穿過的橫截面與所述激光光線照射的橫截面接近重合。
3.如權利要求2所述的管材測量設備,其特征在于,所述激光掃描裝置還包括一反射鏡組,所述反射鏡組包括至少一第一反射鏡和一第二反射鏡,所述第一反射鏡和第二反射鏡位于X射線管和所述X射線圖像傳感器之間的第二測量腔內(nèi),并且所述激光掃描發(fā)射裝置發(fā)出的激光光線依次經(jīng)所述第一反射鏡和所述第二反射鏡反射以使所述激光光線與所述X射線平行,所述激光掃描接收裝置設置于所述第二反射鏡一側用于接收經(jīng)所述第二反射鏡反射的激光光線。
4.如權利要求3所述的管材測量設備,其特征在于,所述第一測量腔固定設置在所述機架上,所述第二測量腔及所述第一測量腔上側壁上設置有垂直于其各自軸向的一通孔,所述第一測量腔穿過所述第二測量腔上的通孔且通過所述第一測量腔上的通孔使兩者內(nèi)部空腔連通。
5.如權利要求4所述的管材測量設備,其特征在于,所述管材測量設備還包括一旋轉(zhuǎn)機構,所述旋轉(zhuǎn)機構包括固定在所述機架上的電機、設置在所述電機輸出軸上的主動齒輪以及套設在所述第一測量腔外側并與所述第二測量腔連接的從動齒輪,所述主動齒輪與所述從動齒輪嚙合并在所述電機的驅(qū)動下帶動所述從動齒輪以使所述第二測量腔繞所述第一測量腔旋轉(zhuǎn); 所述X射線成像裝置及所述激光掃描裝置均設置于所述第二測量腔的內(nèi)部空腔或外側表面且與所述第二測量腔一體旋轉(zhuǎn)。
6.如權利要求5所述的管材測量設備,其特征在于,所述第一測量腔與固定在所述第二測量腔上的從動齒輪之間設置有軸承。
7.如權利要求6所述的管材測量設備,其特征在于,所述第二測量腔繞所述第一測量腔旋轉(zhuǎn)的角度為±90°。
【文檔編號】G01B15/00GK203758474SQ201420100832
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權日:2014年3月6日
【發(fā)明者】劉大江 申請人:北京動力源創(chuàng)科技發(fā)展有限公司