一種基于激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型專利涉及一種基于激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測(cè)系統(tǒng)，用來在直 縫焊管生產(chǎn)過程中檢測(cè)焊縫的"噘嘴"故障，屬于故障檢測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，管道的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，我們對(duì)油氣的運(yùn)輸已經(jīng)逐步從 交通運(yùn)輸過渡到管道運(yùn)輸，例如"西氣東輸"這種重點(diǎn)工程。為了保證運(yùn)輸過程中油氣的安 全，管線建設(shè)對(duì)管道提出了 "厚壁、高鋼級(jí)"的要求，所以我們對(duì)直縫焊管的需求也越來越 大。在直縫焊管的生產(chǎn)過程中，焊縫處"噘嘴"是一種普遍存在的缺陷。"噘嘴"處的曲率不 規(guī)則，若受到外力，會(huì)在"噘嘴"處產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響管道的壽命，不能保證油氣運(yùn)輸?shù)目?靠性。當(dāng)我們將缺陷管道和正常管道焊接時(shí)，由于"噘嘴"缺陷的存在，并不能很好地將兩 個(gè)管道擬合在一起，即使勉強(qiáng)焊接在一起，也會(huì)導(dǎo)致焊接處應(yīng)力集中，影響整個(gè)管道的機(jī)械 性能。因此，對(duì)鋼管進(jìn)行焊縫"噘嘴"檢測(cè)，可以提高管道的壽命，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降 低加工成本等等。
[0003]目前，在焊管檢測(cè)方面主要依靠人工手動(dòng)檢測(cè)，該方法主要借助外徑千分尺和卡 規(guī)測(cè)量直縫焊管的外徑，然后看目標(biāo)是否"噘嘴"并判斷噘嘴類型。此方法耗時(shí)耗力，而且 精度不高，效率低，并不能滿足工藝要求。還有一種方法是機(jī)械接觸測(cè)量法，即采用三坐標(biāo) 測(cè)量?jī)x，該儀器的測(cè)量頭可在焊管上進(jìn)行滑動(dòng)測(cè)量，并且得到表面的三維坐標(biāo)信息，進(jìn)而對(duì) 這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。但是該方法對(duì)環(huán)境要求高，測(cè)量效率低，對(duì)探頭的質(zhì)量要求比較高。所 以我們需要一種方法可以直觀的得到焊管表面的三維數(shù)據(jù)，而后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得 到鋼管的"噘嘴"缺陷，并且該方法不能受環(huán)境因素和人為因素影響太大，從而提高檢測(cè)的 效率。
[0004] 中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?01120049924. 2,公開日2011.9. 21，公開了一種大口徑直縫焊 管管端橢圓度和直徑測(cè)量裝置。該裝置的上下兩端安裝了兩對(duì)激光掃描傳感器和兩個(gè)二 維激光位移傳感器，對(duì)在轉(zhuǎn)輥上旋轉(zhuǎn)的鋼管進(jìn)行外徑測(cè)量和橢圓度測(cè)量。通過計(jì)算未被鋼 管遮蔽的光束長(zhǎng)度，可以得到鋼管的外徑；通過激光位移傳感器，可以測(cè)量焊縫的形狀和位 置。但是該測(cè)量裝置只可以得到鋼管的外徑和橢圓度，并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)直縫焊管焊縫噘嘴的 檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有的直縫焊管焊縫噘嘴檢測(cè)方法的不足，本實(shí)用新型公開了一種基于 激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測(cè)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)不同規(guī)格的直縫焊管，在焊管固定不動(dòng) 的前提下可以自動(dòng)判別噘嘴類型，并給出精確的噘嘴值。
[0006] 本實(shí)用新型所述的基于激光掃描的直縫焊管焊縫噘嘴檢測(cè)系統(tǒng)由二維激光掃描 傳感器、傳動(dòng)裝置和上位機(jī)組成；所述二維激光掃描傳感器用于在焊縫上方沿焊管軸線方 向等間距掃描焊縫，獲取不同位置處焊管徑向橫截面的二維輪廓數(shù)據(jù)；所述傳動(dòng)裝置用于 調(diào)節(jié)二維激光掃描傳感器的位置；所述上位機(jī)通過通信線與傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)控制器和二維激 光掃描傳感器連接。
[0007] 所述傳動(dòng)裝置包括機(jī)架、傳感器固定裝置、X軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸步進(jìn)電機(jī)、Z軸步進(jìn) 電機(jī)、X軸導(dǎo)軌、Y軸導(dǎo)軌、Z軸導(dǎo)軌和運(yùn)動(dòng)控制器；其中X軸為焊管水平徑向方向，Y軸為焊 管軸線方向，Z軸垂直于X軸與Y軸構(gòu)成的平面；所述傳感器固定裝置用于安裝二維激光掃 描傳感器；所述X軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)二維激光掃描傳感器沿X軸導(dǎo)軌平移，使焊縫位于二維激 光掃描傳感器的正下方；所述Y軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)二維激光掃描傳感器沿Y軸導(dǎo)軌等間距掃 描焊縫；所述Z軸步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)二維激光掃描傳感器沿Z軸導(dǎo)軌上下移動(dòng)，用于調(diào)節(jié)二維激 光掃描傳感器與焊縫的距離，使焊縫位于二維激光掃描傳感器的有效掃描范圍內(nèi)；所述運(yùn) 動(dòng)控制器用于控制X軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸步進(jìn)電機(jī)和Z軸步進(jìn)電機(jī)，并與上位機(jī)通信。
[0008] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、適應(yīng)性強(qiáng)、判斷精度高、能夠?qū)?時(shí)地檢測(cè)出焊管焊縫的噘嘴缺陷、受環(huán)境因素影響小，并能給出噘嘴類型和精確的噘嘴值， 可大幅度的提高此類焊管的產(chǎn)品合格率和生產(chǎn)效率，為我國(guó)油氣管道的建設(shè)提供高質(zhì)量的 焊管，同時(shí)打破國(guó)外相關(guān)裝備制造企業(yè)在該領(lǐng)域的壟斷。
【附圖說明】
[0009] 圖1 一種基于激光掃描的焊管焊縫噘嘴檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.機(jī)架，2.X 軸步進(jìn)電機(jī)，3.Y軸步進(jìn)電機(jī)，4.Z軸步進(jìn)電機(jī)，5.X軸導(dǎo)軌，6.Y軸導(dǎo)軌，7.Z軸導(dǎo)軌，8.支撐 桿；9.傳感器固定裝置，10.二維激光掃描傳感器，11.焊縫，12.直縫焊管；
[0010] 圖2是焊管焊縫噘嘴檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)與控制裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0011] 圖3是焊縫噘嘴類型示意圖；
[0012] 圖4是基于激光掃描的直縫焊管焊縫檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程圖；
[0013] 圖5是二維輪廓離散點(diǎn)曲率聚類流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 直縫焊管焊縫的噘嘴缺陷普遍存在于直縫焊管生產(chǎn)過程中，直縫焊管是由一塊鋼 板經(jīng)過壓力使其彎曲，然后焊接在一起。但是由于機(jī)械原因或鋼板自身材質(zhì)的原因，會(huì)導(dǎo)致 焊管成型縫處擬合不完善，形成成型縫向上或向下噘起的情況，這就是焊縫"噘嘴"缺陷。對(duì) 焊管噘嘴處進(jìn)行故障診斷時(shí)，如果我們可以直觀的得到焊管的三維數(shù)據(jù)，就可以通過計(jì)算 得到待檢測(cè)位置是否存在缺陷，所以我們需要找到一種方法來獲得焊管的三維數(shù)據(jù)。
[0015] 利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x雖然可以得到焊管的三維數(shù)據(jù)，但這種方法對(duì)環(huán)境要求高，測(cè) 量速度慢，測(cè)量數(shù)據(jù)密度低，測(cè)量過程需人工干預(yù)，還需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行探頭損傷及探頭 半徑補(bǔ)償，這些不足限制了它在焊縫噘嘴檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，找到一種更直觀有效地 方法來得到焊管的三維數(shù)據(jù)，即可完成對(duì)焊縫噘嘴檢測(cè)的第一步工作。激光掃描技術(shù)可以 很直觀的得到焊管的三維輪廓數(shù)據(jù)，包括三維激光掃描和二維激光掃描，三維激光掃描可 以直接掃描一個(gè)面，但設(shè)備價(jià)格昂貴；二維激光掃描可以掃描出來一條線，但是通過移動(dòng)掃 描儀或者被測(cè)物體也可以得到物體的三維輪廓，因此我們選擇二維激光掃描。二維激光掃 描，即將激光光束擴(kuò)大為條狀后在目標(biāo)物體上產(chǎn)生漫反射，反射光被聚集到CCD或CMOS上， 通過數(shù)據(jù)處理獲得物體輪廓，該方法精度高，受檢測(cè)環(huán)境影響小，可測(cè)量外徑尺寸和外徑輪 廓。
[0016] 本實(shí)用新型對(duì)故障焊管進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，提供了一種基于激光掃描的直縫焊管 焊縫噘嘴的檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明該檢測(cè)系統(tǒng)較現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[0017] 下面對(duì)本檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，參照附圖1和附圖2 :
[0018] A.傳動(dòng)裝置包括機(jī)架（I)，X軸步進(jìn)電機(jī)⑵，Y軸步進(jìn)電機(jī)（3)，Z軸步進(jìn)電機(jī)（4)， X軸導(dǎo)軌（5)，Y軸導(dǎo)軌（6)，Z軸導(dǎo)軌（7)，支撐桿（8);傳感器固定裝置（9)和運(yùn)動(dòng)控制器， 所述導(dǎo)軌為絲杠；