管道類、長筒類工件的檢測需求

在以航空航天、石油化工程昨、核能發(fā)電等高端制造為代表的工業(yè)領(lǐng)域，長筒類工件有比較廣泛的應(yīng)用摇轨，且通常對于該類工件的制造標(biāo)準(zhǔn)較高遵奇，需在嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)保障高質(zhì)高效的產(chǎn)品輸出。對于這些長筒類工件的測量赏赔，有些可以使用常規(guī)量具實(shí)現(xiàn)杏恍；還有一些管徑較大的，測量人員可以通過進(jìn)入到筒子內(nèi)部進(jìn)行測量雷倦。但是胆狐，對于剛性一般、或者管徑在300mm-600mm左右的肺灭、不方便人員進(jìn)入的筒狀工件虱而，使用人工加常規(guī)量具的方式就不易實(shí)現(xiàn)檢測目的、保障檢測質(zhì)量开泽。        

對于上述長筒類工件的典型檢測需求有：        

1牡拇、 工件的內(nèi)徑尺寸；    

2穆律、 中心軸線的直線度惠呼；    

3、 在20米左右的測量范圍保障0.3mm或更優(yōu)的精度誤差。                   

API解決方案

針對上述長筒類工件尺寸大剔蹋、要求精度高旅薄、不易實(shí)現(xiàn)人工精確測量的特點(diǎn)，API為此類應(yīng)用開發(fā)了一套大尺寸泣崩、自動精密測量解決方案少梁，利用Radian激光跟蹤儀與爬行機(jī)器人的配合，實(shí)現(xiàn)管道及長筒狀工件的自動化精密測量矫付。      

圖1：API Radian系列激光跟蹤儀

①  關(guān)于Radian激光跟蹤儀

Radian激光跟蹤儀凯沪，是大尺寸精密測量的絕佳解決方案，擁有微米級別的測量精度以及超過160米（半徑80米）的測量范圍洞歼。

測量時石阵，Radian激光跟蹤儀射出的激光會跟蹤操作者手中內(nèi)置棱鏡的靶球（SMR），操作者只需用靶球碰觸需要測量的部位匣描，Radian即會迅速采集該位置的3D數(shù)據(jù)，并記錄在軟件中罕腿。通過若干采集到的3D點(diǎn)桶眠，即可根據(jù)需要構(gòu)建相應(yīng)的線、面看群、體沦煤，并分析它們之間的幾何量關(guān)系，從而達(dá)到檢測目的涯锅。

圖2：爬行機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意

②  關(guān)于爬行機(jī)器人        

本案中寇祈，爬行機(jī)器人的作用，是代替靶球（SMR）操作人員漱南，配合Radian激光跟蹤儀實(shí)現(xiàn)對筒狀工件內(nèi)壁數(shù)據(jù)的自動采集勋崇。   

爬行機(jī)器人主要由爬行器、回轉(zhuǎn)檢測模塊笔喉、控制終端組成取视，其移動速度可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，能在直筒內(nèi)的任意位置定位常挚；可自適應(yīng)不同管徑的直筒作谭，同時機(jī)器人的中心軸線能夠與直筒的中心軸線保持一致。        

檢測模塊固定在爬行器的前端奄毡，可圍繞軸線方向360°連續(xù)旋轉(zhuǎn)折欠，同時具有伸縮功能，能夠保持跟蹤儀靶球（SMR）與筒內(nèi)壁始終接觸吼过，并有1-5牛接觸力可調(diào)范圍锐秦，回轉(zhuǎn)速度和角度也可根據(jù)需要調(diào)整〉脸溃控制終端用于控制爬行器和回轉(zhuǎn)檢測模塊农猬，能夠?qū)崿F(xiàn)自動和手動兩種工作模式赡艰，并按照檢測工藝的要求執(zhí)行相應(yīng)的動作，同時實(shí)時采集機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)信息斤葱。                     
    圖3：長筒形工件數(shù)據(jù)測量采集示意

圖4：測量現(xiàn)場       

實(shí)際測量與數(shù)據(jù)分析

實(shí)際測量中慷垮，將跟蹤儀靶球（SMR）固定在爬行器前端的檢測模塊上，面向跟蹤儀并鎖定激光束帮廉；爬行機(jī)器人隨即以設(shè)置的增量在筒內(nèi)自動執(zhí)行爬行徽榄、停留、檢測模塊旋轉(zhuǎn)配合數(shù)據(jù)采集等一系列程序闲耿；Radian激光跟蹤儀隨即在設(shè)置的位置進(jìn)行3D點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集并記錄在軟件中胰薪。

在測量軟件中，將每組測量的截面圓投影到對應(yīng)的截面上减组，進(jìn)行多點(diǎn)擬合計(jì)算蓄士，得到實(shí)際截面圓，從而得到每個截面圓的直徑哆卓、圓度肋漏。將多個截面圓的圓心擬合直線，得到各個截面圓心位置的偏差岂苏，從而得到直筒的直線度茶黄。

截面圓投影的處理方式，巧妙的規(guī)避了直接使用位移傳感器對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高精度要求限禀。（如果使用十字型測頭組件崔败，需要自動推進(jìn)機(jī)構(gòu)非常準(zhǔn)確的在筒內(nèi)行進(jìn)，運(yùn)行軌跡必須嚴(yán)格平行長筒軸線姥芥。如果稍有偏移兔乞，十字型測頭組件將會隨之發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這樣直接導(dǎo)致內(nèi)徑尺寸和圓度的測量失真凉唐，造成較大的測量誤差报嵌。同時，檢測工件的直線度偏差也會造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)熊榛，影響內(nèi)徑尺寸和圓度的精度锚国。實(shí)踐證明，此類的推進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制造成本極高玄坦，同時工作的可靠性較低血筑。）

測量軟件中可以預(yù)先做好檢測模板，將所有的理論數(shù)據(jù)和處理步驟按照實(shí)際檢測要求設(shè)置好煎楣。實(shí)際測量時豺总，只需按照提示采點(diǎn)即可完成整個測量任務(wù)。采點(diǎn)結(jié)束的同時，完成報告更新喻喳。整個測量過程無須人員干預(yù)关读，實(shí)現(xiàn)自動測量和報告更新。

圖5：測量數(shù)據(jù)分析 – 截面圓直徑

圖6：測量數(shù)據(jù)分析 – 截面圓圓度  

解決方案特征&亮點(diǎn)

• 專用的管道檢測機(jī)器人配合API激光跟蹤儀使用巍坦，同時依靠專用測量軟件中的自動數(shù)據(jù)處理方式够戒，實(shí)現(xiàn)完全自動化檢測；

• 爬行機(jī)器人具有自動化運(yùn)行腿若、智能化調(diào)整的特點(diǎn)驼牵，是配合激光跟蹤儀進(jìn)行管道自動化檢測的專業(yè)設(shè)備；

• API激光跟蹤儀同時具備超高的測量精度（微米級）及大尺度測量范圍（測量半徑80米）谓蹂，是長筒類零部件檢測的絕佳設(shè)備蛮昭；

• 專業(yè)三維測量軟件，能夠處理空間尺寸和形位公差漠恰，完美配合API激光跟蹤儀的使用腋积，在大型機(jī)加和工業(yè)自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用；

• 一次測量蹲自，可以同時得到內(nèi)徑尺寸平敏、圓度和直線度數(shù)據(jù)，效率極高肤叼。

圖7：API公司總部大樓

關(guān)于 API

API品牌由Kam Lau博士在1987年創(chuàng)立于美國馬里蘭州的羅克韋爾，是激光跟蹤儀的發(fā)明者竹祷，同時持有多項(xiàng)全球領(lǐng)先測量科技的專利谈跛，是精密測量科技領(lǐng)域的引領(lǐng)者；API自成立以來塑陵，始終致力于機(jī)械制造領(lǐng)域精密測量儀器和高性能傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)感憾，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于世界各國的先進(jìn)制造領(lǐng)域，并在坐標(biāo)測量和機(jī)床性能測試的高精度標(biāo)準(zhǔn)方面處于領(lǐng)先地位令花。           

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