大口径钢管直径、椭圆度测量系统的硬件设计

随着化工、石油行业的迅猛发展,大口径钢管的需求量不断增加,其端面直径、椭圆度等参数与生产设计指标的符合情况直接影响了钢管***终质量的优劣。国内大部分钢管生产厂家主要采用人工手动的测量方法,这种测量方法精度低、效率低、工人劳动强度大、信息反馈慢同时无法充分反映管端情况,如何实时在线测量钢管的直径、椭圆度已成为厂家们关注的首要问题。目前,国外已经研究出了大口径钢管在线检测系统,但其价格昂贵。因此,本文提出了一种大口径钢管直径、椭圆度测量系统,该系统基于激光测距遍历原理、圆周遍历原理和二乘法拟合原理,钢管固定在V型支架上,激光位移传感器在伺服电机的带动下绕钢管匀速转动,对被测钢管进行圆周遍历,激光位移传感器得到的数据为极轴方向的数据,根据编码器的输出脉冲得到角度数据,激光位移传感器输出的信号经串口传送到计算机,通过上位机数据处理软件即可得到钢管端面直径、椭圆度,并将测量结果实时显示和上传。首先对钢管直径、椭圆度测量原理的研究:对国内内外现有检测方法分析后,确定以激光位移传感器为检测元件,详细介绍激光三角法测距遍历原理和圆周遍历直径、椭圆度测量原理。其次数据采集模块、运动控制模块和数据上传模块是本文的核心模块。发动机曲轴缸套椭圆度测试仪多数工程师都知道，定期检查船用柴油机的曲轴和汽缸套是非常重要的。数据采集模块实现钢管端面等角度数据采集。运动控制模块中寻找零位运动控制法不仅解决了伺服电机与旋转机构旋转不同步的问题,同时还确保激光位移传感器采集数据的准确性；喷标模块主要用于标记直径位置和周长超标。数据上传模块主要由测量数据上传至Microsoft SQL server 2008数据库和FTP上传钢管端面轮廓描点图组成。***后工业现场实验结果表明,本系统的测量精度达到钢管直径、椭圆度测量的技术指标要求。本文所设计的大口径钢管直径、椭圆度测量系统测量效率和精度高、可实现“在线,高速,多部位”的实时准确测量与数据自动存储及输出。

定义

椭圆是一种圆锥曲线（也有人叫圆锥截线的），现在高中教材上有两种定义：平面上到两点距离之和为定值的点的集合（该定值大于两点间距离）（这两个定点也称为椭圆的焦点，焦点之间的距离叫做焦距）；平面上到定点距离与到定直线间距离之比为常数的点的集合（定点不在定直线上，该常数为小于1的正数）（该定点为椭圆的焦点，该直线称为椭圆的准线）。其计算公式为：椭圆度=(大外径－小外径)/标称外径*100%两者都是表征和形状相差程度的大小的量。这两个定义是等价的

公司***致力于制管行业非标准成套设备的研发。目前公司主要产品有激光自动跟踪系统、超声波探伤系统、钢管椭圆度等外观检测系统、焊缝自动修磨系统等。公司的产品已经在多家企业中得到应用，产品现场适用性好，使用稳定可靠。

相关性质

由于平面截圆锥（或圆柱）得到的图形有可能是椭圆，所以它属于一种圆锥截线。

例如：有一个圆柱，被截得到一个截面，下面证明它是一个椭圆（用上面的一定义）：

将两个半径与圆柱半径相等的半球从圆柱两端向中间挤压，它们碰到截面的时候停止，那么会得到两个公共点，显然他们是截面与球的切点。

设两点为F1、F2

对于截面上任意一点P，过P做圆柱的母线Q1、Q2，与球、圆柱相切的大圆分别交于Q1、Q2

则PF1=PQ1、PF2=PQ2，所以PF1 PF2=Q1Q2

由定义1知：截面是一个椭圆，且以F1、F2为焦点

用同样的方法，也可以证明圆锥的斜截面（不通过底面）为一个椭圆

北京赛诚工控科技有限责任公司成立于2003年，是***从事制管行业自动化控制产品设计和开发的高新技术企业。