钢管管端内外径测量系统的设计与实现_梅剑春

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1、第２２卷第４期光学精密工程Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１４年４月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｒ．２０１４文章编号１００４－９２４Ｘ（２０１４）０４－０８１５－０７钢管管端内外径测量系统的设计与实现梅剑春１，叶青２，３＊，田建国２，３（１．南开大学现代应用技术研究院，天津３０００７１；２．南开大学物理科学学院，天津３０００７１；３．南开大学弱光非线性光子学教育部重点实验室，天津３０００７１）摘要：为了实现对钢管管端内外径、不圆度的自动化非接触快速测量，设计并实现了一种钢管管端内外径测量系统。该系统利用转台带动激光三角

2、法位移传感器绕钢管中轴线转动的方法来测量管端截面整个圆周的外径和内径尺寸，然后利用圆心拟合算法修正转台中轴线与钢管中轴线不重合带来的误差。通过平移台自动调整测量截面与管端的距离，大型升降台调节管心对齐高度，双臂平移台调节可测量管径范围，自动实现对不同管径钢管的非接触测量。实验结果表明：系统测量精度小于０．０５ｍｍ；重复性限小于等于５μｍ；每个管端截面测量５００个点时，测量时间小于２５ｓ。设计的系统具有精度高、操作简便、测量速度快的优点，满足无缝钢管生产在线检测的要求，并已经在天津天管元通管材制品有限公司通过离线测试。关键词：激光三角法；无缝钢管

3、；直径测量；不圆度测量；非接触测量中图分类号：ＴＮ２４７；ＴＢ９２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１４２２０４．０８１５Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｔｅｅｌｐｉｐｅ１，ＹＥＱｉｎｇ２，３＊，ＴＩＡＮＪｉａｎ－ｇｕｏ２，３ＭＥＩＪｉａｎ－ｃｈｕｎ（１．ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

4、，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１，Ｃｈｉｎａ；３．ＴｈｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷｅａｋＬｉｇｈｔＮｏｎｌｉｎｅａｒＰｈｏｔｏｎｉｃｓｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５７，Ｃｈｉｎａ）＊Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｑｉｎｇ＠ｎａｎｋａｉ．ｅｄｕ．ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｒｅａｌｉｚｅａｕｔｏｍａｔｉｃｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｉｎｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ｏｕｔｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄｔｈｅｏｕｔ－ｏｆ

5、－ｒｏｕｎｄｏｆａｓｔｅｅｌｐｉｐｅｅｎｄ，ａｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｐｉｐｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｗｏｌａｓｅｒｏｐｔｉｃａｌｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｆｕｌｌｓｃａｎｓｏｆｔｈｅｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｄｉａｍｅｔｅｒｓａｓｔｈｅｙｒｏｔａｔｅｄａｒｏｕｎｄｔｈｅｐｉｐｅｅｎｄｓ．Ｔｈｅｎａｆｉｔｔｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｔａｋｅｎｔｏｒｅｄｕｃｅｅｒｒｏｒｓｂｒｏｕｇｈｔｂｙｔｈｅｍｉｓａ

6、ｌｉｇｎｍｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎｒｏｔａｒｙａｘｉｓａｎｄｓｔｅｅｌｐｉｐｅａｘｉｓ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｍｅａｓｕｒｅｄｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎａｎｄｐｉｐｅｅｎｄｗａｓａｄｊｕｓｔｅｄｂｙｍｏｔｏｒｉｚｅｄｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｓｔａｇｅｓｆｉｘｅｄｏｎｔｈｅｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｅａｌｉｇｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔｏｆｐｉｐｅｃｅｎｔｅｒｗａｓａｄｊｕｓｔｅｄｂｙａｌｉｆｔｅｒａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒａｂｌｅｐｉｐｅｄｉａｍｅｔｅｒｗａｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｗｉｔｈａｔｗｏ－ａｉｍｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｓｔａｇｅ，ｓ

7、ｏｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌｐｉｐｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｃｏｕｌｄｂｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｂｙｔｈｅｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔｅｄｍｅｔｈｏｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉ－收稿日期：２０１３－０６－２７；修订日期：２０１３－０８－２０．基金项目：天津滨海新区自主创新重大成果产业化关键技术攻关项目（Ｎｏ．２０１２－ＢＫ１２００１２）８１６光学精密工程第２２卷ｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ０．０５ｍｍ

8、；ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｏｒｅｑｕａｌｔｏ５μｍ．Ｗｈｅｎ５００ｐｏｉｎｔｓａｒｅｓａｍｐｌｅｄｐｅｒｐｉｐｅｅｎｄ