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API Radian激光跟踪仪在管道检测领域内径尺寸&直线度自动测量方面的应用

国际金属加工网 2021年08月31日

长筒类工件的检测需求

在以航空航天石油化工、核能发电等高端制造为代表的工业领域,长筒类工件有比较广泛的应用,且通常对于该类工件的制造标准较高,需在严格的公差范围内保障高质高效的产品输出。对于这些长筒类工件的测量,有些可以使用常规量具实现;还有一些管径较大的,测量人员可以通过进入到筒子内部进行测量。但是,对于刚性一般、或者管径在300mm-600mm左右的、不方便人员进入的筒状工件,使用人工加常规量具的方式就不易实现检测目的、保障检测质量。

对于上述长筒类工件的典型检测需求有:

1.工件的内径尺寸;

2.中心轴线的直线度;

3.在20米的测量范围保障0.3mm误差精度。

API解决方案

针对上述长筒类工件尺寸大、要求精度高、不易实现人工精确测量的特点,API为此类应用开发了一套大尺寸、自动精密测量解决方案,利用Radian激光跟踪仪与爬行机器人的完美配合,实现长筒状工件的自动化精密测量。

图为:Radian系列激光跟踪仪

1.关于Radian激光跟踪仪

Radian激光跟踪仪,是大尺寸精密测量的绝佳解决方案,拥有微米级别的测量精度以及超过160米(半径80米)的测量范围。

测量时,Radian激光跟踪仪射出的激光会跟踪操作者手中内置棱镜的靶球(SMR),操作者只需用靶球碰触需要测量的部位,Radian即会迅速采集该位置的3D数据,并记录在软件中。通过若干采集到的3D点,即可根据需要构建相应的线、面、体,并分析它们之间的几何量关系,从而达到检测目的。

图为:爬行机器人结构示意

2.关于爬行机器人

本案中,爬行机器人的作用,是代替靶球(SMR)操作人员,配合Radian激光跟踪仪实现对筒状工件内壁数据的自动采集。

爬行机器人主要由爬行器、回转检测模块、控制终端组成,其移动速度可以根据需要调节,能在直筒内的任意位置定位;可自适应不同管径的直筒,同时机器人的中心轴线能够与直筒的中心轴线保持一致。

检测模块固定在爬行器的前端,可围绕轴线方向360°连续旋转,同时具有伸缩功能,能够保持跟踪仪靶球(SMR)与筒内壁始终接触,并有1-5牛接触力可调范围,回转速度和角度也可根据需要调整。控制终端用于控制爬行器和回转检测模块,能够实现自动和手动两种工作模式,并按照检测工艺的要求执行相应的动作,同时实时采集机器人的运行状态信息。

图为:长筒形工件测量采数示意

实际测量与数据分析

实际测量中,将跟踪仪靶球(SMR)固定在爬行器前端的检测模块上,面向跟踪仪并锁定激光束;爬行机器人随即以设置的增量在筒内自动执行爬行、停留、检测模块旋转配合数据采集等一系列程序;Radian激光跟踪仪随即在设置的位置进行3D点的数据采集并记录在软件中。

测量软件中,将每组测量的截面圆投影到对应的截面上,进行多点拟合计算,得到实际截面圆,从而得到每个截面圆的直径、圆度。将多个截面圆的圆心拟合直线,得到各个截面圆心位置的偏差,从而得到直筒的直线度。

截面圆投影的处理方式,巧妙的规避了直接使用位移传感器对执行机构的高精度要求。(如果使用十字型测头组件,需要自动推进机构非常准确的在筒内行进,运行轨迹必须严格平行长筒轴线。如果稍有偏移,十字型测头组件将会随之发生扭转,这样直接导致内径尺寸和圆度的测量失真,造成较大的测量误差。同时,检测工件的直线度偏差也会造成执行机构的扭转,影响内径尺寸和圆度的精度。实践证明,此类的推进机构设计制造成本极高,同时工作的可靠性较低。)

测量软件中可以预先做好检测模板,将所有的理论数据和处理步骤按照实际检测要求设置好。实际测量时,只需按照提示采点即可完成整个测量任务。采点结束的同时,完成报告更新。整个测量过程无须人员干预,实现自动测量和报告更新。

图为:长筒形工件测量数据分析示意

解决方案特征&亮点

✦专用的管道检测机器人配合API激光跟踪仪使用,同时依靠专用测量软件中的自动数据处理方式,实现完全自动化检测;

✦ 爬行机器人具有自动化运行、智能化调整的特点,是配合激光跟踪仪进行管道自动化检测的专业设备;

✦ API激光跟踪仪同时具备超高的测量精度(微米级)及大尺度测量范围(测量半径80米),是长筒类零部件检测的绝佳设备;

✦专业三维测量软件,能够处理空间尺寸和形位公差,完美配合API激光跟踪仪的使用,在大型机加和工业自动化领域有着广泛的应用;

✦一次测量,可以同时得到内径尺寸、圆度和直线度数据,效率极高。

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