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無縫鋼管的在線測厚測徑技術研發

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   中國無縫管網社會各界報道:作為建筑保溫防水一體化材料,聚氨酯硬泡打破了傳統建材功能單一——防水的不保溫、保溫的不防水,防水層一旦出現滲漏保溫層隨即失去保溫功能的通。與其他單功能保溫或防水材料相比,聚氨酯硬泡具有明顯的優勢:
  
  聚氨酯硬泡具有一材多用的功能,同時具備保溫、防水、隔音、吸振等諸多功能。
  
  保溫性能卓越,是目前國內所有建材中導熱系數 (≤0.024)、熱阻值的保溫材料,導熱系數僅為EPS發泡聚苯板的一半。
  
  聚氨酯硬泡體連續致密的表皮和近于100%的高強度互聯壁閉孔,具有理想的不透水性。采用噴涂法施工達到防水保溫層連續無接縫,形成無縫屋蓋和整體外墻保溫殼體,防水抗滲性能優異。
  
  無縫鋼管應用廣泛,對其厚度及直徑測量則是生產中急需解決的難題,然而人工檢測無縫鋼管厚度和外徑的缺點是顯而易見的,除勞動強度大、模式屬于抽檢、檢測點一般不超過2個、檢測準確性保證程度低外,就是人工檢測只能等到鋼管在冷床上運行一段時間以后才能進行測量,待測量結果反饋操作工處,已經生產出了多條與測量結果相同的鋼管,其滯后性相當明顯,因此,研發無縫鋼管在線測厚、測徑系統非常重要。
  
  1、在線測厚測徑系統技術方案
  
  無縫鋼管在線測厚、測徑系統總體布局見圖1。
  
  系統主要由以下部分組成:一是γ射線測厚儀,由電離室、放射源及放大電路構成,用于測量管材厚度;二是雙CCD測徑儀,由兩套光學線陣CCD鏡頭(內置DSP單片機)以及背景光源構成,用于檢測管材的外徑;三是水制冷循環系統,用于現場測量設備(包括電離室、放射源及CCD鏡頭等)的冷卻;四是氣路處理系統,用于現場測量設備吹掃及開關放射源;五是中心站主機柜,包括測量主機系統、系統電源及接線;六是數據庫服務器,建立歷史數據數據庫,完成數據的儲存、查詢、統計、顯示及打印等功能;七是終端機,完成遠程測量畫面顯示及參數設定等。
  
  2、在線測厚測徑系統工藝路線
  
  系統集管材測厚單元、管材測徑單元于一體,完成管材生產線多用途測量,同時可以提供反饋信號,以實現軋制生產線的閉環控制。
  
  2.1、γ射線測厚僅
  
  2.1.1、測量原理
  
  放射源和電離室上下相對排列,被測物在二者之間通過。射線穿透被測物,有部分射線被吸,未被吸收的部分射到電離室,使其中的氣體電離,產生電流。該電流經微電流放大器放大為電壓信號,再轉變為隔離的0mA~20mA電流信號傳送至主機。測量原理見圖2。
  
  根據理論推導,管材厚度與其他因素有如下關系:
  
  T=(1/μ)·Ln(V0/V) (1)
  
  式中,T是厚度;μ是材料密度;V0是零點電壓(即無測量物時的電壓值);V是測量電壓(即有測量物時的電壓值);Ln代表自然對數。
  
  中國無縫管網社會各界報道:在實際使用中,為了確保γ射線測厚儀的測量精度,需對式(1)進行吸收修正、密度修正、溫度修正和實際標定修正;同時,由于管材與板材幾何形狀的不同,還必須進行外徑修正、位置偏心修正等。修正后的式(1)變為式(2):
  
  由此可見,厚度與測量信號間并非呈嚴格的指數關系。而且 由于管材相比板材幾何結構的特殊性,決定了管材測厚的復雜性要高于板材測厚。
  
  采用工業控制計算機,配以高性能的數據采集處理卡,組成智能化的測厚儀器。軟件以Winxp操作系統作為平臺,利用 Access建立一個小型數據庫,用于保存各種標定參數表及生產過程的歷史數據。以此為基礎,系統可以實現查表模式反映厚度值, 即用一組數據可模擬任何形狀的曲線,從而自動完成測量過程中的各種修正運算,提高測量精度在生產實踐中通過枳累大量的經驗數據,得到各種條件下的標定曲線,再通過數據庫管理系統,存儲多種工藝條件下、各種材質管材的標定參數表,使測厚儀能夠適用于各種生產條件下、不同種類管材的在線自動化測量。
  
  2.1.2、信號處理單元
  
  顯見,按式(3)算法計算電壓平均值,只要取足夠小的△t值,就能達到連續測量的效果;只要取足夠大的k值,就可以達到延長測量時間、減少統計誤差的目的。
  
  2.2、雙線陣CCD測徑儀
  
  2.2.1、立體視覺測量原理
  
  由于單個CCD在成像時存在“近大遠小”,單靠攝入的圖像 無法知道被測物的距離,因此管子的位置變化會造成較大的測量誤差。本項目擬采用2個CCD鏡頭對管材同時進行測量,2個 CCD就像人的雙眼,可以形成立體視覺,這樣就可以得到足夠的信息判斷被測管子位置變化,從而修正基于管子位置變化所引起的幾何誤差,修正和消除距離變化對測量的影響。
  
  理想光學系統的成像公式:
  
  (1) 成像的幾何關系。
  
  2.2.2、CCD信號采集與處理工作原理
  
  將DSP(數字信號處理器)置于測量頭中,利用DSP的快速 運算能力完成數據采集和數據處理,直接計算出外徑值,因而具有更短的響應時間和更快的處理速度。信號采集與處理的工作原理見圖4。
  
  2.3、背景光源
  
  對于被測管材溫度可能達不到800℃,或者管材邊緣出現黑 邊的情況,不能直接利用被測物自身的紅外輻射進行測量,為了保證測量精度,必須用背景光源。由于測徑儀的采樣速度很高,所以對于背景光源的要求較高,一般采用2~3根超亮日光燈管和高頻電子鎮流器,以消除閃爍現象。
  
  2.4、應用軟件
  
  應用軟件將管材的厚度值、外徑值以曲線和數字的形式在同一個畫面顯示。同時,測量數據保存在服務器數據庫中。數據內容包括:每根鋼管的生產時間、批號、序號、厚度與外徑的平均值、最大值、最小值以及厚度與外徑的測量曲線。
  
  中國無縫管網社會各界報道:由于一根鋼管的厚度、外徑曲線包含上千個點,這些數據都存儲在數據庫中可在日后查詢。為了加快查詢速度,將鋼管的基本數據和曲線的詳細數據分開,分別存儲在兩個數據庫中。
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