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光學坐標測量系統在無縫鋼管生產中的應用 檢測技術是現代工業的基礎之一，是保證產品質量的關鍵。現代工業生產強調實時、在線、非接觸檢測，確保對生產過程實現控制，提高生產效率和產品的合格率，這是許多傳統檢測手段無法提供的。 由線結構光視覺傳感器和CMM（C00rd1nate Measur1ng Mach1ne，三坐標測量機）組成的光學坐標測量系統用于產品檢測具有非接角、速度快、精度合適、現場抗干擾能力強等優點，能很好地滿足現代工業生產的需求。 一、光學坐標測量系統原理 線結構光視覺傳感器實質上是二維坐標傳感系統，測量時由精密的伺服機構驅動，對被測物體進行掃描以獲得檢測系統的原始數據。集成系統利用二維視覺傳感器進行三維測量，原理圖如圖1所示。其中視覺傳感器提供YS和ZS方向的坐標值，即傳感器坐標平面；XS坐標由CMM給出，即CMM的運動方向。在視覺傳感器中所用的線光源可由半導體激光器光束經圓柱面鏡反射擴展而成，能量接受器彩面陣式CCD攝像機。 二、光學坐標測量系統的結構框架 基于線結構光視覺傳感器光學坐標測量系統的主要設備有：CMM和線結構光視覺傳感器集成測量系統；驅動CMM集成系統的伺服機構；PC機（下位機）以及工作站（上位機）等。測量時將視覺傳感器固定在CMM的橫梁滑塊上，在CMM精密伺服機的驅動下可以在CMM的X-Y坐標平面上運動，實現對被測物體的掃描。系統各部分之間的指令與各種信息的傳遞通過計算機網絡完成。其硬件結構框圖如圖2所示。 三、無縫鋼管直線度和截面在線檢測系統 1、 基本原理 無縫鋼管是一類重要的工業產品，在反映無縫鋼管質量的參數中，鋼管直線度及截面尺寸是主要的幾何參數。這兩個參數的在線檢測意義重大，是控制無縫鋼管制造質量的關鍵。現代工業技術已能實現無縫鋼管的大批量規模生產，但無縫鋼管直線度、截面尺寸的率檢測一直沒有得到很好的解決，原因可歸結為：無縫鋼管的制造環境惡劣，不允許采用接觸式的測量方法：無縫鋼管的空間尺寸大，大型無縫鋼管長度達十幾米，要求檢測系統具備很大的測量空間。基于線結構光視覺傳感器的光學坐標則量系統能夠 對無縫鋼管的直線度及截面尺寸進行較為拓線測量，其檢測原理圖如圖3所示。 由線結構光視覺傳感器組成檢測系統，傳感器的線結構光投射器的光平面和被測鋼管相交，得到鋼管截面的部分圓周，通過調整傳感器的視覺角度，從而得到整個圓周的表面數據，這些表面數據由圖像采集卡采集，再通過計算機系統進行擬合計算，得到該截面的尺寸和截面圓心的位置。在CMM的移動方向上傳感器順序測量無縫鋼管的多個截面，綜合多組數據得到無縫鋼管的直線度和截面尺寸。 2、控制系統模型的建立 該系統主要有四個功能模塊組成：集成測量系統建模、視覺傳感器測量視角規劃、測量數據的預處理、多視角測量數據的配準與拼接。其系統流程圖如圖4所示。 集成測量系統建模 集成測量系統建模主要包括兩個方面： ①視覺傳感器映射模型的建立； ②將視覺傳感器集成到CMM測量坐標系下，實現測量數據由視覺傳感器窨相對坐標系到CMM測量坐標系的轉換[1]。其中視覺傳感器的映射模型（攝像機的映射模型）建立如下： 其中：（ZW，YW，ZW）-全局坐標系； （XS，YS，ZS）-攝像機坐標系； R-兩坐標系之間的旋轉正交矩陣，由攝像機在空間的三個方位角ψ、φ、θ確定； T-攝像機光心在空間坐標系中的坐標。 若令圖像坐標平面為X-Y，像素坐標為（x,y）,圖像坐標系坐標原點的坐標為（x0,y0）,fx、fy是橫縱CCD陣列的放大比例函數，則可以得到圖像坐標與攝像機之間的關系式[4]： 第二部分統一坐標系模型如下： 其中：Cn-齊次形式的攝像機坐標； P-透視變換矩陣； Wn-表示對應的齊次坐標。 視覺傳感器視角規劃 視覺傳感器視角規劃問題的提出主要是因為線結構傳感器只能測量無縫鋼管某一個截面的部分表面，因此必須調整傳感器的角度，從不同角度對無縫鋼管的截面進行測量，以獲得覆蓋整個截面的數據[2]。這要求在滿足測量精度的前提下，以少的測量視角對物體進行掃描。 圖像的預處理 由于對無縫鋼管截面部分圓周掃描得到數據是由排列密集、雜亂的數據點所組成的整個測量數據之間沒有明顯的拓撲關系，無法直接在該系統現有的商品化CAD系統中建立模型，因此必須對測得的數據進行分割預處理，生成規范的網格數據，滿足CAD建模的要求。因為對鋼管截面的擬合得到的是一個封閉的輪廓可采用邊緣檢出法進行分割，其數學模型如下： 多視角測量數據的配準與拼接 就是通過坐標變換的方法將不同坐標系下的數據點集轉換到統一的坐標系下，在此基礎上將配準后的數據拼接成完整的數據[3]。 四、結束語 基于線結構光視覺傳感器的光學坐標測量系統用于無縫鋼管的生產中，能較為的測量出所需參數，從而提高產品的質量，滿足生產的需求。（end）
無縫鋼管標準 無縫鋼管是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。鋼管具有中空截面，大量用作輸送流體的管道，如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。鋼管與圓鋼等實心鋼材相比，在抗彎抗扭強度相同時，重量較輕，是一種經濟截面鋼材，廣泛用于制造結構件和機械零件，如石油鉆桿、汽車傳動軸、自行車架以及建筑施工中用的鋼腳手架等。用鋼管制造環形零件，可提高材料利用率，簡化制造工序，節約材料和加工工時，如滾動軸承套圈、千斤頂套等，目前已廣泛用鋼管來制造。鋼管還是各種常規武器不可缺少的材料，槍管、炮筒等都要鋼管來制造。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由于在周長相等的條件下，圓面積大，用圓形管可以輸送更多的流體。此外，圓環截面在承受內部或外部徑向壓力時，受力較均勻，因此，絕大多數鋼管是圓管。 但是，圓管也有一定的局限性，如在受平面彎曲的條件下，圓管就不如方、矩形管抗彎強度大，一些農機具骨架、鋼木家具等就常用方、矩形管。根據不同用途還需有其他截面形狀的異型鋼管。 1.結構用無縫鋼管(GB/T8162-1999)是用于一般結構和機械結構的無縫鋼管。 2.流體輸送用無縫鋼管(GB/T8163-1999)是用于輸送水、油、氣等流體的一般無縫鋼管。 3.低中壓鍋爐用無縫鋼管(GB3087-1999)是用于制造各種結構低中壓鍋爐過熱蒸汽管、沸水管及機車鍋爐用過熱蒸汽管、大煙管、小煙管和拱磚管用的優質碳素結構鋼熱軋和冷拔(軋)無縫鋼管。 4.高壓鍋爐用無縫鋼管(GB5310-1995)是用于制造高壓及其以上壓力的水管鍋爐受熱面用的優質碳素鋼、合金鋼和不銹耐熱鋼無縫鋼管。 5.化肥設備用高壓無縫鋼管(GB6479-2000)是適用于工作溫度為-40-400℃、工作壓力為10-30Ma的化工設備和管道的優質碳素結構鋼和合金鋼無縫鋼管。 6.石油裂化用無縫鋼管(GB9948-88)是適用于石油精煉廠的爐管、熱交換器和管道無縫鋼管。 7.地質鉆探用鋼管(YB235-70)是供地質部門進行巖心鉆探使用的鋼管，按用途可分為鉆桿、鉆鋌、巖心管、套管和沉淀管等。 8.金剛石巖芯鉆探用無縫鋼管(GB3423-82)是用于金剛石巖芯鉆探的鉆桿、巖心桿、套管的無縫鋼管。 9.石油鉆探管(YB528-65)是用于石油鉆探兩端內加厚或外加厚的無縫鋼管。鋼管分車絲和不車絲兩種，車絲管用接頭聯結，不車絲管用對焊的方法與工具接頭聯結。 10.船舶用碳鋼無縫鋼管(GB5213-85)是制造船舶I級耐壓管系、Ⅱ級耐壓管系、鍋爐及過熱器用的碳素鋼無縫鋼管。碳素鋼無縫鋼管管壁工作溫度不超過450℃，合金鋼無縫鋼管管壁工作溫度超過450℃。 11.汽車半軸套管用無縫鋼管(GB3088-82)是制造汽車半軸套管及驅動橋橋殼軸管用的優質碳素結構鋼和合金結構鋼熱軋無縫鋼管。 12.柴油機用高壓油管(GB3093-2002)是制造柴油機噴射系統高壓管用的冷拔無縫鋼管。 13.液壓和氣動缸筒用精密內徑無縫鋼管(GB8713-88)是制造液壓和氣動缸筒用的具有精密內徑尺寸的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。 14.冷拔或冷軋精密無縫鋼管(GB3639-2000)是用于機械結構、液壓設備的尺寸精度高和表面光潔度好的冷拔或冷軋精密無縫鋼管。 選用精密無縫鋼管制造機械結構或液壓設備等，可以大大節約機械加工工時，提高材料利用率，同時有利于提高產品質量。 15.結構用不銹鋼無縫鋼管(GB/T14975-2002)是廣泛用于化工、石油、輕紡、醫療、食品、機械等工業的耐腐蝕管道和結構件及零件的不銹鋼制成的熱軋(擠、擴)和冷拔(軋)無縫鋼管。 16.流體輸送用不銹鋼無縫鋼管(GB/T14976-2002)是用于輸送流體的不銹鋼制成的熱軋(擠、擴)和冷拔(軋)無縫鋼管。 17.異型無縫鋼管是除了圓管以外的其他截面形狀的無縫鋼管的總稱。按鋼管截面形狀尺寸的不同又可分為等壁厚異型無縫鋼管(代號為D)、不等壁厚異型無縫鋼管(代號為BD)、變直徑異型無縫鋼管(代號為BJ)。異型無縫鋼管廣泛用于各種結構件、工具和機械零部件。和圓管相比，異型管一般都有較大的慣性矩和截面模數，有較大的抗彎抗扭能力，可以大大減輕結構重量，節約鋼材。
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管件的1/2 3/4 1，1216 2025代表什么 1/2 、3/4、1是管材標準中的公稱直徑，分別俗稱：半寸或4分、6分、1寸管或管件的名稱，例如4分管、4分彎頭等，多用于水管。1216、2025是指關的內徑和外經，單位以毫米計。例12/16是內徑12毫米外經16毫米的管材。多用于塑料管。 1/2 、3/4 、1 為英制尺寸，每英寸=25.4毫米，在鋼管上常用。1216、2025是“內徑外徑”（內徑12MM，外徑16MM）的意思，在鋁塑管、鋼塑管上常用。 管件連接方式有幾種？ G1/4，G1/8是表示管螺紋，1/4和1/8英寸。 管接頭有管螺紋，錐螺紋，R螺紋等等；聯接方式有焊接式，擴口式，快插式，錐套式等等。
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