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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）
壓力管道設計及施工，首先考慮壓力管道及其元件標準系列的選用。世界各國應用的標 準體系雖然多，大體可分成兩大類。壓力管道標準見表3。法蘭標準見表4。 表3 壓力管道標準 分 類 大外徑系列 小外徑系列 規格 DN-公稱直徑 Ф－外徑 DN15-ф22mm，DN20-ф27mm DN25-ф34mm，DN32-ф42mm DN40-ф48mm，DN50-ф60mm DN65-ф76（73）mm，DN80-ф89mm DN100-ф114mm，DN125-ф140mm DN150-ф168mm，DN200-ф219mm DN250-ф273mm，DN300-ф324mm DN350-ф360mm，DN400-ф406mm DN450-ф457mm，DN500-ф508mm DN600-ф610mm， DN15-ф18mm，DN20-ф25mm DN25-ф32mm，DN32-ф38mm DN40-ф45mm，DN50-ф57mm DN65-ф73mm，DN80-ф89mm DN100-ф108mm，DN125-ф133mm DN150-ф159mm，DN200-ф219mm DN250-ф273mm，DN300-ф325mm DN350-ф377mm，DN400-ф426mm DN450-ф480mm，DN500-ф530mm DN600-ф630mm
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鋼管概述 定義：鋼管是指兩端開口并具有中空斷面，其長度與周邊之比較大的鋼材，按生產方法可分為無縫鋼管和焊接鋼管，鋼管的規格用外形尺寸(如外徑或邊長)及壁厚表示，其尺寸范圍很廣，從直徑很小的毛細管直到直徑達數米的大口徑管。鋼管可用于管道、熱工設備、機械工業、石油地質勘探、容器、化學工業和特殊用途。 分類：鋼管分無縫鋼管和焊接鋼管(有縫管)兩大類。按斷面形狀又可分為圓管和異形管，廣泛應用的是圓形鋼管，但也有一些方形、矩形、半圓形、六角形、等邊三角形、八角形等異形鋼管。對于承受流體壓力的鋼管都要進行液壓試驗來檢驗其耐壓能力和質量，在規定的壓力下不發生泄漏、浸濕或膨脹為合格，有些鋼管還要根據標準或需方要求進行卷邊試驗、擴口試驗、壓扁試驗等。 1、按生產方法分類 (1)無縫鋼管--熱軋管、冷拔管、擠壓管、頂管、冷軋管 (2)焊管 (a)按工藝分--電弧焊管、電阻焊管(高頻、低頻)、氣焊管、爐焊管 (b)按焊縫分--直縫焊管、螺旋焊管 2、按斷面形狀分類 (1)簡單斷面鋼管--圓形鋼管、方形鋼管、橢圓形鋼管、三角形鋼管、六角形鋼管、菱形鋼管、八角形鋼管、半圓形鋼圓、其他 (2)復雜斷面鋼管--不等邊六角形鋼管、五瓣梅花形鋼管、雙凸形鋼管、雙凹形鋼管、瓜子形鋼管、圓錐形鋼管、波紋形鋼管、表殼鋼管、其他 3、按壁厚分類--薄壁鋼管、厚壁鋼管 4、按用途分類--管道用鋼管、熱工設備用鋼管、機械工業用鋼管、石油、地質鉆探用鋼管、容器鋼管、化學工業用鋼管、特殊用途鋼管、其他 4.化學成分檢驗 (1)GB3087-82《低中壓鍋爐用無縫鋼管》規定。化學成分試驗方法按GB222-84及GB223《鋼鐵及合金化學分析方法》中的有關部分。 (2)GB5310-95《高壓鍋爐用無縫鋼管》規定。化學成分試驗方法按GB222-84及《鋼鐵及合金化學分析方法》、GB223《鋼鐵及合金化學分析方法》中的有關部分。 (3)進口鍋爐鋼管的化學成分檢驗按合同規定的有關標準進行 目前，全世界生產鋼管的共計有110多個的1850多個公司下的5100多個生產廠，其中生產石油管的有44個的170多個公司下的260多個廠。2000年，無縫鋼管全國表觀消費量為418.0萬噸，其中國內供應量的382.1萬噸，占國內總需求的91.4%。進口為35.9萬噸，占國內總需求的8.59%。同年石油管消費量大約為91萬噸。進口約25.2萬噸。進口管占國內總消費量的大約70%，其中進口管占國內總消費量的27.69%，石油管進口量約占無縫鋼管總進口量的大約70%。從日本進口的石油管占總進口量一半以上。中國大的石油套管生產基地——天津鋼管公司2000年的鋼管產品出來為52.20萬噸，其中石油套管產量為36.41萬噸。套管占全國石油產量的一半以上。在產量和銷售量上都占中國套管市場的位。 從國際和國內兩個市場來看，無縫鋼管(包括石油專用管)的現有生產能力均已大于需求。所以，今后的重點應放在充分發揮現有機組的能力，開發出高強度等級、高抗擊毀、高抗腐蝕的石油管、高壓鍋爐管和氣瓶管等產品。也是針對當前我國鋼鐵市場進行優化產品結構的內容。這也是增加在國內外產品競爭力、擴大市場份額的關鍵所在。就是說，提高國內鋼管企業的市場競爭力是加和WTO以后國內企業長期的任務和成功發展的關鍵。
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