成品钢管端部综合检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及机电一体化领域，尤其是涉及成品钢管端部综合检测装置。


背景技术：

2.由于油气钢管端部的管型参数（椭圆度）好坏，直接影响钢管在施工现场的对接效率，近年来，国内各大管线工程客户对油气钢管制造商的下线成品钢管端部参数要求严格，椭圆度甚至不得超过外径0.5%。今年已有客户明确提出要用自动化检测装置，测量钢管端部椭圆度、长短轴长度及位置，测量的直径条数需在百条以上。
3.而目前大部分管厂成品交库岗依然采用传统人工内径尺测量内径，再用卡尺测壁厚换算外径，端部测量一般按“米”字测量法，测量4条内外径。故钢管端部检测依靠传统人工测量方式，其测量精度、测量方法已经不能满足客户的要求，按新标准其测量操作的速度也满足不了生产节奏的要求，同时传统的人工测量，测量误差较大。为此我们提出成品钢管端部综合检测装置用于解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了成品钢管端部综合检测装置，解决传统人工测量方式的测量精度不能满足生产的要求，测量操作的速度较慢，测量数据较少，测量误差较大的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：成品钢管端部综合检测装置，包括第一滑台，第一滑台上设有横向滑动的第二滑台，第二滑台上设有竖向滑动的第三滑台，第三滑台上设有纵向滑动的第三滑块，第三滑块上设有转动的安装杆，安装杆上设有多个传感器；
6.多个传感器用于检测钢管。
7.优选的方案中，第一滑台一端安装有第一电机，第一滑台包括滑体，第一电机的输出端设有丝杆，滑体上设有凹槽，第一滑块包括外壳，外壳上设有螺纹座，螺纹座两端抵靠在凹槽上，螺纹座与丝杆螺纹连接。
8.优选的方案中，第二滑台一端安装有第二电机，第三滑台一端安装有第三电机，第二滑台、第三滑台与第一滑台结构相同，第二滑块、第三滑块与第一滑块结构相同。
9.优选的方案中，第二滑块上设有l板，第三滑台安装在l板上，第三滑块一侧设有旋转电机，旋转电机一侧设有减速机，减速机安装在第三滑块上，第三滑块上设有信号滑环，减速机的输出轴贯穿信号滑环与安装杆连接。
10.优选的方案中，安装杆上的多个传感器包括第一外径传感器、第一内径传感器、第二内径传感器和第二外径传感器，第一内径传感器和第二内径传感器关于安装杆中心对称，第一外径传感器和第二外径传感器位于安装杆两端，第一外径传感器和第二外径传感器在安装杆上滑动。
11.优选的方案中，安装杆上设有刻度尺，安装杆两端设有夹具，夹具抵靠在安装杆上，夹具上设有螺纹孔，夹具通过螺栓和螺纹孔固定在安装杆上，安装杆两端的夹具分别设
有第一外径传感器和第二外径传感器。
12.优选的方案中，钢管安装在多个托辊上，多个托辊的轴线与第一滑台的轴线平行。
13.优选的方案中，第二滑台上设有光电开关。
14.本实用新型的有益效果为：第二滑台、第三滑台与第一滑台结构相同，第二滑块、第三滑块与第一滑块结构相同。以使安装杆能够在横向、纵向和竖向三个方向上移动，以使安装杆能够相对于钢管进行定位移动。安装杆上设有的第一内径传感器和第二内径传感器，能够测量其相对于钢管的位置，安装杆能够沿第一内径传感器和第二内径传感器的中心处旋转，以使安装杆旋转多次，以通过调节第一滑块、第二滑块和第三滑块，以使第一内径传感器和第二内径传感器通过距离钢管相同，从而确定减速机的输出轴位与钢管轴线重合，以使第一内径传感器和第二内径传感器能够测量多次钢管内径数据，第一外径传感器和第二外径传感器能够测量多次钢管外径数据。
15.替代人工采用内径尺和卡尺测量钢管端部椭圆度及长短轴的数据，同时提高自动化水平和测量直径条数以满足客户对钢管端部参数的新标准，提高测量速度以满足新标准下车间生产的流水线节奏，并且可以计算出钢管经过扩径机后的实际平均扩径率来指导前序扩径工序的工艺调整。整体结构自动化程度高，能够对同批次的钢管进行流水线测量，能够满足生产。能够在短时间内测量多组数据，从而减少测量误差，具有较大的推广价值。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明；
17.图1是本实用新型整体结构的轴侧示意视图；
18.图2是本实用新型局部结构安装杆水平时的轴侧视图；
19.图3是本实用新型局部结构安装杆竖直时的轴侧视图；
20.图4是本实用新型局部结构的轴侧视图；
21.图5是本实用新型局部结构的轴侧视图；
22.图6是本实用新型局部结构的轴侧视图；
23.图7是本实用新型安装杆竖直时传感器测量的示意图；
24.图8是本实用新型安装杆水平时传感器测量的示意图；
25.图9是本实用新型传感器测量示意图；
26.图中：第一电机1；第一滑台2；滑体201；丝杆202；凹槽203；第一滑块3；外壳301；螺纹座302；第二电机4；第二滑台5；第二滑块6；第三电机7；第三滑台8；第三滑块9；旋转电机10；减速机11；信号滑环12；安装杆13；刻度尺1301；第一外径传感器14；第一内径传感器15；第二内径传感器16；第二外径传感器17；光电开关18；l板19；夹具20；螺纹孔2001；钢管21；托辊22。
具体实施方式
27.实施例1：
28.如图1-9中，成品钢管端部综合检测装置，包括第一滑台2，第一滑台2上设有横向滑动的第二滑台5，第二滑台5上设有竖向滑动的第三滑台8，第三滑台8上设有纵向滑动的第三滑块9，第三滑块9上设有转动的安装杆13，安装杆13上设有多个传感器；
29.多个传感器用于检测钢管21。由此结构，通过第一滑台2、第一滑块3和第一电机1的结构组合，能够使安装杆13沿横向移动，第二滑台5、第三滑台8与第一滑台2结构相同，第二滑块6、第三滑块9与第一滑块3结构相同。以使安装杆13能够在横向、纵向和竖向三个方向上移动，以使安装杆13能够相对于钢管21进行定位移动。安装杆13上设有的第一内径传感器15和第二内径传感器16，能够测量其相对于钢管21的位置，安装杆13能够沿第一内径传感器15和第二内径传感器16的中心处旋转，以使安装杆13旋转多次，以通过调节第一滑块3、第二滑块6和第三滑块9，以使第一内径传感器15和第二内径传感器16通过距离钢管21相同，从而确定减速机11的输出轴位与钢管21轴线重合，以使第一内径传感器15和第二内径传感器16能够测量多次钢管21内径数据，第一外径传感器14和第二外径传感器17能够测量多次钢管21外径数据。
30.替代人工采用内径尺和卡尺测量钢管端部椭圆度及长短轴的数据，同时提高自动化水平和测量直径条数以满足客户对钢管端部参数的新标准，提高测量速度以满足新标准下车间生产的流水线节奏，并且可以计算出钢管经过扩径机后的实际平均扩径率来指导前序扩径工序的工艺调整。整体结构自动化程度高，能够对同批次的钢管进行流水线测量，能够满足生产。能够在短时间内测量多组数据，从而减少测量误差。
31.优选的方案中，第一滑台2一端安装有第一电机1，第一滑台2包括滑体201，第一电机1的输出端设有丝杆202，滑体201上设有凹槽203，第一滑块3包括外壳301，外壳301上设有螺纹座302，螺纹座302两端抵靠在凹槽203上，螺纹座302与丝杆202螺纹连接。由此结构，驱动第一电机1，以使丝杆202转动，以使第一滑块3在，第一滑台2上滑动，以调节第二滑台5相对于钢管21的横向位移。
32.优选的方案中，第二滑台5一端安装有第二电机4，第三滑台8一端安装有第三电机7，第二滑台5、第三滑台8与第一滑台2结构相同，第二滑块6、第三滑块9与第一滑块3结构相同。由此结构，第二滑台5、第三滑台8与第一滑台2结构相同，第二滑块6、第三滑块9与第一滑块3结构相同。以使安装杆13能够在横向、纵向和竖向三个方向上移动，以使安装杆13能够相对于钢管21进行定位移动。
33.优选的方案中，第二滑块6上设有l板19，第三滑台8安装在l板19上，第三滑块9一侧设有旋转电机10，旋转电机10一侧设有减速机11，减速机11安装在第三滑块9上，第三滑块9上设有信号滑环12，减速机11的输出轴贯穿信号滑环12与安装杆13连接。由此结构，信号滑环12用于测量减速机11的旋转角度，减速机11的输出轴与安装杆13连接，同时信号滑环12测量的也为安装杆13的旋转角度。传感器通过信号电缆接入信号滑环12输入端，plc 脉冲信号模块通过信号电缆接入各电机的方向及速度脉冲接线端子，信号滑环12输出端过信号电缆接入plc模拟量模块，plc和 cpu 通过网线连接工控机，工控机通过视频线连接显示器。
34.优选的方案中，安装杆13上的多个传感器包括第一外径传感器14、第一内径传感器15、第二内径传感器16和第二外径传感器17，第一内径传感器15和第二内径传感器16关于安装杆13中心对称，第一外径传感器14和第二外径传感器17位于安装杆13两端，第一外径传感器14和第二外径传感器17在安装杆13上滑动。由此结构，安装杆13上设有的第一内径传感器15和第二内径传感器16，能够测量其相对于钢管21的位置，安装杆13能够沿第一内径传感器15和第二内径传感器16的中心处旋转，以使安装杆13旋转多次，以通过调节第
一滑块3、第二滑块6和第三滑块9，以使第一内径传感器15和第二内径传感器16通过距离钢管21相同，从而确定减速机11的输出轴位与钢管21轴线重合，以使第一内径传感器15和第二内径传感器16能够测量多次钢管21内径数据，第一外径传感器14和第二外径传感器17能够测量多次钢管21外径数据。
35.优选的方案中，安装杆13上设有刻度尺1301，安装杆13两端设有夹具20，夹具20抵靠在安装杆13上，夹具20上设有螺纹孔2001，夹具20通过螺栓和螺纹孔2001固定在安装杆13上，安装杆13两端的夹具20分别设有第一外径传感器14和第二外径传感器17。由此结构，夹具20通过螺栓和螺纹孔2001固定在安装杆13上，当第一外径传感器14和第二外径传感器17需要移动调节时，松开夹具20上的螺栓，以使第一外径传感器14和第二外径传感器17相对安装杆13移动，刻度尺1301便于第一外径传感器14和第二外径传感器17的定位。第一外径传感器14和第二外径传感器17可在安装杆13上根据每批钢管管径不同进行人工移动后锁紧固定。
36.优选的方案中，钢管21安装在多个托辊22上，多个托辊22的轴线与第一滑台2的轴线平行。
37.优选的方案中，第二滑台5上设有光电开关18。由此结构，驱动第一电机1，以使第一滑块3滑动，当光电开关18感应到管端时，停止第一电机1运转。
38.实施例2：
39.结合实施例1进一步说明，如图7~9，成品钢管端部综合检测装置的测量方法，其特征是：测量准备：驱动第一电机1、第二电机4、第三电机7，以使第一滑块3、第二滑块6位于靠近电机极限位置，以使第三滑块9位于中心位置，此时，装置位置为初始0位，钢管21进入托辊22，根据钢管21管径锁紧固定第一外径传感器14和第二外径传感器17；
40.安装杆13竖向和横向粗定位：驱动第一电机1，以使第一滑块3滑动，当光电开关18感应到钢管21时，停止第一滑块3滑动；
41.驱动旋转电机10，以使安装杆13水平，驱动第二电机4，以使第二滑块6运动到钢管21中心轴线y0附近；
42.安装杆13竖向精准定位：驱动旋转电机10，以使安装杆13竖直，第一内径传感器15测距值为y1，第二内径传感器16测距值为y3，y2为第一内径传感器15与第二内径传感器16的标定值；
43.当y1-y3》0时，驱动第二电机4，以使第二滑块6向上运动；
44.当y1-y3《0时，驱动第二电机4反转，以使第二滑块6向上运动，直至|y1-y3|
±
0.01mm，如图7所示；
45.安装杆13横向精准定位：驱动旋转电机10，以使安装杆13水平，第一内径传感器15测距值为x1，第二内径传感器16测距值为x3，x2为第一内径传感器15与第二内径传感器16的标定值；
46.当x1
‑ꢀ
x3》0时，驱动第二电机4，以使第二滑块6向靠近第一内径传感器15一侧运动；
47.当x1
‑ꢀ
x3《0时，驱动第二电机4反转，以使第二滑块6向靠近第二内径传感器16一侧运动，直至|x1-x3|
±
0.01mm，如图8所示；
48.采集钢管21端部数据：旋转电机10转1圈是n个脉冲，转180度是n/2个脉冲，每隔
360/n采集1条内外径；
49.根据测量数据值，计算钢管21椭圆度与扩径率；
50.z1n为第一外径传感器14测得的数值，x1n为第一内径传感器15测得的数值，x3n为第二内径传感器16测得的数值，z2n为第二外径传感器17测得的数值。
51.当旋转电机10的1圈是3600个脉冲，转180度是1800个脉冲，采集过程中，每隔180/1800=0.1度采集1条内外径。即可采集钢管端部均匀分布的1800对内外径关联数据。采集钢管1800对内径关联数据（x10,x30）(x11,x31) (x12,x32)
……
(x1
1799
,x3
1799
)和1800对外径数据（z10, z20）(z11, z21) (z12, z22)
……
(z1
1799
, z2
1799
)存入数组，z1n为第一外径传感器14测得的数值，x1n为第一内径传感器15测得的数值，x3n为第二内径传感器16测得的数值，z2n为第二外径传感器17测得的数值，如图9所示。
52.可得1800条内径值：r内0= x10+x30+x2, r内1= x11+x31+x2,
……
53.r
内1799
= x1
1799
+x3
1799
+x2。x2为第一内径传感器15和第二内径传感器16安装时，二者间距标定值。
54.可得1800条外径值：r
外0
= z-z10+z20, r
外1
= z-z11+z21,
……
55.r
外1799
= z-z1
1799
+z2
1799
。z为第一外径传感器14和第二外径传感器17锁紧时，安装杆上刻度对应的两传感器之间的距离。
56.通过冒泡法，找出最大外径r外max，最小外径r外min。r
外max
及r
外min
对应的角度计算。
57.选用的步进电机转1圈是3600个脉冲，转180度是1800个脉冲，采集过程中，每隔180/1800=0.1度采集1条内外径。最大外径r
外max
对应的角度是：max
×
0.1度，最小外径r
外min
的对应角度min
×
0.1度.
58.椭圆度的计算：计算出最大外径r
外max
和最小外径r
外min
后，根据椭圆度计算公式:椭圆度=(最大外径-最小外径)/标称外径*100%，即可计算出椭圆度。
59.实际平均扩径率的计算：钢管扩径率=(扩径前标准壁厚-扩径后壁厚)/ 扩径前标准壁厚*100%。
60.通过1800对内径关联数据（x10,x30）(x11,x31) (x12,x32)
……
(x1
1799
,x3
1799
)和1800对外径数据（z10, z20）(z11, z21) (z12, z22)
……
(z1
1799
, z2
1799
)存入数组。
61.每批钢管调型时，安装杆13上的第一外径传感器14和第二外径传感器17匹配管径锁紧固定后，h1数值已知，设安装杆13旋转过程中，z1,h2,h3,z2分别为传第一外径传感器14、第一内径传感器15、第二内径传感器16和第二外径传感器17的测距数据，dm为上端钢管壁厚，dn为下端钢管壁厚。结合5.7的关联数据可得出： dm0=h1
‑ꢀ
z10‑ꢀ
x1
0-0.5y2, dm1=h1
‑ꢀ
z11‑ꢀ
x1
1-0.5y2
62.……
dm
1799
=h1
‑ꢀ
z1
1799
‑ꢀ
x1
1799-0.5y2 ;
63.dn0=h1
‑ꢀ
z20‑ꢀ
x3
0-0.5y2 , dn1=h1
‑ꢀ
z21‑ꢀ
x3
1-0.5y2
64.……
dn
1799
=h1
‑ꢀ
z2
1799
‑ꢀ
x3
1799-0.5y2 。
65.平均壁厚h=（dm0+ dm1+
ꢀ……
+dm
1799
+dn0+dn1+
……
+ dn
1799
）/3600，实际平均扩径率=(扩径前标准壁厚-h)/ 扩径前标准壁厚 *100%。此数据可作为评估前序扩径机的设备扩径效果的判别数据,以便指导前序扩径工序的工艺调整。
66.上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限
制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.成品钢管端部综合检测装置，其特征是：包括第一滑台（2），第一滑台（2）上设有横向滑动的第二滑台（5），第二滑台（5）上设有竖向滑动的第三滑台（8），第三滑台（8）上设有纵向滑动的第三滑块（9），第三滑块（9）上设有转动的安装杆（13），安装杆（13）上设有多个传感器；多个传感器用于检测钢管（21）。2.根据权利要求1所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：第一滑台（2）一端安装有第一电机（1），第一滑台（2）包括滑体（201），第一电机（1）的输出端设有丝杆（202），滑体（201）上设有凹槽（203），第一滑块（3）包括外壳（301），外壳（301）上设有螺纹座（302），螺纹座（302）两端抵靠在凹槽（203）上，螺纹座（302）与丝杆（202）螺纹连接。3.根据权利要求1所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：第二滑台（5）一端安装有第二电机（4），第三滑台（8）一端安装有第三电机（7），第二滑台（5）、第三滑台（8）与第一滑台（2）结构相同，第二滑块（6）、第三滑块（9）与第一滑块（3）结构相同。4.根据权利要求1所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：第二滑块（6）上设有l板（19），第三滑台（8）安装在l板（19）上，第三滑块（9）一侧设有旋转电机（10），旋转电机（10）一侧设有减速机（11），减速机（11）安装在第三滑块（9）上，第三滑块（9）上设有信号滑环（12），减速机（11）的输出轴贯穿信号滑环（12）与安装杆（13）连接。5.根据权利要求1所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：安装杆（13）上的多个传感器包括第一外径传感器（14）、第一内径传感器（15）、第二内径传感器（16）和第二外径传感器（17），第一内径传感器（15）和第二内径传感器（16）关于安装杆（13）中心对称，第一外径传感器（14）和第二外径传感器（17）位于安装杆（13）两端，第一外径传感器（14）和第二外径传感器（17）在安装杆（13）上滑动。6.根据权利要求5所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：安装杆（13）上设有刻度尺（1301），安装杆（13）两端设有夹具（20），夹具（20）抵靠在安装杆（13）上，夹具（20）上设有螺纹孔（2001），夹具（20）通过螺栓和螺纹孔（2001）固定在安装杆（13）上，安装杆（13）两端的夹具（20）分别设有第一外径传感器（14）和第二外径传感器（17）。7.根据权利要求1所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：钢管（21）安装在多个托辊（22）上，多个托辊（22）的轴线与第一滑台（2）的轴线平行。8.根据权利要求1所述成品钢管端部综合检测装置，其特征是：第二滑台（5）上设有光电开关（18）。

技术总结
本实用新型提供成品钢管端部综合检测装置，包括第一滑台，第一滑台上设有横向滑动的第二滑台，第二滑台上设有竖向滑动的第三滑台，第三滑台上设有纵向滑动的第三滑块，第三滑块上设有转动的安装杆，安装杆上设有多个传感器；多个传感器用于检测钢管。替代人工采用内径尺和卡尺测量钢管端部椭圆度及长短轴的数据，同时提高自动化水平和测量直径条数以满足生产标准，提高测量速度以满足车间的流水线节奏，并且可以计算出钢管经过扩径机后的实际平均扩径率来指导前序扩径工序的工艺调整。平均扩径率来指导前序扩径工序的工艺调整。平均扩径率来指导前序扩径工序的工艺调整。


技术研发人员：陈亮 索琪 罗红福 闵建东 郭京华 代雷 蒲麟 张新芳
受保护的技术使用者：中石化石油机械股份有限公司沙市钢管分公司
技术研发日：2022.12.05
技术公布日：2023/7/14