УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНЦОВ ТРУБ

Настоящая полезная модель относится к области неразрушающего контроля, а именно, к измерению геометрических параметров труб с помощью оптических триангуляционных датчиков.
Известно изобретение, которое содержит лазер и камеру, располагающиеся на определенном расстоянии относительно друг друга. Оптическая ось лазера и оптическая ось камеры противолежат под определенным углом. Блок камера - лазер предназначен для определения, в частности, геометрических размеров объекта измерения [1].
Недостатком такого решения является низкая помехозащищенность измерительной системы (вследствие вибраций трубы и конструкций, неизбежно возникающих при ее транспортировке), и ограниченная невозможность «заглянуть» внутрь трубы.
Известен способ измерения геометрии труб, заключающийся в измерении искривлений труб посредством измерения углов наклона оси трубы и диаметра ее на различных участках, отличающийся тем, в котором одновременно с измерением искривлений трубы измеряют диаметр трубы и смещение оси корпуса измерителя углов по отношению к стенкам трубы, по результатам измерений рассчитывают флуктуацию угла между осью корпуса и осью трубы, вычитают значения флуктуации угла из показаний измерителя углов и используют эту разницу для вычисления значения диаметра канальных труб.
Устройство для измерения геометрии труб, принятое нами за прототип, содержащее корпус, два центрирующих механизма, расположенных вдоль оси корпуса, измеритель углов и измеритель диаметра, привод и измерительный блок, снабжено вторым измерителем диаметра, установленным относительно первого под углом 45°, каждый из измерителей диаметра расположен в плоскости соответствующего центрирующего механизма, каждый из которых выполнен в виде сильфонной камеры крестообразной формы с плоскими экранами, расположенными с внутренней стороны камеры и установленными соответственно с наружной стороны рамками, а привод электрически связан с измерительным блоком. В устройстве измерители диаметра выполнены идентично в виде стержня квадратного сечения, размещенного в центре крестовины, на боковых сторонах которых находятся четыре пьезоизлучателя, обращенных соответственно к торцам сильфонных камер [2].
К недостатку известного устройства, производящему измерения на концах неподвижной трубы, измерительный модуль частично вводится внутрь трубы, где и приводится во вращение. При этом, измерительный блок не поворачивается относительно оси трубы, вследствие чего для второго конца трубы необходимо применить второе аналогичное устройство. Это приводит к существенному увеличению стоимости измерительного комплекса. Вторым недостатком прототипа является невозможность его использования при контроле геометрических параметров горячих труб из-за высокой вероятности повреждения элементов измерительной системы.
Известно устройство для измерения геометрических параметров концов труб, включающий измерительный модуль, основанный на триангуляционных датчиках, содержащий узел вращения триангуляционных датчиков внутри трубы, закрепленный на манипуляторе и блок, обеспечивающий регулировку датчиков, а также контроллер, программируемого промышленного робота [3].
К недостатку известного устройства относится невозможность быстрой настройки триангуляционных датчиков.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение эксплуатации и повышение производительности устройства при ультразвуковом контроле труб.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения геометрических параметров концов труб, содержащее промышленный робот, включающий программируемый контроллер, блок обработки данных, измерительный модуль, содержащий триангуляционные датчики и устройство их вращения, размещенное на промышленном роботе и связанный с блоком обработки данных, промышленный робот дополнительно включает в себя блок регулировки положения датчиков, связанный с измерительным модулем, измерительный модуль располагается на удалении от конца трубы, а триангуляционные датчики закреплены на измерительном модуле неподвижно относительно друг друга с возможностью независимой регулировки, причем угол α оси триангуляционных датчиков выбирается из условия -65°≤α≤65°, при этом расстояние между осью вращения триангуляционных датчиков и виртуальной осью трубы остается постоянным. Кроме того, измерительный модуль дополнительно содержит устройство для разворота с триангуляционными датчиками на угол 180° относительно оси трубы для осуществления измерений параметров второго конца трубы, транспортируемой в ее продольном направлении.
Принятые обозначения функциональных блоков устройства
- вычислительный комплекс с программным обеспечением и система управления процессом измерения - СУПИ,
- триангуляционные датчики - ТД,
- измерительный модуль - ИМ,
- устройство, обеспечивающее вращение триангуляционных датчиков вокруг конца трубы - УВД,
- блок, обеспечивающий регулировку положения датчиков - БРПД,
- устройство для разворота измерительного модуля - УРИМ,
- робот, манипулятор,
- угол α оптической оси триангуляционных датчиков относительно номинального положения оси трубы, выбираемый из условия -65°≤α≤65°
- угол β между осью лазерного луча и оптической осью камеры.
- К (условное обозначение) - расстояние триангуляционных датчиков и узла вращения триангуляционных датчиков от конца трубы в процессе измерения.
- М (условное обозначение) - расстояние M между осью вращения триангуляционных датчиков и виртуальной осью трубы для данного диаметра и толщины.
Описание рисунков.
Вариант №2
Фиг. 1 Вид спереди на устройство с функциональными блоками.
Фиг. 2. Вид А сверху на устройство при измерении геометрических размеров первого конца трубы.
Фиг. 3. Вид А сверху на устройство при измерении геометрических размеров второго конца трубы.
Вариант №1
Фиг. 4. Вид спереди на устройство с функциональными блоками при выполнении операций с помощью робота.
Фиг. 5. Вид сверху на устройство с функциональными блоками при выполнении операций с помощью робота первого конца трубы.
Фиг. 6. Вид сверху на устройство с функциональными блоками при выполнении операций с помощью робота второго конца трубы.
Фиг. 7. Разрез Б-Б по оси трубы, вид С на лазерные лучи, зону измерений, углы α между триангуляционными датчиками и между триангуляционными датчиками и стенкой трубы. Аксонометрия модели устройства.
Фиг. 8. Вид С на оптический триангуляционный датчик и камеру. Показаны положение триангуляционного датчика относительно трубы и угол β между осью лазерного луча и оптической осью камеры. Аксонометрия модели устройства. Аксонометрия модели устройства.
Фиг. 9. Вид на измерительный модуль (ИМ), размещенный на роботе. Положение относительно трубы. Аксонометрия модели устройства.
Фиг. 10. Вид с торца на измерительный модуль (ИМ), размещенный на роботе. Аксонометрия модели устройства.
Фиг. 11. Вид сверху трубу и на измерительный модуль (ИМ), размещенный на роботе. Аксонометрия модели устройства.
Фиг. 12. Вид спереди на измерительный модуль (ИМ), размещенный на роботе. Аксонометрия модели устройства.
Фиг. 13. Вид вдоль оси трубы на измерительный модуль (ИМ), размещенный на роботе. Аксонометрия модели устройства.
Описание конструкции устройства Вариант №1 (фиг. 4 - фиг. 13)
По варианту №1 в предлагаемом устройстве 1 для измерения геометрических параметров концов труб 2, содержащем промышленный робот 9, включающий программируемый контроллер условно не показан), блок обработки данных 3 (СУПИ), измерительный модуль 4 (ИМ), содержащий, как минимум два триангуляционных датчика 5 (ТД) и устройство их вращения 6 (УВД), размещенное на промышленном роботе 9 и связанный с блоком (СУПИ) обработки данных, промышленный робот 9 дополнительно включает в себя блок 7 (БРПД) регулировки положения датчиков 5, связанный с измерительным модулем 4. Измерительный модуль 4 располагается на удалении K от конца трубы 2, а триангуляционные датчики 5 закреплены на измерительном модуле 4 неподвижно относительно друг друга с возможностью независимой регулировки, причем угол α оси триангуляционных датчиков 5 относительно номинального положения оси трубы 2 выбирается из условия -65°≤α≤65°, при этом расстояние M между осью вращения триангуляционных датчиков 5 и виртуальной осью трубы 2 остается постоянным.
Измерительный модуль 4 (ИМ) содержит устройство 8 (УРИМ) для разворота измерительного модуля 5 с триангуляционными датчиками 6 (ТД) на угол примерно 180 градусов относительно оси трубы 2 для осуществления измерений параметров второго конца трубы 2, транспортируемой в ее продольном направлении.
Вариант №2 (фиг. 1 - фиг. 3)
Отличие варианта №2 от варианта №1 состоит лишь в том, что перемещение отдельных элементов и блоков устройства 1 по горизонтали и вертикали осуществляется соответственно при помощи механизма 10 горизонтального перемещения и механизма 11 вертикального перемещения, установленных на общей раме 12.
Работа устройства
Труба 2 устанавливается на рольганг (см. фиг. 1). К переднему концу трубы 2 поводится с помощью робота 9 измерительный модуль 4 с триангуляционными датчиками 5 и устанавливается на удалении К от конца трубы. С помощью блока 7 регулируют положение триангуляционных датчиков 5 таким образом, чтобы расстояние M между осью вращения триангуляционных датчиков 5 и виртуальной осью трубы 2 для заданного диаметра и толщины стенки оставалось в максимальной степени постоянным. При этом угол α оптической оси триангуляционных датчиков 5 относительно номинального положения оси трубы 2 выбирается из условия -65°≤α≤65°. После настройки и регулировки измерительного модуля 4 включается устройство 6 вращения триангуляционных датчиков 5 и производятся измерения геометрических параметров переднего конца трубы 2. Измерение геометрических параметров заднего конца трубы 2 осуществляется аналогично. Для этого при помощи устройства 8 манипулятор-робот 9 разворачивается на 180°, труба 2 перемещается вперед и останавливается на том же удалении K от датчиков 5. Затем производятся выше описанные действия.
Технический результат
Предлагаемая полезная модель позволяет осуществлять эффективный контроль геометрических параметров концов труб, (в том числе труб, с температурой до 1200 градусов Цельсия) за счет упрощения визуальной настройки датчиков. Указанное упрощение настройки датчиков достигается за счет того, что триангуляционные датчики находятся в процессе измерений на удалении от конца трубы и расположены под углом α относительно номинального положения оси трубы, причем данный угол выбран из условия-65°<α<65°.