摘要：本文主要介绍了可测量钢管管端的缺陷及管端壁厚的测量设备的研发与应用，并详细介绍了测量原理、结构等多方面的信息。
关键词：钢管；壁厚；缺陷检测；
引言
钢管不仅用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器，它还是一种经济钢材。钢管的生产占轧钢比重的跟大一部分，钢管按生产方法可分为两大类：无缝钢管和有缝钢管,有缝钢管简称为直缝钢管。
⑴ 无缝钢管按生产方法可分为：热轧无缝管、冷拔管、精密钢管、热扩管、冷旋压管和挤压管等。
无缝钢管用优质碳素钢或合金钢制成，有热轧、冷轧（拔）之分。
⑵ 焊接钢管因其焊接工艺不同而分为炉焊管、电焊（电阻焊）管和自动电弧焊管，因其焊接形式的不同分为直缝焊管和螺旋焊管两种，因其端部形状又分为圆形焊管和异型（方、扁等）焊管。
焊接钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成，在制造方法上，又分为低压流体输送用焊接钢管、螺旋缝电焊钢管、直接卷焊钢管、电焊管等。无缝钢管可用于各种行业的液体气压管道和气体管道等。焊接管道可用于输水管道、煤气管道、暖气管道、电器管道等。
钢管在生产时，钢管管端容易出现缺陷，钢管通过定径机定径后，部分钢管的端部会出现管壁起皱和向内塌陷的情况（如图所示）。这就导致管端壁厚测量装置的激光测头无法伸入钢管内。因此钢管需要检测管端是否存在起皱和塌陷，并发送信号，以便保证钢管的质量。
1、管端缺陷检测
管端缺陷检测采用工业相机拍摄和图像处理技术来实现对管端缺陷的检测，并根据检测结果向切割锯和输送设备发出“切割”或“放行”信号。图像处理的方式是在统计模型下识别钢管内孔中是否存在塌陷管壁的截面以及塌陷量的大小，进而判断出管端是否需要锯切。
1.1、设备布局
钢管端部检测系统共需要端部缺陷检测设备2套、端部壁厚检测设备2套，每套设备占用一个工位可以同时进行检测。这4套设备的整体布局如图1所示。
在端部缺陷检测设备之后还有两个自动切割的切割机（图中未显示），当检测设备检测到钢管有褶皱、内陷、翻边等缺陷时，检测系统将发送切割信号对缺陷段进行切割。
1.2、检测过程
检测时首先将钢管输送到检测位置，钢管头部用挡板限位。挡板上有与钢管内孔相同的孔，或挡板在钢管到位后可以降下，以免遮挡工业相机的视野。钢管的端面进入相机视野后系统开始检测，如果检测结果合格系统将对输送机构发送一个“放行”信号，如果检测结果不合格系统将对切割锯发送一个“切割”信号。本系统对于切割长度不做限制，由操作人员根据经验预设好切割的长度。钢管检测并切割完成后进入下一个工位检测钢管另一端，检测方法相同。
1.3、设备组成
整套设备由以下几部分组成：工业相机1台、控制柜1套（含控制电路及通讯设备）、工控机1台、显示器1台等。另有配套的钢管输送、定位设备、切割锯等。
1.4、主要功能
1）显示内容
显示实拍图像及内部合格空间的标准及实测尺寸。
2）产品参数设置
可设置产品规格、标准直径、允许塌陷量。
3）数据输出
可输出开关量信号，控制“放行”或“切割”。
4）中心高度调整
相机安装在可调整高度的支架上，可根据钢管规格手动调整相机的中心高度。
2、管端壁厚检测
钢管在轧制完成后管的两端会存在壁厚不均匀等缺陷，因此每根钢管都要将两端切除一部分。由于每根管存在缺陷的管端长度不等，所以在切除时难以确定具体的切除长度。管端壁厚检测设备通过连续检测壁厚来确定存在缺陷的管端长度，并在缺陷与合格部位分界线上通过打标机做出标记，为切管工序提供尺寸依据。
2.1、检测的具体要求
① 连续检测，边检测边进给。每根钢管用时不超过30秒；
② 检测钢管的长度范围不小于500mm；
③ 检测到合格位置后检测停止，并在钢管外表面做出明显的标记；
④ 切割后的钢管质量在钢管国标公差范围内，精度达0.02mm；
⑤ 对于存在局部高点部位单独标记；
⑥ 对超出设定范围的钢管报警提示，由现场人员决定是否放行。
2.2、测量原理
激光测厚仪由上、下两个对射的激光测头组成，其基本测量原理如图3“测量原理图”所示。图中激光测头1和激光测头2以固定间距A相对布置，工作时激光测头1发射一束激光照射被测物的下表面，下表面光斑的漫反射光再返回到激光测头1内的C-MOS芯片上，通过对C-MOS芯片上光斑的位置分析和计算，可以得到激光测头1到被测物下表面的实际距离B1；同理可以得到激光测头2到被测物上表面的距离B2。用两个测头之间的间距A减去两个测头到被测物上下表面的距离B1、B2即可得到被测物的厚度H。
2.3、测量装置结构
图中所示壁厚测量装置主要由机座、滑台、升降板、主轴箱、主轴以及测头支架和激光测头等组成。机座上装有导轨和丝杠，通过行走电机驱动丝杠转动可带动滑台移动以便将激光测头伸入或拉出被测钢管，伸入长度根据实际需要设计。滑台上也装有导轨和丝杠，手动转动丝杠可使升降板带动测头上下移动以调节主轴和测头支架的中心高度，调节时以主轴中心高度与钢管中心高度一致为准。测头支架与主轴成偏心布置，偏心量可以根据钢管的规格调节，调节完毕后将测头支架锁紧再进行测量。由于用1组测头连续旋转时通讯线路需要用导电滑环转接，而导电滑环会对数据信号造成干扰，所以本方案采用两组激光测头进行测量。两组测头在主轴两侧对称分布，测量时主轴做180°正反向交替旋转，测头的线路只要做成松紧适度的绞线即可。
2.4、主要功能
① 连续检测，边检测边进给。每根钢管用时不超过30秒；
② 检测钢管的长度范围：距管端50～500mm；
③ 检测到合格位置后检测停止，并通过打标机在钢管外表面打出宽度约2mm，长度约50mm的白色线段；
④ 切割后的钢管质量在钢管国标公差范围内；
⑤ 对于存在局部高点部位喷白色标记点标记；
⑥ 对超出设定范围的钢管报警提示，由现场人员决定是否放行。
⑦ 信号输出，可输出开关量信号。
2.5、管端测厚测量视频
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结语
通过这两种测量设备的检测并标记，可以对钢管管端进行严格的检测并找到合适的位置，将带有缺陷的不合格的部位切割完成，从而保证钢管管端的质量，不会因漏切造成钢管的不合格，也不会因为多且造成浪费，通过该种测量设备的研发，为钢管生产企业控制钢管管端质量带来巨大的便利，实现高精度的尺寸检测，为企业的钢管质量提高代表便利，提升企业的竞争力度及经济效益。
本文由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写
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