石油天然气管道对接焊口相位式激光圆度检测仪的制作方法

本发明属于管道内轮廓圆度检测领域，具体涉及一种石油天然气管道对接焊口相位式激光圆度检测仪。

背景技术：

现有圆度仪以转动方式分为转台式与转轴式，根据探头分为力学接触式与非接触式。转台式圆度仪需要工作台配合测量，不能用于车间现场。而车间现场目前使用的是力学压力滚轮式测量仪，该测量工具为力学接触式，需要人工操作，体积大，测量精度差，测量范围有限，测量结果需要人工统计。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的缺点，本实用新型提出转轴非接触式相位式激光圆度仪，其是通过以下技术方案实现的：该圆度检测仪包括：电机模块，包括步进电机以及控制步进电机转动的步进电机控制模块；激光测距仪，包括相位式激光测距模块，以及固设在激光测距模块两端与激光测距模块结构匹配的左、右连接件；所述右连接件与所述步进电机的转动轴连接，从而带动激光测距仪转动；安装有APP的PC端，其与步进电机控制模块通讯连接；该PC端还通过滑环与相位式激光测距模块通讯连接；支架，安装在所述电机模块的下部。

优选的，所述步进电机为42系列步进电机，所述步进电机控制模块为RS232串口指令驱动器。

优选的，所述激光测距模块通过TTL转USB接口与PC端连接，所述步进电机控制模块通过RS232转USB接口与PC端连接。

优选的，该圆度检测仪还包括位于左连接件左方并用于固定滑环的滑环壳，该滑环壳上设有用于安装轴承的凹槽，凹槽面中心处设有一个用于供数据线穿出的中心孔，该中心孔外周设有呈正三角形分布的三个滑环安装孔，所述滑环的定子通过螺钉固定在滑环壳的左侧；所述左连接件中心设有数据线穿出孔，所述左连接件的左侧设有圆环结构，通过轴承将左连接件与滑环壳进行连接。

优选的，所述滑环的滑环轴与电机转动轴的轴线重合。

优选的，该圆度检测仪还包括位于右连接件右方并用于安装电机的电机固定板，该固定板中心处设有电机转动轴穿出孔，穿出孔的外周设有用于固定电机的固定孔。

优选的，所述支架为内置水平仪的三脚架。

优选的，所述滑环壳外设有滑环保护壳；所述电机模块以及激光测距仪外部均设有保护壳。

优选的，所述滑环的型号为MMC250。

优选的，所述左、右连接件，滑环壳以及电机固定板均为6061T6铸铝合金块加工而成。

本实用新型相对于现有技术所具有的优点为：

1. 本实用新型的圆度检测仪为转轴式非接触式，利用相位式激光检测模块与步进电机的协同工作，以及PC端的软件；能够完成自动测量，圆度误差分析，极大提高了管道内轮廓圆度测量准确性及测量效率。

2.该圆度仪体积小，便于携带，并且测量准确率高的石油天然气管道相位式激光圆度仪。

3. 本实用新型通过以PC主机为控制核心，可以完成更为复杂的后期数据处理，测量结果显示更为直观。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构分解图；

如上各图，1-步进电机；2-步进电机控制模块；3-激光测距模块；4-左连接件；5-右连接件；6-滑环；7-支架；8-滑环壳；9-电机固定板；11-转动轴；81-凹槽；82-中心孔；83-滑环安装孔；91-转动轴穿出孔；92-电机固定孔；100-轴承；200-激光测距仪；300-电机模块；400-保护壳；500-PC端；600-数据线；700-固定螺栓。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型作进一步说明。

参考图1-2，本实用新型提出一种石油天然气管道对接焊口相位式激光圆度检测仪，该仪器包括：电机模块300，激光测距仪200，滑环6，安装有APP的PC端以及设置在电机模块300下方的支架7。

其中，所述电机模块300，包括步进电机1以及控制步进电机1转动的步进电机控制模块2。所述激光测距仪200，包括相位式激光测距模块3，以及固设在激光测距模块3两端的左连接件4以及右连接件5，右连接件5与步进电机1的转动轴11连接，从而带动激光测距仪转动；PC端，其与步进电机控制模块1通讯连接；该PC端通过滑环6与激光测距模块3通讯连接；支架7，安装在所述电机模块300的下部。

本实用新型通过步进电机1带动激光测距模块，实现激光测距模块旋转一周，将采集到的数据反馈给PC端，通过PC端APP运算得到相应的所需数据结果。

由于电机在带动测距仪转动的同时，测距仪的数据线也跟着转动，为了避免数据线打结，保证数据传输，本实用新型在PC端与测距仪之间设置了滑环6，为了进一步防止数据线在测距仪转动过程中打结，滑环6的滑环轴与电机转动轴同轴，因此，本实用新型滑环与电机分别固定在激光测距模块的两端。

为了保证该仪器的小体积，保证左右连接件与激光测距模块3的紧密结合，本实用新型的左、右连接件的相对侧与激光测距模块3两端配合的部位可根据激光测距模块上的螺纹孔以及凹凸结构进行匹配，使得测距模块嵌入两连接件中，达到固定和保护的目的。

为了固定滑环6，该圆度检测仪还包括位于左连接件4左方的滑环壳8，该滑环壳8上设有用于安装轴承100的凹槽81，凹槽面中心处设有一个用于供数据线穿出的中心孔82，该中心孔82外周设有呈正三角形分布的三个滑环安装孔83。安装滑环6时，滑环6的定子端固定在滑环壳8左侧，滑环6的转子端数据线一端连接激光测距模块，为其提供电源与数据传输，另一端与PC的串口连接。所述左连接件4中心设有数据线穿出孔，所述左连接件的左侧设有圆环结构41，通过轴承将左连接件与滑环壳进行连接，其中轴承的外圈安装在凹槽处，圆环结构设置在轴承内圈。

为了减小圆度仪的体积，同时保证电机的扭矩，本实用新型的步进电机为42系列步进电机，为了提高电机转动的精度，同时使得步进电机可以通过串口通讯进行控制，本实用新型采用微型模块化RS232串口指令驱动器，激光测距模块通过TTL转USB接口与PC端连接，所述步进电机控制模块通过RS232转USB接口与PC端连接。

为了固定电机，该圆度检测仪还包括位于右连接件5右方并用于安装电机的电机固定板9，该固定板9中心处设有电机转动轴穿出孔91，穿出孔的外围设有用于固定电机的固定孔92。

当然电机固定板与右连接件的连接可与滑环壳与左连接件连接的方式相同，即右连接件的右侧也设有圆环结构，通过轴承将右连接件与电机固定板连接。通过设置轴承保证稳定转动。

为了保护该仪器，本实用新型的滑环壳8外设有滑环保护壳400；滑环保护壳的左侧设有数据线穿出孔，以便数据线与PC端连接。所述电机模块以及激光测距仪外部均设有保护壳400。本实用新型所述左、右连接件，滑环壳以及电机固定板均为6061T6铸铝合金块加工而成，该材料结构稳定，耐磨耐腐蚀，不易变形。

此外，本实用新型的支架为内置水平仪的三脚架，通过固定螺栓固定在电机模块底部。支架的作用是将测量部分定位于待测管道轴向圆心位置，因此支架尺寸由待测管道尺寸而定。

此外，本实用新型的仪器外壳及连接部分零件由3D打印直接制作而成。本实施例中的滑环型号为MMC250，本实用新型的微型模块化RS232串口指令驱动器即UIM24104微型一体化步进电机控制驱动。

以图1和图2的各零件排布方向来说明本实施例中各部件的尺寸。本实用新型外置保护壳的测量部分（即除去支架部分）的整体尺寸（宽*高*长）为55mm*60mm*140mm，整个仪器轻便小巧，方便携带。

本实施例中的滑环尺寸为：12.5mm（长度）*25mm（直径）。本实用新型的UIM24104微型一体化步进电机控制驱动尺寸为42.3mm（宽）*42.3mm（高）*16.5mm（长）；轴承37mm（外径）*25mm（内径）*7mm（厚度）；滑环支撑件50mm（宽）*50mm（高）*12mm（长），激光测距模块：45mm（高度）*40mm（宽度）*20mm（长度）。电机支撑件：50mm（宽）*50mm（高）*12mm（长）。42步进电机：42mm（宽）*42mm（高）*50mm（长）。UIM24104微型一体化步进电机控制驱动：42.3mm（宽）*42.3mm（高）*16.5mm（长）。

仪器外壳及连接部分零件由3D打印直接制作而成。电机外壳：55mm（宽）*60mm（高）*80mm（长）。滑环外壳：55mm（宽）*55mm（高）*30mm（长）。

经过实验验证，内径150mm以上的管道均可使用该仪器进行测量。

本仪器的操作过程如下：仪器连接好后放入待测管道内。打开电源开关，打开PC端的APP软件。设置软件串口，电机转速，数据采集数。填写待测管道编号及文件保存路径。点击自动测量按钮，相位式激光测距仪照射管道内壁，测得内壁到转轴的距离，电机依据设置的一周采点数，转动固定距离，然后进入下一次采点。同时软件上有实时作图功能，可以看到仪器在测量过程中实时做图与测量探头的对应。数据采集结束后，点击测量停止按钮，点击误差分析按钮，即可得到以最小二乘圆法计算得到的圆度误差，最小二乘圆圆心坐标，最小二乘圆半径，最大半径值，最小半径值，最大突出量，最大凹陷量等信息。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所要求保护的技术方案的精神和范围。