圆环器件的管径测量仪的制作方法

本实用新型涉及测量技术领域，具体涉及一种圆环器件的管径测量仪。

背景技术：

目前，钢管作为一种多功能的经济断面钢材，在国民经济各部分中的应用愈来愈广泛。随着管道现场焊接施工技术的不断进步，对钢管管径的要求也不断提高，特别是对管端，其内外径和管端不圆度的要求极为严格。因为当两管在野外或海洋中进行配管焊接施工时，如果钢管的管端直径和不圆度符合要求，焊接能顺利地完成；反之，会造成两管对焊困难，即使能勉强对焊在一起，也会产生很大的残余应力，致使焊缝处的机械性能下降，降低管道的安全性，特别是对于输送大量易燃易爆物质的油气输送管道。由于油气输送管道要承受几十甚至上百个大气压的内压，如果焊缝的机械性能不好，极易发生泄漏、爆炸事故。尤其是深海管线管，管道受洋流、潮汐、海浪的影响，对焊接效果要求更高，而且一旦断裂会导致原油泄漏，发生海洋污染事件，产生巨大的生态污染，造成严重的经济损失。因此，在钢管生产中，钢管的内外径、壁厚及不圆度在保证管道施工进度和质量方面具有重要意义。

由于生产工艺的限制，内外径不合格的钢管依然存在。为了筛选出合格的钢管，同时严格监控大口径钢管的生产质量，有必要对钢管管端的内径、外径及不圆度进行检测。然而，现有技术中管端内外径的测量主要依靠卡尺和千分尺等手工量具，这种测量方式受生产环境、量具精确度和操作人员因素的影响较大，不仅测量精度低、速度慢、效率低，工人劳动强度大，而且每个截面最多测量四组数据，无法充分反映管端不圆度情况。此外，对于工业管材生产线上的应用，其劳动力成本太高，也无法实现智能化和自动化的生产流水线。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种圆环器件的管径测量仪，该圆环器件的管径测量仪可以提高检测效率和精度以及减少人为检测误差。

本实用新型的技术方案如下：

一种圆环器件的管径测量仪包括：

测量装置，包括管径测距探头、与所述管径测距探头连接的探头支撑臂及运动组件，所述运动组件驱动所述探头支撑臂带动所述管径测距探头绕一测量中心线旋转，以使所述管径测距探头在旋转至不同位置时采集其与圆环器件管壁间的间距数据；

驱动装置，与所述运动组件连接并驱动所述运动组件旋转以使得所述测量中心线与圆环器件的中心轴线平行。

优选的，所述驱动装置包括方位角旋转部及与所述方位角旋转部连接的俯仰角旋转部，所述方位角旋转部和所述俯仰角旋转部的其中一方与所述运动组件连接，其中，所述方位角旋转部驱动所述运动组件沿方位角旋转，所述俯仰角旋转部驱动所述运动组件沿俯仰角旋转。

优选的，方位角旋转的角度范围为360度，俯仰角旋转的旋转角度范围为-15～15度。

优选的，所述方位角旋转部为水平旋转云台，所述俯仰角旋转部为角位台，且所述水平旋转云台的台面外围和所述角位台的台面外围刻划有刻度标尺。

优选的，所述运动组件包括横向驱动部、与所述横向驱动部连接的驱动本体以及与所述探头支撑臂连接的旋转驱动部，所述驱动本体和所述横向驱动部的其中一方与所述旋转驱动部连接，另一方与所述驱动装置连接，其中，所述横向驱动部驱动所述旋转驱动部沿所述测量中心线的延伸方向伸缩，所述驱动本体驱动所述旋转驱动部以带动所述管径测距探头绕所述驱动本体的轴线旋转，所述驱动本体的轴线为所述测量中心线。

优选的，所述旋转驱动部可沿与所述测量中心线垂直的方向自由伸缩，并通过所述探头支撑臂带动所述管径测距探头沿与所述测量中心线垂直的方向自由伸缩。

优选的，所述旋转驱动部包括固设的第一平移台以及第二平移台，所述第二平移台包括与所述第一平移台连接并由所述第一平移台驱动其沿垂直于所述测量中心线的方向移动的固定部及与所述固定部相对运动的滑动部。

优选的，所述管径测距探头的数量为两个，分别为测量其与圆环器件内壁的间距数据的内径测距探头以及测量其与圆环器件外壁的间距数据的外径测距探头，所述探头支撑臂的数量为两个，分别为与所述外径测距探头连接的外径探头支撑臂以及与所述内径测距探头连接的内径探头支撑臂，且所述外径探头支撑臂和所述内径探头支撑臂分别固设于所述固定部和所述滑动部上且与所述测量中心线平行设置。

优选的，所述驱动本体包括驱动所述旋转驱动部以带动所述管径测距探头旋转的旋转台。

优选的，所述驱动本体还包括与所述旋转台连接并驱动所述旋转台沿垂直于所述测量中心线的方向移动的第三平移台。

与相关技术相比，本实用新型提供的圆环器件的管径测量仪的有益效果在于：通过所述驱动装置驱动所述运动组件旋转以使得测量中心线与所述圆环器件的中心轴线平行，且所述内径测距探头能伸入所述圆环器件的中心端口的位置。不论待检测的所述圆环器件方位角和俯仰角如何，都可以将所述内径测距探头伸入所述圆环器件的中心端口内，并使所述测量装置的所述测量中心线与所述圆环器件的中心轴线保持平行。同时，还通过所述运动组件驱动所述探头支撑臂带动所述管径测距探头绕所述测量中心线旋转，以使所述管径测距探头在旋转至不同位置时采集其与所述圆环器件管壁间的间距数据，不仅能保证准确测量和提高检测效率，而且能减少人为检测误差及有利于充分反映所述圆环器件管端的不圆度情况。

【附图说明】

图1为本实用新型提供的圆环器件的管径测量仪的立体图；

图2为图1所示圆环器件的管径测量仪的侧视图；

图3为图1所示圆环器件的管径测量仪中旋转驱动部的立体图；

图4为本实用新型管径测量仪在旋转过程中的角度示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请结合参阅图1和图2，其中，图1为本实用新型提供的圆环器件的管径测量仪的立体图，图2为图1所示圆环器件的管径测量仪的侧视图。其中，管径可为圆环器件的内径或/和外径，为方便说明，以下的描述中，均以内外径同时测量的技术方案作为具体实施方式进行说明，当然，本实用新型的管径测量仪也可只用于圆环器件内径的测量或仅用于圆环器件的外径测量。所述圆环器件的管径测量仪100包括驱动装置2和测量装置4，所述驱动装置2用于驱动所述测量装置4运动至测量位置，所述测量装置 4用于采集其与圆环器件200的内壁和外壁之间的间距数据，所述间距数据为所述测量装置4绕一测量中心线O’-O’旋转至不同位置所获取的其与所述圆环器件200的内壁和外壁之间的多个间距数据，根据所述多个间距数据可获得多个内径测量值和多个外径测量值。其中，所述圆环器件200 可以是钢管等圆环器件，其管径范围为：30≤内径＜外径≤200mm，壁厚为0.1mm～50mm。在本实施例中，所述驱动装置2为云台装置，且其定位精度小于0.004度。

所述测量装置4包括管径测距探头、与所述管径测距探头连接的探头支撑臂及受所述驱动装置2驱动的运动组件45。

所述管径测距探头的数量为两个，分别为内径测距探头41和外径测距探头43。其中，所述内径测距探头41采集其与所述圆环器件200内壁之间的间距数据，所述外径测距探头43采集其与所述圆环器件200外壁之间的间距数据。在本实施例中，所述内径测距探头41和所述外径测距探头43均为精密位移传感器(例如，激光测距传感器、电涡流位移传感器等)。

所述运动组件45驱动所述外径探头支撑臂46和所述内径探头支撑臂 47以带动所述内径测距探头41和所述外径测距探头43绕所述测量中心线旋转，以使所述内径测距探头41和所述外径测距探头43在旋转至不同位置时采集其与所述圆环器件200的内壁和外壁之间的间距数据。

所述运动组件45包括与所述外径探头支撑臂46和所述内径探头支撑臂47连接的旋转驱动部451以及横向驱动部453和与所述横向驱动部453 连接的驱动本体455，所述驱动本体455和所述横向驱动部453的其中一方与所述旋转驱动部451连接，另一方与所述驱动装置2连接。在本实施例中，所述横向驱动部453与所述驱动装置2连接，所述驱动本体455与所述旋转驱动部451连接。

所述旋转驱动部451可沿与所述测量中心线O’-O’垂直的方向自由伸缩，并通过所述内径探头支撑臂47和所述外径探头支撑臂46带动所述内径测距探头41和所述外径测距探头43沿与所述测量中心线O’-O’垂直的方向自由伸缩，从而调节所述内径测距探头41和所述外径测距探头43之间的距离及所述内径测距探头41和所述外径测距探头43分别与所述测量中心线O’-O’之间的距离，从而可以满足不同型号圆环器件的内外径、壁厚的需要。

请结合参阅图3，为图1所示圆环器件的管径测量仪中旋转驱动部的立体图。所述旋转驱动部451包括固设的第一平移台456以及第二平移台 457，所述第二平移台457包括与所述第一平移台456连接并由所述第一平移台456驱动其沿垂直于所述测量中心线O’-O’的方向移动的固定部4571 及与所述固定部4571相对运动的滑动部4573，所述外径探头支撑臂46和所述内径探头支撑臂47分别固设于所述固定部4571和所述滑动部4573 上且与所述测量中心线O’-O’平行设置。

所述驱动本体455用于驱动所述旋转驱动部451以带动所述内径测距探头41和所述外径测距探头43绕所述驱动本体455的轴线旋转，即：所述驱动本体455的轴线为所述测量中心线O’-O’。

所述驱动本体455包括驱动所述旋转驱动部451以带动所述内径测距探头41和所述外径测距探头43旋转的旋转台4551以及与所述旋转台4551 连接并驱动所述旋转台4551沿垂直于所述测量中心线O’-O’的方向移动的第三平移台4553，所述第一平移台456固设于所述旋转台4551上，所述横向驱动部453通过支架4A与所述第三平移台4553连接。通过设置所述第三平移台4553驱动所述旋转台4551沿垂直于所述测量中心线O’-O’的方向移动可以进一步满足对不同型号圆环器件的内外径测量的需求。

所述横向驱动部453用于驱动所述旋转驱动部451沿所述测量中心线 O’-O’的延伸方向伸缩，以使所述内径测距探头41能进入所述圆环器件200 的中心端口，同时，所述外径测距探头43能延伸至所述圆环器件200的外部上方。在本实施例中，所述横向驱动部453为与所述驱动装置2连接的平移台。

在其他实施例中，所述旋转驱动部451、所述横向驱动部453及所述驱动本体455还可以设置成：所述驱动本体455与所述驱动装置2连接，所述横向驱动部453与所述旋转驱动部451连接。

所述驱动装置2包括方位角旋转部21及与所述方位角旋转部21连接的俯仰角旋转部23，所述方位角旋转部21和所述俯仰角旋转部23的其中一方与所述运动组件45连接，其中，所述方位角旋转部21驱动所述运动组件45沿方位角旋转，所述俯仰角旋转部23驱动所述运动组件45沿俯仰角旋转，所述方位旋转角度范围为360度，所述俯仰旋转角度范围为-15～15 度。其中，所述方位角旋转部21为水平旋转云台，所述俯仰角旋转部23 为角位台，且所述水平旋转云台的台面外围和所述角位台的台面外围刻划有刻度标尺，该刻度标尺便于初始定位和读数。在本实施例中，所述俯仰角旋转部23分别与所述方位角旋转部21和所述运动组件45连接。在其他实施例中，还可以设置成所述方位角旋转部213分别与所述俯仰角旋转部 23和所述运动组件45连接。通过所述方位角旋转部21和所述俯仰角旋转部23的配合以驱动所述测量装置4运动至测量位置，即：使所述测量装置 4的所述测量中心线O’-O’与所述圆环器件200的中心轴线O-O平行，且所述内径测距探头41能伸入所述圆环器件200的中心端口的位置。由于所述圆环器件200置于检测位置时，有可能会出现水平方向横向倾斜(即所述姿态数据的方位角)或/和垂直方向倾斜(即所述姿态数据的俯仰角)，因此，通过所述方位角旋转部21的方位旋转角度和所述俯仰角旋转部23 的俯仰旋转角度以使得所述测量装置4运动至测量位置，不论待检测的所述圆环器件200方位角和俯仰角如何，都可以将所述内径测距探头41伸入所述圆环器件200的中心端口内，并使所述测量装置4的所述测量中心线 O’-O’与所述圆环器件200的中心轴线O-O保持平行。

所述圆环器件的管径测量仪100的具体使用过程为：所述驱动装置2 驱动所述运动组件45旋转以使得所述测量中心线O’-O’与所述圆环器件 200的中心轴线O-O保持平行，且所述内径测距探头41处于能伸入所述圆环器件200的中心端口的位置，所述运动组件45驱动所述旋转驱动部451 沿所述测量中心线O’-O’的延伸方向伸缩，以使所述内径测距探头41进入所述圆环器件200的中心端口，同时，所述外径测距探头43延伸至所述圆环器件200的外部上方，进而，所述运动组件45驱动所述外径探头支撑臂 46和所述内径探头支撑臂47以带动所述内径测距探头41和所述外径测距探头43绕所述测量中心线O’-O’旋转，以使所述内径测距探头41和所述外径测距探头43在旋转至不同位置时采集其与所述圆环器件200的内壁和外壁之间的间距数据。

请参阅图4，本实用新型管径测量仪在旋转过程中的角度示意图。其中，虚线十字焦点为所述圆环器件200的实际圆心(即：实际圆心为所述圆环器件200的中心轴线O-O上的一点)，实线十字焦点为实际测量的中心(即：实际测量的中心为所述测量中心线O’-O’上的一点)。数据处理过程为：设所述内径测距探头41和所述外径测距探头43每次旋转的角度为θ,则旋转一周的次数为N＝2π/θ,每次的内径或外径的半径测量值为Ri， Ri＝所述内径测距探头41与所述圆环器件200内壁的间距+所述内径测距探头41与所述测量中心线的间距或者所述外径测距探头43与所述测量中心线的间距-所述外径测距探头43与所述圆环器件200外壁的间距，所述内径测距探头41和所述外径测距探头43分别与所述测量中心线的间距，即是所述内径探头支撑臂47及所述外径探头支撑臂46分别与所述驱动本体 455的轴线间的间距，这是直接可测的，在极坐标下：Xi(θ)＝Ri(θ)*cos θ；Yi(θ)＝Ri(θ)*sinθ，设圆环器件内径实际的圆心为(X0，Y0)，则根据公式计算出(X0,Y0)；根据公式计算得到所述圆环器件200的内径值和外径值，并将此计算值作为所述圆环器件200实际的最终内外径测量值。其中，所述圆环器件200的内径与圆环器件的外径的差值为壁厚，根据每次的内径或外径的测量值Ri和所述圆环器件200实际的最终内外径测量值可以反映所述圆环器件200管端的不圆度情况。同时，由于所述圆环器件200的每一截面可以测量多组数据，从而有利于充分反映所述圆环器件200管端的不圆度情况。

在本实施例中，所述驱动装置2还可以通过控制模块和图像处理模块实现自动化控制。具体的，所述图像处理模块包括图像采集单元及分别与所述图像采集单元和所述控制模块连接的图像处理单元，所述图像采集单元包括至少两个相互垂直设置以获取圆环器件图像的取像装置(例如，摄像头)，所述图像处理单元用于处理圆环器件的图像以得到圆环器件的姿态数据，并将所述姿态数据转换为所述驱动装置2的坐标数据发送至所述控制模块，所述姿态数据包括俯仰角和方位角。所述控制模块控制所述方位角旋转部21的方位旋转角度和所述俯仰角旋转部23的俯仰旋转角度，以使所述测量装置4的所述测量中心线O’-O’与所述圆环器件200的中心轴线O-O平行，且所述内径测距探头41能伸入所述圆环器件200的中心端口的位置。其中，所述坐标数据为方位旋转角度和俯仰旋转角度。不论待检测的所述圆环器件200方位角和俯仰角如何，都可以自动化控制以将所述内径测距探头41能伸入所述圆环器件200的端口内，并使所述测量装置 4的所述测量中心线O’-O’与所述圆环器件200的中心轴线O-O保持平行。

在本实施例中，为了提高所述圆环器件的管径测量仪100的适用性，所述圆环器件的管径测量仪还可以包括驱动所述驱动装置7做升降运动的升降台、支撑所述升降台的底座及设于所述底座上的行走装置。

本实用新型提供的圆环器件的管径测量仪的有益效果在于：通过所述驱动装置2驱动所述运动组件旋转以使得测量中心线O’-O’与所述圆环器件200的中心轴线O-O平行，且所述内径测距探头41能伸入所述圆环器件200的中心端口的位置。不论待检测的所述圆环器件200方位角和俯仰角如何，都可以将所述内径测距探头41伸入所述圆环器件200的中心端口内，并使所述测量装置4的所述测量中心线O’-O’与所述圆环器件200的中心轴线O-O保持平行。同时，还通过所述运动组件45驱动所述探头支撑臂带动所述管径测距探头绕所述测量中心线O’-O’旋转，以使所述管径测距探头在旋转至不同位置时采集其与所述圆环器件200管壁间的间距数据，不仅能保证准确测量和提高检测效率，而且能减少人为检测误差及有利于充分反映所述圆环器件200管端的不圆度情况。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，包括通过机械设计和更换精密位移传感器等方式得到更大的内外径测量范围、壁厚的测量范、内外径的测量精度。但这些均属于本实用新型的保护范围。