國內外大直徑不銹鋼管直線度測量方法的研究現狀

傳(chuan)統的(de)直(zhi)線(xian)度(du)誤(wu)差測(ce)量(liang)(liang)方(fang)法(fa)大(da)多基(ji)于接(jie)觸(chu)法(fa)，都(dou)是(shi)針對小型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)道的(de)檢測(ce)。國內(nei)外(wai)常用的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)直(zhi)線(xian)度(du)測(ce)量(liang)(liang)方(fang)法(fa)有(you)以(yi)下(xia)幾種：杠桿法(fa)、指示劑(ji)法(fa)、無衍射光(guang)莫爾條(tiao)紋(wen)檢測(ce)法(fa)、綜合量(liang)(liang)規檢測(ce)法(fa)、光(guang)軸(zhou)法(fa)、步距計法(fa)、干涉法(fa)、角度(du)差法(fa)等(deng)。通過對上述幾種小鋼(gang)管(guan)直(zhi)線(xian)度(du)測(ce)量(liang)(liang)方(fang)法(fa)的(de)分析(xi)，可以(yi)得(de)出。它(ta)們都(dou)是(shi)通過測(ce)量(liang)(liang)和記錄數(shu)據以(yi)及處理數(shu)據結(jie)果(guo)來獲(huo)得(de)直(zhi)線(xian)度(du)誤(wu)差值，并且都(dou)是(shi)針對給(gei)定(ding)平面內(nei)的(de)直(zhi)線(xian)度(du)誤(wu)差測(ce)量(liang)(liang)的(de)。被測(ce)程(cheng)復雜，不(bu)適用于大(da)口徑不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)的(de)直(zhi)線(xian)度(du)測(ce)量(liang)(liang)。國內(nei)外(wai)大(da)直(zhi)徑不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)等(deng)大(da)型工件直(zhi)線(xian)度(du)測(ce)量(liang)(liang)的(de)研究(jiu)現狀如下(xia)：

2001年(nian)，天津大學精密測(ce)(ce)試技術與儀器國家重點(dian)實(shi)驗室采用(yong)半導體(ti)(ti)激光二極管和(he)多傳感器測(ce)(ce)量(liang)(liang)大直徑(jing)不(bu)銹鋼管的(de)截面信息，用(yong)于直線(xian)度(du)測(ce)(ce)量(liang)(liang)。原理(li)是(shi)(shi)通過圖像(xiang)傳感器獲(huo)取多個截面尺寸和(he)截面中心的(de)三(san)維空間坐標(biao)，然后綜合獲(huo)取曲率(lv)中心坐標(biao)和(he)中心軸線(xian)，最后進(jin)行誤(wu)差(cha)評估，得到(dao)直線(xian)度(du)誤(wu)差(cha)。這(zhe)種測(ce)(ce)量(liang)(liang)方法的(de)突出優點(dian)是(shi)(shi)大量(liang)(liang)程，非接觸、測(ce)(ce)量(liang)(liang)速(su)度(du)快、系統靈活性(xing)好(hao)等。但是(shi)(shi)，由于傳感器數(shu)量(liang)(liang)有(you)限(xian)(xian)，只有(you)三(san)到(dao)五個，采樣點(dian)有(you)限(xian)(xian)，無(wu)法反映大口徑(jing)不(bu)銹鋼管體(ti)(ti)的(de)整體(ti)(ti)情況，測(ce)(ce)量(liang)(liang)精度(du)有(you)限(xian)(xian)。測(ce)(ce)量(liang)(liang)數(shu)據由計算機處(chu)理(li)，圖像(xiang)傳感器配合激光，成本較(jiao)高。

吉林北捷凱傳(chuan)動(dong)(dong)軸有(you)限公司于(yu)2006年對微型汽車(che)傳(chuan)動(dong)(dong)軸焊接(jie)(jie)用(yong)無(wu)縫鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線度(du)進行(xing)(xing)了(le)測(ce)量(liang)(liang)(liang)。采(cai)用(yong)的(de)(de)(de)方法是(shi)：根據鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)和允許(xu)(xu)的(de)(de)(de)最大(da)(da)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線度(du)誤差(cha)(cha)值確定兩(liang)(liang)平(ping)(ping)行(xing)(xing)平(ping)(ping)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)相對位置，使兩(liang)(liang)平(ping)(ping)行(xing)(xing)平(ping)(ping)面(mian)(mian)之(zhi)間的(de)(de)(de)距(ju)離等(deng)于(yu)鋼管(guan)(guan)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)和允許(xu)(xu)的(de)(de)(de)最大(da)(da)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線度(du)誤差(cha)(cha)值之(zhi)和。平(ping)(ping)行(xing)(xing)的(de)(de)(de)下(xia)表面(mian)(mian)與水平(ping)(ping)面(mian)(mian)形(xing)成一定的(de)(de)(de)傾角。在自鎖范(fan)圍內(nei)，避免打滑，允許(xu)(xu)大(da)(da)口徑(jing)不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)(guan)在兩(liang)(liang)個(ge)平(ping)(ping)面(mian)(mian)內(nei)滾動(dong)(dong)。如果旋轉直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)小于(yu)兩(liang)(liang)個(ge)平(ping)(ping)行(xing)(xing)平(ping)(ping)面(mian)(mian)之(zhi)間的(de)(de)(de)距(ju)離，則直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線度(du)被認為是(shi)合格的(de)(de)(de)，并且它們可以平(ping)(ping)滑地(di)通過兩(liang)(liang)個(ge)平(ping)(ping)行(xing)(xing)平(ping)(ping)面(mian)(mian)，進入盛料區，而相反是(shi)不(bu)合格的(de)(de)(de)，如示意圖如圖1.3所示。該(gai)方法的(de)(de)(de)突出優點是(shi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)原(yuan)理(li)簡單，使用(yong)方便，但其(qi)缺點是(shi)測(ce)量(liang)(liang)(liang)精度(du)低，接(jie)(jie)觸(chu)測(ce)量(liang)(liang)(liang)，不(bu)能實(shi)現大(da)(da)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)(guan)軸線直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線度(du)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)(liang)，鋼管(guan)(guan)直(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)線度(du)的(de)(de)(de)定量(liang)(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)(liang)，也不(bu)利于(yu)鋼管(guan)(guan)的(de)(de)(de)批(pi)量(liang)(liang)(liang)檢(jian)測(ce)。

2008年，蘭州理(li)工大學(xue)程材料科學(xue)與工程學(xue)院的(de)(de)(de)(de)王(wang)宏等人進行了“基于虛(xu)擬儀器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)大直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)焊管(guan)形(xing)位誤(wu)差(cha)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)系(xi)統”的(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)，其(qi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)原理(li)圖如圖見1.4。原理(li)是：克服了電(dian)機1通(tong)過(guo)相應的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)動(dong)機構帶動(dong)被測(ce)(ce)(ce)大直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)旋轉的(de)(de)(de)(de)問題(ti)；傳(chuan)感器(qi)(qi)組4安(an)裝在固定板5上(shang)(shang)，固定板5固定在可沿(yan)大直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)軸(zhou)向移(yi)動(dong)的(de)(de)(de)(de)導(dao)軌滑塊上(shang)(shang)，這樣當大直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)旋轉時，傳(chuan)感器(qi)(qi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)組沿(yan)鋼(gang)管(guan)軸(zhou)向移(yi)動(dong)，螺旋采集(ji)(ji)鋼(gang)管(guan)表面的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀和(he)位置參數。在鋼(gang)管(guan)軸(zhou)向放置三個(ge)位移(yi)傳(chuan)感器(qi)(qi)，采集(ji)(ji)大直(zhi)(zhi)(zhi)徑(jing)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)的(de)(de)(de)(de)母(mu)線數據(ju)，測(ce)(ce)(ce)量(liang)母(mu)線直(zhi)(zhi)(zhi)線度，用另外三個(ge)傳(chuan)感器(qi)(qi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)鋼(gang)管(guan)的(de)(de)(de)(de)圓度，將位移(yi)傳(chuan)感器(qi)(qi)采集(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)數據(ju)傳(chuan)輸(shu)到PC機溫州不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)進行處理(li)，得到直(zhi)(zhi)(zhi)線度和(he)圓度誤(wu)差(cha)

在國際直(zhi)(zhi)(zhi)線(xian)(xian)度(du)測(ce)(ce)量研(yan)究(jiu)中，高(gao)精(jing)(jing)度(du)和普通(tong)精(jing)(jing)度(du)的界(jie)(jie)限是(shi)0.5 m/m，高(gao)于(yu)0.1 m/m被認(ren)為(wei)是(shi)世(shi)界(jie)(jie)領先的，美國，國家統計局勞倫斯國家實驗室、日本大(da)(da)學等實驗機構的國際研(yan)究(jiu)水平超過0.1 m/m。當然(ran)，大(da)(da)直(zhi)(zhi)(zhi)徑不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)的直(zhi)(zhi)(zhi)線(xian)(xian)度(du)誤差不(bu)需要(yao)達到(dao)上述高(gao)精(jing)(jing)度(du)水平。一般(ban)來說，大(da)(da)直(zhi)(zhi)(zhi)徑不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)的直(zhi)(zhi)(zhi)線(xian)(xian)度(du)誤差精(jing)(jing)度(du)要(yao)求(qiu)在1-2m/m范圍內。國外對高(gao)精(jing)(jing)度(du)導軌等大(da)(da)型工件的直(zhi)(zhi)(zhi)線(xian)(xian)度(du)測(ce)(ce)量進行了大(da)(da)量的研(yan)究(jiu)，所(suo)采用的方(fang)法(fa)精(jing)(jing)度(du)有了很大(da)(da)的提(ti)高(gao)。然(ran)而，這些方(fang)法(fa)大(da)(da)多適(shi)用于(yu)工件平面方(fang)向的直(zhi)(zhi)(zhi)線(xian)(xian)度(du)測(ce)(ce)量，不(bu)適(shi)用于(yu)大(da)(da)直(zhi)(zhi)(zhi)徑不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)軸向的直(zhi)(zhi)(zhi)線(xian)(xian)度(du)測(ce)(ce)量。

2006年，日本東北大學和(he)韓(han)國科技(ji)學院聯(lian)合研究了“雙導軌平(ping)(ping)行度(du)(du)和(he)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)度(du)(du)的(de)超高(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)”。溫(wen)州不銹鋼管廠家它使(shi)用(yong)三個高(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)位(wei)移探(tan)測(ce)(ce)(ce)器ADE  3401，放置(zhi)在一(yi)個可滑動的(de)平(ping)(ping)臺上，探(tan)測(ce)(ce)(ce)器P1和(he)PZ用(yong)于測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)行度(du)(du)，探(tan)測(ce)(ce)(ce)器P3用(yong)于測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)導軌的(de)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)度(du)(du)。激光干涉儀(安(an)捷倫5529A)用(yong)于測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)滑動平(ping)(ping)臺的(de)偏轉角。該算法有效消除了因測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)平(ping)(ping)臺傾斜(xie)引起的(de)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)誤差，通(tong)過(guo)實驗直(zhi)線(xian)(xian)(xian)度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)達到0.05um。測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)示意圖如(ru)圖顯示在第(di)5 (a)圖中(zhong)，測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)裝置(zhi)圖如(ru)圖顯示在第(di)1.5 (b)圖中(zhong)。這種測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)方法的(de)突出優點是(shi)(shi)(shi)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)精(jing)(jing)度(du)(du)高(gao)，在直(zhi)線(xian)(xian)(xian)度(du)(du)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)領域已(yi)達到國際領先水平(ping)(ping)。但其(qi)缺點是(shi)(shi)(shi)程(cheng)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)比較(jiao)復(fu)雜，其(qi)適(shi)用(yong)范(fan)圍主要是(shi)(shi)(shi)高(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)導軌的(de)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，不適(shi)用(yong)于本課題中(zhong)大口(kou)徑不銹鋼管的(de)批量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)度(du)(du)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)。用(yong)這種方法測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)鋼管空間軸線(xian)(xian)(xian)的(de)直(zhi)線(xian)(xian)(xian)度(du)(du)也很困難。