无缝钢管几何尺寸的超声波自动测量

　　1　引　言

　　对于无缝钢管的几何尺寸,如壁厚和外径等,传统的测量方法是采用机械式管端人工逐根测量法,即用游标卡尺测量两端的外径,用壁厚千分尺测量两端的壁厚,并用卷尺度量其长度。这种方法不但速度慢、劳动效率低,而且测量精度受操作人员等诸多因素的影响。尤其是只能对钢管的两端进行测量,对于钢管的中间部分则无能为力。这样,如果钢管中间部分的壁厚与外径和其两端的不一样,则不能保证其尺寸精度。因此,它不但不适应现代化大生产的需要,而且也不能满足用户对高精度钢管几何尺寸的要求,所以,采用现代先进的自动检测技术对无缝钢管的几何尺寸进行百分之百的全自动在线测量,就成为无缝钢管生产厂家的当务之急。

　　脉冲反射式超声波测厚方法已在工业各领域得到了较广泛的应用。由于其具有设备体积小、重量轻及测量精度较高等一系列优点,故便携式超声波测厚仪经常被用来对某些难以用机械方法测量的试件进行人工测量。但对于钢管而言,常用的便携式超声波测厚仪不但不能用来测量其外径,对于其壁厚也只能进行人工局部抽检。因此,它不适宜于大批量钢管的自动测量。有鉴于此,本文针对无缝钢管生产中大批量检测的实际需要,以脉冲反射式超声波测量法为基础,研究无缝钢管在线超声波自动测径测厚的原理、方法和应用技术,并在此基础上,计算其椭圆度和偏心度。然后介绍其在实际生产线上的应用情况和使用结果。实践表明,这种方法能有效地解决无缝钢管外径与壁厚的在线自动测量问题,具有广泛的应用前景。至于钢管长度的在线自动测量问题,作者已采用其它方法予以解决[1],这里不再详述。

　　2　测量原理

　　图1所示为钢管几何尺寸的超声波测量示意图。其中:D为被测钢管的外径,T1和T2是在钢管外侧对称布置的两个探头,其作用是垂直于钢管表面发射超声波脉冲并接收反射回来的信号,R1和R2是两个辅助反射体,它们是专为测量钢管的外径而设置的;X是两个辅助反射体之间的距离,L1和L2则是它们各自到被测钢管表面的距离;W1和W2分别是两个探头测得的钢管壁厚。

　　采用液浸法检测,即将被测钢管及探头和辅助反射体等置于水中。辅助反射体的作用是反射探头发射的部分声能。这样,在正常情况下,信号示波屏上应至少同时显示如图2(a)所示的4个回波信号,即:发射始波T、辅助反射体的反射回波R、钢管外表面的反射回波S和钢管内表面的反射回波B。图2(b)是实际测量时测量仪示波屏上实际回波的照片。其中,除上述4个波外,还有钢管内表面的多次反射回波,至于图中所示的测量闸门,本文在后面的讨论中要作专门论述。