一种基于CT射线的钢管圆度检测新技术

    钢管是一种金属管道,其质量由金属材料的性质决定。优质材料的化学成分、物理性能及几何形状都必须是连续的、单纯的并且均匀的,如果这三方面存在不足或者受到破坏,就会直接影响到钢管的质量。在生产和使用过程中,对钢管的各个质量参数进行检测和控制是保证其质量并安全使用的重要环节。钢管的检测主要包括缺陷检测和尺寸检测两个方面。缺陷检测主要是指加工或使用过程中出现的物理缺陷的检测,包括夹杂、裂纹、气孔、夹渣等。尺寸检测主要是指几何形状的检测,包括壁厚、内外径、不圆度、弯曲度等。其中,缺陷检测和壁厚检测技术已较为成熟,达到了在线实时检测的要求,不圆度检测技术是目前亟待解决的课题。

    1 钢管不圆度的定义

    圆形钢管的横截面上存在着半径不等现象,即存在着不一定相互垂直的最大半径和最小半径,则最大半径与最小半径之差即为不圆度,也叫椭圆度。

    F=Rmax-Rmin(1)

    F只能反映出钢管不圆度的绝对量,不能量度其相对量,为了更加合理的表示钢管截面的不圆程度,笔者引入了相对不圆度的概念,即

    式中,R表示钢管截面圆的平均半径。

    不圆度是钢管的一个重要质量参数,对精密仪器和回转设备尤为重要。钢管不圆度包括外圆不圆度和内圆不圆度,外圆不圆度主要影响钢管布置的空间精度,内圆不圆度则会直接影响管内流体的状态。

    2 钢管圆度检测技术的现状

    目前,钢管圆度的检测基本上都是离线测量,还没有实时的在线检测技术。根据钢管是否和检测设备接触,可分为接触式圆度测量和非接触式圆度测量。

    2.1 接触式圆度仪

    接触式圆度仪目前发展较为成熟,但是由于原理和规格的限制,只适合中小型钢管圆度的测量,常用的有传感器圆度仪和V型法圆度仪(图1)。其中传感器圆度仪因其测量原理简单、精度高、使用方便,目前在工业实际中获得了广泛应用[1]。但是由于其测量过程是接触式的,因此对探头的质量和工件安放位置的精度要求都很高。目前的改进方法是一方面采用三点法[2]、两步法[3]、多步法[4]测量提高精度,另一方面采用紧接式探测器代替接触式探测器,避免探头与工件的长时间接触[5]。V型法圆度仪是一种简易的接触式圆度仪[6],该方法的优点是结构简单,操作方便。缺点是待测物体的转动不均匀会给测量带来较大误差,而且该方法只能测量回转体上的若干点,并不能连续测量所有点,因此最后测量的精度不高。