大直径焊管形位误差检测系统中的数据处理及仿真

　　0 引 言

　　大直径管线用钢管在管端圆度和全长钢管直度偏差方面有较高的标准要求,因此需要后续精整工序对钢管进行矫正。被校直钢管弯曲程度的测量,即大直径钢管直线度和截面圆度的测量,一直是钢管在线测量的一个重要的技术难题。大直径钢管母线直线度和截面圆度的自动测量,比较常用的是三位传感器的三点法误差分离测量技术(EST),这种方法能有效地分离导轨和钢管旋转误差,从而得到钢管的形位精度误差。该方法机械装置相对简单,便于实现。该种方法需要借助计算机强大的数据处理功能,采用有效的计算机数据处理方法将导轨和钢管旋转的误差分离,才能得到钢管较准确的直线度和圆度误差。因此,该误差测量系统的数据处理部分显得尤为重要。

　　1 测量原理

　　根据某工厂的要求设计了图1所示的测量方法,所测钢管的范围:直径360~1460mm;长度6000~12000mm。系统的测量精度0.1mm。

　　测量时,伺服电机1通过相应的传动机构带动被测钢管旋转,传感器组4安装在固定板5上,固定板5固定在可沿钢管轴向运动的导轨滑块上,使得钢管在旋转的同时,传感器测量组沿钢管轴向运动,以螺旋线方式采集钢管表面的形位参数。传感器组4由五个传感器组成,固定在固定板5上,沿钢管母线方向平行放置的3个位移传感器,采集的数据用于分析钢管母线误差;另外2个位移传感器沿钢管截面放置,并与第1个传感器在同一个截面上,采集的数据用于分析钢管截面圆度。固定板可以在伺服电机7的带动下沿钢管径向移动,同时伺服电机6可以实现传感器的径向微调。传感器的布局如图2所示。

　　2 数学模型

　　2.1 数据采样方案

　　数据采集及处理系统的采样方案如图2所示,采用时域三点法误差分离的方法(EST)测量钢管的圆度和直线度。图中VA,VB和VC为直线度测量组,这三个位移传感器测得的数据用于分析钢管直线度;VD,VA和VE为圆度测量组,这三个位移传感器测得的数据用于分析钢管截面的圆度。

　　2.2 直线度误差分离原理

　　在三点法直线度误差分离中,设三个传感器A,B和C的输出分别为A(x),B(x)和C(x),龙门架导轨滑块直线运动误差为R(x),被测钢管旋转引起的母线直线度误差为S(x),三个传感器间距分别为L1和L2,则各传感器的测量方程分别为

　　式中: A(x),B(x),C(x))三个传感器测头的采样数据,为已知量;

　　S(x),S(x+L1),S(x+L1+L2—被测钢管旋转引起的母线直线度误差在y轴上的分量,待分离量;

　　R(x),R(x+L1),R(x+L1+L2))滑块直线运动误差在y轴上的分量,待分离量;