管道及筒类工件自动化检测解决方案 Radian激光跟踪仪应用解析

管道类、长筒类工件的检测需求

在以航空航天、石油化工、核能发电等高端制造为代表的工业领域，长筒类工件有比较广泛的应用，且通常对于该类工件的制造标准较高，需在严格的公差范围内保障高质高效的产品输出。对于这些长筒类工件的测量，有些可以使用常规量具实现；还有一些管径较大的，测量人员可以通过进入到筒子内部进行测量。但是，对于刚性一般、或者管径在300mm-600mm左右的、不方便人员进入的筒状工件，使用人工加常规量具的方式就不易实现检测目的、保障检测质量。        

对于上述长筒类工件的典型检测需求有：        

1、 工件的内径尺寸；    

2、 中心轴线的直线度；    

3、 在20米左右的测量范围保障0.3mm或更优的精度误差。                   

API解决方案

针对上述长筒类工件尺寸大、要求精度高、不易实现人工精确测量的特点，API为此类应用开发了一套大尺寸、自动精密测量解决方案，利用Radian激光跟踪仪与爬行机器人的配合，实现管道及长筒状工件的自动化精密测量。      

图1：API Radian系列激光跟踪仪

①  关于Radian激光跟踪仪

Radian激光跟踪仪，是大尺寸精密测量的绝佳解决方案，拥有微米级别的测量精度以及超过160米（半径80米）的测量范围。

测量时，Radian激光跟踪仪射出的激光会跟踪操作者手中内置棱镜的靶球（SMR），操作者只需用靶球碰触需要测量的部位，Radian即会迅速采集该位置的3D数据，并记录在软件中。通过若干采集到的3D点，即可根据需要构建相应的线、面、体，并分析它们之间的几何量关系，从而达到检测目的。

图2：爬行机器人结构示意

②  关于爬行机器人        

本案中，爬行机器人的作用，是代替靶球（SMR）操作人员，配合Radian激光跟踪仪实现对筒状工件内壁数据的自动采集。   

爬行机器人主要由爬行器、回转检测模块、控制终端组成，其移动速度可以根据需要调节，能在直筒内的任意位置定位；可自适应不同管径的直筒，同时机器人的中心轴线能够与直筒的中心轴线保持一致。        

检测模块固定在爬行器的前端，可围绕轴线方向360°连续旋转，同时具有伸缩功能，能够保持跟踪仪靶球（SMR）与筒内壁始终接触，并有1-5牛接触力可调范围，回转速度和角度也可根据需要调整。控制终端用于控制爬行器和回转检测模块，能够实现自动和手动两种工作模式，并按照检测工艺的要求执行相应的动作，同时实时采集机器人的运行状态信息。                     
    图3：长筒形工件数据测量采集示意

图4：测量现场       

实际测量与数据分析

实际测量中，将跟踪仪靶球（SMR）固定在爬行器前端的检测模块上，面向跟踪仪并锁定激光束；爬行机器人随即以设置的增量在筒内自动执行爬行、停留、检测模块旋转配合数据采集等一系列程序；Radian激光跟踪仪随即在设置的位置进行3D点的数据采集并记录在软件中。

在测量软件中，将每组测量的截面圆投影到对应的截面上，进行多点拟合计算，得到实际截面圆，从而得到每个截面圆的直径、圆度。将多个截面圆的圆心拟合直线，得到各个截面圆心位置的偏差，从而得到直筒的直线度。

截面圆投影的处理方式，巧妙的规避了直接使用位移传感器对执行机构的高精度要求。（如果使用十字型测头组件，需要自动推进机构非常准确的在筒内行进，运行轨迹必须严格平行长筒轴线。如果稍有偏移，十字型测头组件将会随之发生扭转，这样直接导致内径尺寸和圆度的测量失真，造成较大的测量误差。同时，检测工件的直线度偏差也会造成执行机构的扭转，影响内径尺寸和圆度的精度。实践证明，此类的推进机构设计制造成本极高，同时工作的可靠性较低。）

测量软件中可以预先做好检测模板，将所有的理论数据和处理步骤按照实际检测要求设置好。实际测量时，只需按照提示采点即可完成整个测量任务。采点结束的同时，完成报告更新。整个测量过程无须人员干预，实现自动测量和报告更新。

图5：测量数据分析 – 截面圆直径

图6：测量数据分析 – 截面圆圆度  

解决方案特征&亮点

• 专用的管道检测机器人配合API激光跟踪仪使用，同时依靠专用测量软件中的自动数据处理方式，实现完全自动化检测；

• 爬行机器人具有自动化运行、智能化调整的特点，是配合激光跟踪仪进行管道自动化检测的专业设备；

• API激光跟踪仪同时具备超高的测量精度（微米级）及大尺度测量范围（测量半径80米），是长筒类零部件检测的绝佳设备；

• 专业三维测量软件，能够处理空间尺寸和形位公差，完美配合API激光跟踪仪的使用，在大型机加和工业自动化领域有着广泛的应用；

• 一次测量，可以同时得到内径尺寸、圆度和直线度数据，效率极高。

图7：API公司总部大楼

关于 API

API品牌由Kam Lau博士在1987年创立于美国马里兰州的罗克韦尔，是激光跟踪仪的发明者，同时持有多项全球领先测量科技的专利，是精密测量科技领域的引领者；API自成立以来，始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产，产品已广泛应用于世界各国的先进制造领域，并在坐标测量和机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。           

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（ API公司 ）

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