大口径厚壁无缝钢管综合测量及喷标系统的研究

摘要

无缝钢管的测长称重喷标是钢管生产线精整工序中所必不可少的环节，对钢管直线度、截面圆度等形位误差的测量和控制也日益成为企业提高钢管生产质量的重要内容。本论文以国内某企业横向课题“大口径厚壁钢管综合测量及喷标系统”为工程对象，对钢管综合测量及喷标系统进行开发研制。
　　第一章:综合介绍了无缝钢管发展现状，阐述了国内外对于钢管综合测量和喷标技术的研究现状和目前存在的问题，进而说明了开发测量喷标系统的必要性;陈述了课题来源及论文主要内容。
　　第二章:对系统功能进行总体说明，确定了待测钢管参数。阐述了测量方法、结构形式和定位方式的选择过程。设计了系统总体结构，并逐一介绍了现场执行设备和电气控制系统的各个组成部分。对运动控制系统和数据采集系统构成进行分析和设计。根据激光测距相关原理和超声波测厚原理，对激光位移传感器和超声测厚仪进行了选型。最后介绍了系统软件的设计。
　　第三章:制定了系统测量和喷标的主要工作流程;设计测量坐标系建立方案，对未知参量进行标定，完成钢管截面和端面点数据采集功能的实现。设计了计算圆心坐标、外径、长度、重量的算法，并对钢管所需评定的形位误差进行分析，设计了钢管截面圆度、直线度等形位误差的评定算法。
　　第四章:对钢管进行测量实验，对数据进行误差分析，分别就圆度结果和长度的测量结果进行误差补偿，对系统测量的重复性进行实验和分析。针对误差分析和补偿的结论，提出减小误差的措施。
　　第五章:详细介绍了喷标装置的结构和喷标机的选型，设计了喷标工作流程，最后就喷标字符的生成的方法进行了研究和设计。
　　第六章:简要地说明了在钢管测量喷标系统的开发过程中所完成的工作，并就系统今后改进的方向做出了展望。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外钢管测量喷标技术发展现状

1．2．1 钢管测长称重喷标技术现状

1．2．2 钢管外径和形位误差测量技术现状

1．3 测量喷标技术存在的问题

1．4 课题来源

1．5 论文内容安排

第二章 测量喷标系统总体设计

2．1 机械结构的设计与实现

2．1．1 测量方法的选择

2．1．2 结构形式的选择

2．1．3 现场执行设备的设计

2．2 电气控制系统的设计

2．2．1 电气控制系统的构成

2．2．2 电机控制部分

2．2．3 数据采集部分

2．3 传感器的选型

2．3．1 激光测距原理

2．3．2 激光位移传感器选型

2．3．3 超声波测厚原理

2．3．4 测厚仪选型

2．4 系统软件的开发

2．4．1 开发工具Visual Basic简介

2．4．2 软件系统功能结构

2．4．3 人机交互界面设计

2．5 本章小结

第三章 测量技术及数据处理算法

3．1 测量喷标系统的工作流程

3．1．1 截面测量工作过程

3．1．2 端面测量工作过程

3．2 测量坐标系的建立

3．2．1 截面测量坐标系的建立

3．2．2 端面测量坐标系的建立

3．3 测量系统的标定

3．3．1 标定方法

3．3．2 标定结果

3．4 钢管规格参数的测量与算法设计

3．4．1 钢管规格参数内容

3．4．2 圆心和外径计算原理

3．4．3 钢管长度测量原理

3．4．4 钢管重量计算方法

3．5 钢管形位误差的评定与算法设计

3．5．1 钢管待测形位误差的定义

3．5．2 圆度评定算法设计

3．5．3 直线度评定LSABC算法

3．6 本章小结

第四章 测量误差补偿技术

4．1 测量实验结果分析

4．2 误差分析

4．3 圆度误差补偿

4．3．1 起始高度差补偿

4．3．2 钢管摆放误差补偿

4．4 长度误差补偿

4．4．1 端面测点采集偏差补偿

4．4．2 钢管摆放倾角偏差补偿

4．5 测量系统重复性分析

4．6 减小误差的措施

4．7 本章小结

第五章 喷标功能的实现

5．1 喷标装置结构

5．2 喷标工作过程

5．3 喷标字符生成技术

5．3．1 喷标字符编码方式

5．3．2 字符点阵的生成

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献