管材测量（共3篇）
管材测量 篇1
一、长度测量系统
长度测量的机械系统如图1所示,主要是由输送挤出部分、增量式光电编码器和控制部分组成。压辊轴承座的上部与支架之间设置调整弹簧,可以对60~90mm管径进行适应性的调节。输送辊和压辊之间通过一对齿轮来连接传递动力。编码器安装在驱动辊的轴上,通过对转速的测量,获得长度数值。光电编码器输出正比于管材行程的脉冲,在处理尾数长度时采用四舍五入的计算方式。在长度计量中,输送辊的阻尼力和编码器的分辨率都会影响测量的精度。在调试过程中阻尼力过大会使管材变形,增加步进电机的负荷,影响测量精度;阻尼力过小会因为惯性影响测量的精度。因此,在满足要求的情况下要尽量减小阻尼力,并且及时地校正辊子的中心位置。编码器的分辨率的选择,输出的脉冲过少,则脉冲代表的长度距离会增加,在测量中脉冲数目的小误差会引起较大的误差。实验中我们选用的编码器分辨率为1000p/r,完全满足精度的要求。
二、系统硬件设计
长度测量系统可以灵活地安装在生产线上。为了防止现场的干扰,主机选用以STC89C52RC为核心的工控机,同时旋转编码器的数据线及其接口做好屏蔽和接地。系统的硬件原理示意图如图2所示。
测试的结果可以实时地传送到数码管显示,为下步的定长切割做准备。也可以同时使用上位机控制,利用Visual Basic制作界面,使用VB Active X控件实现串口通信,将所有数据观测和保存,并且实现实时的控制。图3为串行通信的硬件电路图。本设计中同时使用了简单的6个七段LED来显示测得的数据。采用74HC164驱动和共阴极的接法,当相应的阳极段为高电平时,则发光显示。
三、软件实现
系统在软件上不仅能实时测量,显示计数及状态指示,而且可以存储每次测量的长度结果。上位机可以提供方便的查询功能,利用Visual basic6.0开发了相应的工作界面,为现场的生产管理及核算带来了极大的方便。长度测量的程序流程图如图4所示:
为了提高计量的精度,我们还考虑到程序中的延时时间的控制,采用了中断的方式和性能优良的STC系列单片机,尽可能地提高了硬件和软件的执行效率。
四、结语
该长度测量系统与传统的人工测量相比较有很大的优势:操作简单、显示直观、运行稳定可靠。针对输送辊和编码器的改进设计选用可以满足精度的要求,精度达到±2cm,克服了人工计量误差过大的缺点,完全满足生产的需求。
摘要：文章简要介绍一种简单实用的管材测量系统,分析误差产生的因素,较大程度上消除了测量的误差,测量精度可达±2mm。
关键词：管材测量,编码器,系统研制
Х射线管材壁厚偏心测量装置 篇2
关键词：Х射线图像传感器,光学图像传感器,伺服系统,偏心度
在汽车、化工等很多行业, 都要用到橡胶或塑料管材。这些材料可通过以下方法生产:固态的原材料在挤出机的螺杆推送下进入螺筒, 在螺筒的热环境中变成黏稠状流体, 并在螺杆的挤压作用下, 流体从机头出口挤出, 形成管材。管材的壁厚可通过调节机头出口的间隙控制。在完成挤出后, 管材截面应具有理想的形状, 即外圆和内圆的直径应控制在公差范围内, 同时, 两个圆心应重合。实际上, 管材尺寸总会存在公差, 外圆与内圆的圆心会存在一定的偏离, 即一定存在一定的偏心度。
管壁厚和偏心度是管材生产中很重要的质量参数, 需要对这些参数进行测量和监控。为了测定壁厚, 可利用Х射线测量的方法。利用Х射线照射管材截面, 可得到管材的截面图像, 通过分析该图像可得到管材的壁厚。该测量方法的前提是Х射线管和管材的距离保持不变, 但在生产中, 该距离常发生变化。如图1所示, 由于管材的位置改变, 导致左边的测量结果壁厚1a、壁厚1b与右图测量结果壁厚2a、壁厚2b不同, 进而产生了测量误差。
为了确保管材与射线管的距离发生变化后不影响测量精度, 应测得管材的偏心度, 可在相互垂直的两个方向上各安装1套此装置。在测量管材位置的同时, 可利用管材上4个点的壁厚信息, 通过数学运算推导出管材的偏心。因此, 应将2套Х射线成像装置安装在相互垂直的2个方向上, 比如SIKORA公司的X-RAY 2000系列产品即可采用这种方案, 具体如图2所示。但是数学推导出来的偏心度与真实的偏心度仍存在差异。在极端情况下, 该差异会超过测量公差的允许范围。此外, 该方案的成本比单套Х射线成像方案高1倍。
为了完善上述类型的装置, 本装置采用了1套Х射线装置, 并在与Х射线光路平行且靠近的平面上放置了1套光学外径测量装置确保测量距离发生变化后不影响测量精度。此外, 通过旋转机构定位和测量管材壁厚最薄处和最厚处, 不需要采用数学推导的方式就能直接得到管材壁厚的偏心度, 且成本比采用两套Х射线的测量方案低很多。
1测量装置组成
如图3所示, 本装置具有1套Х射线成像装置 (图3中左侧) , 该装置包括1个Х射线发射管和1个Х射线图像传感器。采用Х射线照射管材可将管材的截面图像显示在Х射线图像传感器上。为了解决因测量距离改变而影响测量准确度的问题, 在与Х射线光路平行且接近重合的平面上放置了1套光学外径测量装置 (图3中右侧, 近似认为该装置与Х射线测量装置测量管材在同一个截面) , 其由可见光源 (一般为激光二极管) 、光学准直器和光学图像器件组成。可见光源发出的光线经过光学准直器后变成平行光, 平行光经过管材后会被遮挡一部分, 未被遮挡的部分照射在光学成像器件上会显示管材外径的轮廓图像, 该轮廓的尺寸便是管材外径。该装置可测量管材外径, 且测量结果不受管材位置的影响。通过测量管材外径值, 可标定管壁厚度的测量结果, 从而得到管壁厚度的准确值, 且该结果与管材位置无关。
为了直接测量管材壁厚偏心的大小, 本装置为上述壁厚偏心测量装置安装了1套旋转装置 (图3中未给出, 仅示意该装置的旋转轴) 。该旋转装置可使测量装置在±90°的范围内绕着旋转轴往复旋转。该角度范围可覆盖管材最薄处, 从而直接测得管材的偏心度。旋转装置由伺服和齿轮传动系组成。
2检测原理
图4为Х射线图像传感器上获取壁厚信息的方法和光学外径测量的方法。图4中左侧图像中的横坐标是以像素为单位的位置坐标, 纵坐标是Х射线的光强。选择Х射线中的3条特征光线a, b, c分析。其中, 光线a与管材外壁相切, 光线b与管材内壁相切, 光线c通过管材中心, 且a, b, c近似平行。未穿过管材的光线直接照射在Х射线图像传感器上, 可测得其光强为I0;穿过管材的射线在Х射线图像传感器上测得的光强<I0, 其大小遵守吸收公式:
式 (1) 中:μ为线吸收系数;T为Х射线穿过管材路径的长度。
由此可见, T越大则I越小。在图4中可以看到, 光线a的光强对应着管材截面图像中I0开始减小的突变点, 其位置坐标为P4.从光线a到光线b之间的光线穿过管材的路径越来越长, 光强越来越小, 呈现出单调减的趋势。光线b穿过管材的路径为最大值L1, 因此, 光线b的光强对应着管材截面图像中的最小光强Imin, 其位置坐标为P3.从光线b到光线c之间的光线穿过管材的路径越来越短, 因此, 光强越来越大, 呈现出单调增的趋势。光线c穿过管材的路径为L2+L3, 其光强介于Imin与I0之间, 在图像的中间区域中呈现出一个极大值。光线c左侧的光线及其右侧的光线在图像上呈现出对称的关系, 因此, 通过相同的方法可找到P2和P1点。图4中的位置坐标P4与P3的差值便是管材右侧的壁厚信息, 而位置坐标P2与P1的差值便是管材左侧的壁厚信息。壁厚信息需要乘以系数才能得到真实壁厚, 而本装置利用如下公式计算管材右侧的真实壁厚:
式 (2) 中:P4-P3和P4-P1分别为管材的壁厚和外径信息;t和D分别为管材的真实壁厚和外径。
外径D是通过图4右侧图像中光学图像传感器测得的P6和P5点的位置得到的, 具体公式为:
式 (3) 中:p为光学传感器的像素。
因此, 可将上述公式变换为如下公式便可得到管材的真实壁厚, 该结果与管材到Х射线图像传感器的距离没有关系:
对于偏心度这项重要指标, 必须通过测量截面的某个角度管壁厚数据才能得到。引入旋转机构后, 测量装置旋转到某一角度时, 可测量管壁最薄处和最厚处的大小。测得此数据后, 经过简单的运算就可直接得到管材壁厚的偏心度。测量装置的转动角度应>±90°。测量装置位于图5中左侧图像所示的角度时, Х射线图像中得到的壁厚信息分别为P2-P1和P4-P3测量装置在旋转机构的作用下顺时针旋转, 其测得此两处壁厚信息会发生变化, 前者会逐渐增大, 后者会逐渐减小。当测量腔15顺时针旋转到某个角度时, 测量的壁厚信息P2’-P1’为最大值, 而P4’-P3’为最小值, 即在这个角度测量到的为管材9最厚处和最薄处的大小。因此, 根据此两值可得到管材的偏心度。相比于采用2套Х射线成像系统的固定式测量装置, 本装置测量得到的偏心度结果更为直接和准确。
参考文献
[1]卜详秋, 黄靖, 闫传新, 等.提高橡胶挤出质量措施的研究[J].世界橡胶工业, 2000, 27 (1) .
[2]杨福家.原子物理学[M].北京:高等教育出版社, 2002.
管材与管材检测方法的探讨 篇3
1 管材的分类
按用途分可分为给水管、排水管与供电管道。给水管又分为冷热水用聚丙烯管道系统 (GB/T18742.1～3-2002) 和给水用聚乙烯 (PE) 管材 (GB/T13663-2000) ;排水管按材质不同主要有硬聚氯乙烯 (PVC-U) 排水管材 (G B/T5836.1-2006) 、管件 (G B/T5836.2-2006) 、聚丙烯消音管材 () 、埋地用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 双壁波纹管材 (GB/T18477-2007) 、埋地用聚乙烯 (PE) 双壁波纹管材 (GB/T19472.1-2004) 、埋地用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 加筋管材 (QB/T2782-2006) 与各种螺旋消音管等。供电管道有聚丙烯 (MPP) 管、埋地用氯化聚氯乙烯PV C-C电工套管 (QB/T2479-2000) 、高密度聚乙烯管、梅花管等。万变不离其终, 都是人造的化学管道, 给水的还要多一项即符合饮用水卫生许可要求, 管材质量的好坏只有通过检测才能分辨。
2 常规管材的检测
常规管材即硬聚氯乙烯 (PVC-U) 排水管, 是我们生活中常见的户外落水管或室内卫生间排污管道, 其直径通常有DN110、DN75、DN50等。需要检测的主要参数有:外观、壁厚、密度、维卡软化温度、纵向回缩率、二氯甲烷浸渍试验、拉伸屈服强度、落锤冲击试验等俗话说外行看热闹, 内行看门道。对于管材的优劣, 我简单的总结一下即:看、摸、掂一下。
(1) 看。到眼即是管材的外观。管材内外壁应该光滑, 不允许有气泡、裂口和明显的痕纹、凹陷、色泽不均及分解变色线。有缺陷的管材暗淡无光、有斑点、内壁有气孔。现有新工艺生产的管材, 即内外壁很光滑, 但就只有一层皮, 两层皮之间的夹层有明显色差。其质量也差, 因为硬聚乙烯在管材截面中的不均匀布置, 且其他参料多, 主要是内部。
(2) 摸。摸上去光滑、不扎手。假如上面有灰尘, 马上会沾到你手上显出管材的釉面, 证明该管材质量可以。假如摸上去毛乎乎的, 手上有粉沫状颗粒, 露出灰蒙蒙的表面, 表明该管材质量有点悬。
(3) 掂一下。简单的说管材是由塑料 (硬聚乙烯) 与参和料组成。每个厂家都有保密的配方, 也就生成了各种名牌。掂一下, 不是掂厂家的配方而是掂管材的重量。重量轻则说明塑料成份多;重则说明参和料多。参和料主要是CaCO3俗称石粉, 密度远大于硬聚乙烯。其影响在低温时更为明显, 石粉与塑料因温度影响产生不同程度的收缩, 如遇到外力撞击, 极易破裂。某些消费者会想:石粉多少钱一吨?塑料多少钱一吨?
下面再从科学的角度来分析一下管材的检测过程。
密度是GB/T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管材》中一个新增项目。密度要求管材成分中的硬聚氯乙烯按一定比例分布, 参料过多或过少都会影响管材质量, 密度一般是1350g/m3～1550g/m3。如参料石粉过多, 密度会偏大, 密度不符合要求的同时管材中各成分的粘聚力偏小, 抗拉强度往往也不符合要求。抗拉强度是先在管材不同位置取样, 制成哑铃状试件, 然后经过标准环境的调节之后, 用电子拉力机以5 mm/s的速度均速拉伸试件, 直至试件断裂。密度过大的试件由于分子间的粘结力小, 无塑化变形过程且拉伸强度要比规范要求低10～20MPa。密度合格的试件有一个明显的塑化变形时间段, 试件会被拉伸得很长, 断裂时外侧边缘会崩掉一小块, 形成缺口, 且抗拉强度能达到40 MPa以上。
二氯甲烷浸渍试验是对管材塑化程度与均一性的检测。随着自然界空气质量的变差, 酸雨的增多, 缩短了管材的使用寿命。简单的说二氯甲烷浸渍是对管材组成与抗化学腐蚀性能的检验。表面没有变化或极轻微变化表明管材塑化程度好。如表面变化劣于4 L则表明管材质量差, 抗腐蚀性能差。
纵向回缩率是把管材试件放入150℃高温的烘箱中, 恒温30 min, 取出等降温至20℃后, 观察试件表面变化情况。100 mm的间距中变化一般小于3%, 即为合格。
维卡软化点的检测是对管材升温过程中, 局部耐压性能的判定。规范要求对管材试件进行等速加温, 尖针在重力作用下, 插入管材1 mm, 外部的温度为管材的微卡软化点。微卡软化点如大于78℃, 管材合格。
落锤冲击试验是以规定质量和尺寸的落锤从规定高度冲击试验样品上规定的部位, 即可测出该批产品的真实冲击率。冲击试验过程中试件要载0℃时水浴中调节30 min, 载空气中30 s内完成, 是考验管材低温抗击打能力。
给水用PPR管的静液压实验是通过仪器对试件施加环向压应力, 如管材无破裂、无渗漏则管材合格。 (可加)
随着科技的发展, 常规管材又衍生出一系列的螺旋消音管。其主要特点是在内壁增加螺旋筋, 当水流顺着管壁往下流时, 由于螺旋筋的作用改变了水的流向, 降低了冲击管壁的噪音, 同时由于增加了螺旋筋, 还改善了管材的一些其他性能。总之根据检测规范的要求, 对相应的管材进行物理、化学性能的检测, 符合要求后才能流入市场。
3 埋地管材的检测
上面谈到的是常规管, 大多是地面以上的, 下面解析一下埋地管, 它主要是埋于地下, 施工中一般先开挖, 再按规范埋置管道, 最后回填土方。其大致可分为柔性管与刚性管。刚性管包括混凝土管、钢筋混凝土管、球墨管、钢管等;柔性管按用途可分为2种:第1种最常见, 主要用于市政埋地排污、排水用管道, 主要成份是硬聚氯乙烯、聚乙烯等。他们都具有埋地环境下有合适强度和刚度、重量轻、使用寿命长、便于铺设安装的特点。第2种是自来水管中的给水管:如聚乙烯PPR管、PE管等。它的主要成份还关系到我们引用水质的安全问题。
管材质量不过关给社会带来许多危害。例如重复投资, 某工地去年刚完工的管线, 启用不到一年, 管道因多处破裂不得不重新开挖铺设。常州大学城某宿舍、教学楼因给水管爆裂出现大面积停水, 食堂吃饭都成了问题。管材的质量差, 对人生命构不成危险, 往往不会引起人们的重视, 但它与我们的生活息息相关, 会给我们带来不必要的麻烦与金钱的损失。
管材检测应在管材进入工地后, 随机抽取样品, 业主、监理封样后送检。检测程序应在施工进行前进行。
环刚度与环柔性是检测埋地排污、排水管的重要指标。也是1组相对矛盾的指标。环刚度检测是将试样水平放置, 按管材的直径确定平板的压缩速度, 用两个互相平行的平板垂直方向对试样施加压力。在变形时产生反作用力, 用管件截面直径方向变形量为0.03di (管材试样内径) 时的力值计算环刚度。简单的说环刚度要求管材有一定强度, 抵抗变形, 而环柔性则要求管材有一定的韧性, 当变形量为30%Di (管材外径) 时不开裂, 随着卸载, 管材能回弹并保持圆滑弯曲, 无反向变形。
烘箱试验是把管材放入烘箱中, 管壁不能与烘箱壁接触, 在规定温度 (135℃) 作用一段时间, 取出放在20℃的室温中观察管材变化。如管材开裂、分层则该组管材不合格。
落锤冲击试验过程与常规管材的相同, 只是锤头、高度不同, 都是要求真实冲击率 (TIR) 小于等于10%, 为合格。
通过以上方法对管材进行检测, 发现有些管材搀加了大量的CaCO3。国家标准对CaCO3的掺量要求少于20%, 粒径小于3微米, 目的是改善管材的力学性;PVC的含量至少要80%以上, 提高管材的耐久性与抗腐蚀性。过多的CaCO3会使管材有好的刚度, 但环柔性、抗冲击性能、耐腐蚀性能差。假如少量的PVC颗粒包裹着CaCO3, CaCO3则很容易被管道中流动的污水溶解并带走, 留下絮状支架。这也是刚完工的管线, 启用不到一年, 管道因多处破裂不得不重新开挖铺设的原因所在。
检测只是一种方法, 只有通过科学公正的检测材能发现劣质管材的质量问题, 并给业主把好质量关。对于管材的购买者来说, 切莫贪图便宜, 一分钱一分货, 人无远虑, 必有近忧。对于管材的生产者来说, 质量是企业的生存之本, 劣质低价也许能获得眼前利益, 但会损害企业品牌的价值。相信中国制造会越走越远, 也希望质检部门加大现场抽查的力度, 使劣质产品无处藏身。
参考文献
[1]季方.如何选定空心无底板材冲压件的成形工艺[J].安徽纺织职业技术学院学报, 2002 (2) .