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：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。