[发明专利]一种测量管道尺寸参数的检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种测量管道尺寸参数的检测方法，其特征在于，包括测量管道尺寸参数的检测系统，检测系统包括：检测装置、检测平台以及计算机，所述检测装置至少为1个，且安装于检测平台之上，所述检测装置采集到的数据传输至计算机，所述计算机通过分析计算得出管道尺寸参数，并显示结果；

所述检测装置由检测模块和三轴模块组成，三轴模块由X轴滚珠丝杆、Y轴滚珠丝杆、Z轴滚珠丝杆组装而成，用于调节检测模块沿着X轴、Y轴、Z轴的运动；

所述检测模块由外径检测探头、内径检测探头、环形伸缩套、圆柱伸缩杆、水平旋转机构、竖直旋转机构、轴向旋转机构及固定机构组成；所述固定机构与Z轴滚珠丝杆固定连接，所述水平旋转机构与所述固定机构铰接后在水平方向旋转，所述竖直旋转机构与所述水平旋转机构铰接后在竖直方向旋转，所述轴向旋转机构与所述竖直旋转机构铰接后进行轴向旋转；所述环形伸缩套为环状，且与所述轴向旋转机构固定连接，所述圆柱伸缩杆位于所述环形伸缩套的中心并与所述轴向旋转机构固定连接；所述环形伸缩套的末端固定连接外径检测探头，所述外径检测探头至少为两个且为偶数，并且圆周方向对称分布；所述圆柱伸缩杆末端固定连接内径检测探头；所述外径检测探头及内径检测探头位于同在一个径向平面上，所述外径检测探头和内径检测探头采用高精度激光测距传感器，实现对距离的检测；

所述外径检测探头及内径检测探头与所述水平旋转机构、竖直旋转机构、轴向旋转机构同步转动，且跟随所述三轴模块的X轴滚珠丝杆、Y轴滚珠丝杆、Z轴滚珠丝杆同步移动；

所述环形伸缩套以及所述圆柱伸缩杆轴向伸缩，带动所述外径检测探头及内径检测探头轴向位移；

所述检测平台上设有位置基准点O(0、0、0)，所述检测装置在以该位置基准点为零点的坐标系中建立位置关系，所述检测模块的中心点为所述竖直旋转机构的中心A，检测模块的中心A的坐标为(Lx，Ly，Lz)；

检测方法包括以下步骤：

第一步，将被测管道固定在检测平台上，被测管道有两个管道安装端，在检测平台上靠近被测管道的安装端位置各安装一套检测装置，检测装置包括了检测模块以及三轴模块，两个检测模块都在以检测平台基准点O为零点的坐标系中建立位置关系；

第二步，根据被测管道的技术参数在计算机中设置管道壁厚、管道圆度、管道安装端端面与管道中心轴线的角度、管道安装端内外粗糙度、管道前后安装端端面圆心之间距离及安装端轴线之间角度等参数及对应可接受偏差；

第三步，根据被测管道的管道端面的位置粗略调节检测装置各自由度运动，使检测模块的检测端面对准被测管道的管道端面；

记录检测模块中心点A相对于检测平台基准点的坐标(Lx、Ly、Lz)；同时计算机记录检测模块相对基准坐标位置O的水平偏转角δ、竖直偏转角θ，换算得到检测模块的检测截面圆心A1距离检测模块中心点的伸缩移动距离L；即检测模块检测截面圆心A1的坐标位置(X、Y、Z)＝(Lx+Lcosθcosδ，Ly+Lsinθ，Lz+Lcosθsinδ)，同时可以换算得到检测模块轴线方向在三维坐标系中的单位向量[m1，m2，m3]＝[cosθ1cosδ1、sinθ1、cosθ1sinδ1]；

第四步，基准检测位置定位：检测模块围绕被测管道进行轴向旋转检测，同时慢慢伸入被测管道扩大检测范围，当检测模块所有探头都能采集到数据时，计算机记录检测模块采集到的外径检测探头距离管道外壁的数据(A1、A2、A3…An)、内径检测探头距离管道内壁的数据(B1、B2、B3…Bn)。计算机对两组数据进行分析计算得出被测管道一端轴线单位向量为[m4，m5，m6]。控制检测模块中轴向旋转机构、竖直旋转机构、水平旋转机构运动，使得检测模块轴线方向单位向量与被测管道的管道一端轴线单位向量保持一致，即也为[m4，m5，m6]，此时检测模块轴线与被测管道的管道一端的两个轴线重合。同时计算此时检测模块中外径检测探头和内径检测探头的检测截面圆心A1的坐标位置(X1、Y1、Z1)即可完成检测模块基准检测位置的定位，也就是检测模块的检测截面圆心A1的坐标位置(X1、Y1、Z1)，检测模块轴线方向单位向量为[m4，m5，m6]；

第五步，被测管道外径及内径的计算：基准检测位置定位完成后，检测模块退回被测管道端口，检测模块按照单位向量[m4，m5，m6]的方向旋转前进采集数据。检测模块的外径检测探头采集数据为(a1、a2、a3…an)、内径检测探头采集数据为( b1、b2、b3…bn)，外径检测探头距离检测截面圆心A1距离为a，内径检测探头距离检测截面圆心A1距离为b；利用数据a减去外径检测探头采集数据(a1、a2、a3…an)，得到被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)；利用数据b加上外径检测探头采集数据(b1、b2、b3…bn)，得到被测管道内径参数(P1、P2、P3…Pn)；

第六步，被测管道壁厚计算：由于检测模块外径检测探头及内径检测探头同在一个径向平面上，所以根据被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)、被测管道内径参数(P1、P2、P3…Pn)，两组数据相减得到被测管道壁厚数据(D1、D2、D3…Dn)，通过计算壁厚数据算术平均值则得到被测管道壁厚D，即有

第七步，被测管道内外粗糙度计算：根据被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)、被测管道内径(P1、P2、P3…Pn)两组数据，计算得到被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)数据的平均值Q、被测管道内径参数(P1、P2、P3…Pn)数据的平均值P；计算被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)数据与管道外径参数平均值Q之间的差值得到数据(ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3…ΔQn)，计算被测管道内径参数(P1、P2、P3…Pn)数据与管道内径参数平均值P之间的差值得到数据(ΔP1、ΔP2、ΔP3…ΔPn)；分别求取(ΔQ1、ΔQ2、ΔQ3…ΔQn)、(ΔP1、ΔP2、ΔP3…ΔPn)两组数据绝对值的算术平均值即为被测管道外表面粗糙度Ra1及被测管道内表面粗糙度Ra2，即有

第八步，被测管道内外圆度计算：根据被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)、被测管道内径参数(P1、P2、P3…Pn)两组数据；计算得到被测管道外径参数平均值Q、被测管道内径参数平均值P。选取被测管道外径参数(Q1、Q2、Q3…Qn)、被测管道内径参数(P1、P2、P3…Pn)数据中外径最大值Qx、外径最小值Qy、最大内径Px、最小内径Py。被测管道最大外径Qx减去最小外径Qy的差值除以被测管道外径参数平均值Q的运算结果即为被测管道外圆度O1；被测管道最大内径Px减去最小内径Py的差值除以被测管道内径参数平均值P的运算结果即为被测管道内圆度O2，即有

第九步，管道端面与被测管道中心轴线的角度计算及管道端面圆心A2的确立：检测模块按照基准检测位置的单位向量[m4，m5，m6]的方向旋转前进采集数据，当第一个外径检测探头进入被测管道，并采集到第一个数据时，记录当前位置距离检测模块中心点A的伸缩移动距离L1；当最后一个外径检测探头进入被测管道，并采集到第一个数据时，记录当前位置距离检测模块中心点A的伸缩移动距离L2；管道端面与道被测管道轴线所成的角度为即有Q为被测管道外径平均值；管道端面圆心A2处的伸缩移动距离L_A2为两次上述两次伸缩移动距离的平均值，即管道端面圆心A2坐标为(Lx+L_A2cosθcosδ，Ly+L_A2sinθ，Lz+L_A2cosθsinδ)；

第十步，为了区分左、右两个管道端面的圆心，将以上步骤中管道端面圆心A2，分为左端面圆心N，右端面圆心V，为了区分左、右两个检测模块的模块中心点，将以上步骤中模块中心点A，分为左模块中心点M，右模块中心点W；

道被测管道有左右两个管道端面，道被测管道左端的检测模块在基准检测位置时，相对水平位置的偏转角δ1、相对竖直位置的偏转角θ1，被测管道左端面圆心点N距离检测模块中心点M的检测伸缩移动距离为Ln，即有左模块中心点M的坐标位置(Lx1，Ly1，Lz1)、N点坐标(Lx1+Ln cosθ1cosδ1，Ly1+Ln sinθ1，Lz1+Ln cosθ1sinδ1)、MN轴线方向单位向量为

道被测管道右端的检测模块在基准检测位置时，相对原本水平位置的偏转角δ2、相对原本竖直位置的偏转角θ2，被测管道左端面圆心V距离右模块中心点W的检测伸缩移动距离为Lv，即有右模块中心点W的坐标位(Lx2，Ly2，Lz2)、V点坐标(Lx2+Lv cosθ2cosδ2，Ly2+Lvsinθ2，Lz2+Lv cosθ2sinδ2)、WV轴线方向单位向量为

运算数据后在计算机中建立两组向量的坐标关系，被测管道左、右端面圆心距离L_NV即为左端面圆心N点、右端面圆心V点之间的距离，设Lx＝Lx1+Ln cosθ1cosδ1-Lx2-Lv cosθ2cosδ2、Ly＝Ly1+Ln sinθ1-Ly2-Lv sinθ2、Lz＝Lz1+Ln cosθ1sinδ1-Lz2-Lv cosθ2sinδ2；则采用单位向量法得出被测管道左右端轴线之间的角度Φ，则有

第十一步，计算机对计算得到的被测管道的管道壁厚D、管道外粗糙度Ra1、管道内粗糙度Ra2、管道外圆度O1、管道内圆度O2、管道端面与管道中心轴线的角度管道前后安装端端面圆心距离离L_NV及安装端轴线角度Φ等技术参数进行记录，并与提前输入的合格参数中数据进行比较，判断是否在偏差范围内，是否满足工程现场的装配要求，同时显示检测结果。