一种非接触式高精度管壁厚度检测装置

1.本实用新型涉及壁厚检测技术领域，具体为一种非接触式高精度管壁厚度检测装置。


背景技术：

2.具有中空截面的待测管等管材，大量用作输送流体，如输送石油、天然气、煤气、水及某些固体物料的管道等。待测管与圆钢等实心钢材相比，在抗弯抗扭强度相同时，重量较轻，是一种经济截面钢材。广泛用于制造结构件和机械零件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚手架等用待测管制造环形零件，可提高材料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，已广泛用待测管来制造。
3.中空截面管材应用广泛，但有个共同点，就是对其质量有一定的要求，而待测管管材的壁厚、外径、内径等均是其一项重要的技术指标，因此对这些数据都要进行精准的测量，是非常重要的。
4.在管材刚冶炼出来，还是发热红管时温度可达800
°
以上，传统方法工厂工人手持激光测厚仪需等红管温度下降再检测，无法进行及时测量，且需要多次多位置测量，效率低。
5.综上所述，现在的中空截面管材测厚装置缺少及时并且高精度测厚、测内径和外径的效果，使得检测工人效率低、风险高，无法及时检测出不合格品，造成了资源的浪费及管材生产的极大不便。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.本实用新型公开了一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，包括平台、电涡流传感器，伸缩杆，支撑杆，控制设备，外部支架等。平台可控制待测管翻转；控制设备可控制伸缩杆及外部支架同时移动；伸缩杆头部有三个电涡流传感器及其支撑杆置于待测管内部，三个支撑杆位于同一平面，相隔角度均匀且支撑杆可伸缩，伸缩时长度时刻相等，三个电涡流传感器位于以杆头中心为圆心，半径为支撑杆长度的圆上；外部支架在待测管外部，呈圆弧形，支架内侧布置3个电涡流传感器，外部支架时刻在支撑杆上方，不严格要求在同一平面。此三个电涡流传感器位于以杆头中心为圆心，半径固定的圆上。所有的电涡流传感器外面有隔热保护套。
9.控制设备可控制伸缩杆及外部支架同时移动的位置，移动过程中时刻保持外部支架时刻在支撑杆上方，且可时刻记录待测管内外共6个电涡流传感器的数据并进行计算，在得到待测管不同部分的壁厚。
10.伸缩杆布置在待测管内，要求待测管有一定的内径，最长可伸缩6m，伸缩杆头部有
三个电涡流传感器及其支撑杆，支撑杆可伸缩，三个支撑杆的杆头位于同一平面，支撑杆杆头中心相隔角度均匀且可测。
11.外部支架在待测管外部，侧面呈圆弧形，由控制设备控制移动。内侧布置的3个电涡流传感器，在半径固定的圆上。
12.待测管置于平台上，外部支架和支撑杆的电涡流传感器可在得到待测管该部分壁厚数据，平台可旋转待测管固定度数(例如30
°
)，多次对该部分进行壁厚检测，再对该部分壁厚数据分析。
13.整个测量过程设备不接触管壁，且可以使支撑杆收缩至距离管壁较远距离，并在电涡流传感器表面增加隔热保护材料，并不影响检测可对发热红管进行壁厚检测。
14.伸缩杆上电涡流传感器可测到管内部的距离d1、d2和d3，外部支架的电涡流传感器可测到管外侧的距离c1、c2和c3，精度达微米级。支撑杆连接电涡流传感器长度在移动过程中不变，易测得r1、r2和r3，外部支架的传感器到圆心的距离不变，易测得r1、r2、r3。
15.电涡流传感器n1-3共圆，电涡流传感器y1-3共圆，分别以两个圆心为原点建立坐标系，分别以电涡流传感器y1和电涡流传感器n1的横坐标为x轴坐标0点，以侧外径为例，电涡流传感器y2和y3可由与坐标轴夹角和半径求得，夹角可提前测得，由c1，c2和c3数据可得到a、b和c点的坐标，由不在同一条直线的三点必在同一个圆上定理，则可得到一个以待测管部分外径为半径的圆，同理可得到待测管部分内径为半径的圆，在计算得待测管该部分的壁厚。
16.上述可得：本装置对外部支架和支撑杆的圆度要求较高，但不要求其布置的电涡流传感器在同一垂直待测管的平面，且对应的两个电涡流传感器也不需要圆心成一条直线，外部支架长时间悬挂稍微下移也不影响结果。本装置测出待测管的内外径，相减得到待测管的壁厚，结构简单，易于操作，检测精度高，精度可达微米级。
附图说明
17.图1为本实用新型的三维立体示意图
18.图2为本实用新型的侧视示意图
19.图3为本实用新型的内径计算示意图
20.图4为本实用新型的外径计算示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1-4所示，一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，包括平台(1)、控制设备(2)、伸缩杆(3)、支撑杆(4)、电涡流传感器(5)(7)和外部支架(6)，其特征在于：平台(1)可控制待测管翻转；控制设备(2)可控制伸缩杆(3)及外部支架(6)同时移动；伸缩杆(3)头部有三个电涡流传感器(5)及其支撑杆(4)置于待测管内部，三个支撑杆(4)位于同一平面，相隔角度均匀且支撑杆可伸缩，伸缩时长度时刻相等，三个电涡流传感器(5)位于以杆头中心
为圆心，半径为支撑杆长度的圆上；外部支架(6)在待测管外部，呈表标准的圆弧形，支架内侧布置3个电涡流传感器(7)，此三个电涡流传感器(7)半径固定的圆上。所有的电涡流传感器(5)(7)外面有隔热保护套。待测管置于平台(1)上，平台(1)可旋转待测管，控制设备(2)使外部支架(6)和伸缩杆(3)同时移动，且可时刻记录待测管内外共6个电涡流传感器的数据(5)(7)并进行计算，得到待测管不同部分的壁厚。
23.未进行管厚检测时，先对两个人为建造的标准圆确定半径，即电涡流传感器n1-n3所在圆和电涡流传感器y1-3所在圆，分别为r和r。然后分别以分别以两个圆心为原点建立坐标系，分别以电涡流传感器y1和电涡流传感器n1的横坐标为x轴坐标0点，以侧外径为例，电涡流传感器y2和y3可由与坐标轴夹角和半径求得，夹角可提前测得。那么电涡流传感器n1-6的坐标如下：
24.电涡流传感器n1-3：(0,r)，(-rsinθ1,-rcosθ1)，(rsinθ2,-rcosθ2)
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(1)
25.电涡流传感器y1-3：(0,r)，(-rsinθ3,-rcosθ3)，(rsinθ4,-rcosθ4)
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(2)
26.伸缩杆上电涡流传感器可测到管内部的距离d1、d2和d3，外部支架的电涡流传感器可测到管外侧的距离c1、c2和c3，那么可得到待测管内壁上的三点a,b,c和外壁上的三点a,b,c。坐标如下：
27.a(0,r+d1)，b(-(r+d2)sinθ1,-(r+d2)cosθ1)，c((r+d3)sinθ2,-(r+d3)cosθ2)
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(3)
28.a(0,r-c1),b(-(r-c2)sinθ3,-(r-c2)cosθ3),c((r-c3)sinθ4,-(r-c3)cosθ4)
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(4)
29.由不在同一条直线的三点必在同一个圆上定理，则可得到一个以待测管部分外径为半径的圆，同理可得到待测管部分内径为半径的圆，在计算得待测管该部分的壁厚。
30.若三个已知点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)，圆的一般方程可写为二次多项式，即
31.a(x2+y2)+bx+cy+d＝0
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(5)
32.将式(1)变形可得圆的标准方程，即
[0033][0034]
三坐标点带入公式(5)(6)可得：
[0035]
a＝x1*(y2-y3)-y1*(x2-x3)+x2*y3-x3*y2；
[0036]
b＝(x1*x1+y1*y1)*(y3-y2)+(x2*x2+y2*y2)*(y1-y3)+(x3*x3+y3*y3)*(y2-y1)；
[0037]
c＝(x1*x1+y1*y1)*(x2-x3)+(x2*x2+y2*y2)*(x3-x1)+(x3*x3+y3*y3)*(x1-x2)；
[0038]
d＝(x1*x1+y1*y1)*(x3*y2-x2*y3)+(x2*x2+y2*y2)*(x1*y3-x3*y1)+(x3*x3+y3*y3)*(x2*y1-x1*y2)；
[0039]
x＝-b/(2*a)；
[0040]
y＝-c/(2*a)；
[0041]
r＝sqrt((b*b+c*c-4*a*d)/(4*a*a))
[0042]
将a,b,c和a,b,c代入上述公式，计算可得内壁圆的半径和外壁圆的半径，即该待测管部分的内径n和外径γ，则壁厚：
[0043]
h＝γ-n
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(7)
[0044]
由上公式可测得三点的壁厚、内径和外径，接着平台(1)可旋转待测管固定度数(例如30
°
)，多次对该部分进行壁厚检测，再对该部分壁厚数据分析。
[0045]
完成该部分检测后伸缩杆(3)向管内推进设定距离，实时测量待测管的壁厚，重复上述步骤，至管尾部得到待测管的壁厚、内径和外径数据。
[0046]
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，包括平台(1)、控制设备(2)、伸缩杆(3)、支撑杆(4)、电涡流传感器(5)(7)和外部支架(6)，其特征在于：平台(1)可控制待测管翻转；控制设备(2)可控制伸缩杆(3)及外部支架(6)同时移动；伸缩杆(3)头部有三个电涡流传感器及其支撑杆(4)置于待测管内部，三个支撑杆(4)位于同一平面，相隔角度均匀且支撑杆可伸缩，伸缩时长度时刻相等，三个电涡流传感器位于以杆头中心为圆心，半径为支撑杆长度的圆上；外部支架(6)在待测管外部，呈标准的圆弧形，支架内侧布置3个电涡流传感器，此三个电涡流传感器半径固定的圆上；所有的电涡流传感器外面有隔热保护套；待测管置于平台(1)上，平台(1)可旋转待测管，控制设备(2)使外部支架(6)和伸缩杆(3)同时移动，且可时刻记录待测管内外共6个电涡流传感器的数据并进行计算，得到待测管不同部分的壁厚。2.根据权利要求1所述的一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，其特征在于：控制设备(2)可控制外部支架(6)和伸缩杆(3)同时移动设定距离，并记录伸缩长度和电涡流传感器(5)(7)测出的距离数据并计算出待测管的内外径和壁厚。3.根据权利要求1所述的一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，其特征在于：伸缩杆(3)最长可伸缩6m，伸缩杆(3)头部有三个电涡流传感器及其支撑杆置于待测管内部，电涡流传感器(5)位于以杆头中心为圆心，半径为支撑杆长度的圆上，支撑杆的杆头中心相隔角度较均匀且可测。4.根据权利要求1所述的一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，其特征在于：外部支架(6)在待测管外部，侧面呈圆弧形,支架内侧布置3个电涡流传感器，在半径固定的圆上。5.根据权利要求1所述的一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，其特征在于：伸缩杆(3)上电涡流传感器可测到管内部的距离d1、d2和d3，外部支架(6)的电涡流传感器可测到管外侧的距离c1、c2和c3，精度达微米级。6.根据权利要求1所述的一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，其特征在于：待测管置于平台(1)上，外部支架(6)和支撑杆(4)的电涡流传感器可根据圆上三点坐标数据计算出三点所在圆的半径，得到所在管部分的内外径，在得到管该部分壁厚数据，平台(1)可旋转待测管固定度数，多次对该部分进行壁厚检测，再对该部分壁厚数据分析。7.根据权利要求1所述的一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，其特征在于：整个测量过程设备不接触管壁，且可以使支撑杆(4)收缩至距离管壁较远距离，并在电涡流传感器表面增加隔热保护材料，并不影响检测可对发热红管进行壁厚检测。

技术总结
本实用新型公开了一种非接触式高精度管壁厚度检测装置，包括平台、电涡流传感器，伸缩杆，支撑杆，控制设备，外部支架等。平台控制待测管翻转；控制设备控制伸缩杆及外部支架移动；伸缩杆头部有支撑杆，三个支撑杆位于同一平面，相隔角度均匀且支撑杆可伸缩，长度时刻相等，杆头三个电涡流传感器位于以杆头中心为圆心，半径为支撑杆长度的圆上；外部支架在待测管外部，支架内侧置有3个电涡流传感器其位于半径固定的圆上；电涡流传感器外侧有隔热保护套。本实用新型具有非接触式测管壁厚功能，解决了现有的刚生产的具有中空截面热管壁厚无法及时测量的问题，同时可检测待测管的内径和外径，精度达微米级，提高了中空截面管壁厚度检测的效率。度检测的效率。度检测的效率。


技术研发人员：卢俊辉 岳云涛 张律 韩雨轩 范志顺
受保护的技术使用者：江汉大学
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/8/17