專利名稱：外表面測量法氣瓶試驗裝置的制作方法
技術領域：
氣瓶屬于國際范圍內使用的移動式壓力容器，其使用量廣、范圍廣，可以反復充 裝。我國的在役鋼質無縫氣瓶就有上千萬只。為了減少氣瓶泄漏或爆炸所導致財產損失和 人身傷亡的可能性，必須對出廠投入使用前的氣瓶及對在服役的氣瓶定期做水壓試驗來確 定氣瓶的彈、塑性變形量。對氣瓶進行水壓試驗，能夠精確地獲得氣瓶容積全變形量，殘余 變形量，并可得到容積殘余變形率。將氣瓶水壓試驗所測得容積殘余變形率值與氣瓶所規 定判廢的標準(其中GB/T11640-89規定鋁合金氣瓶為5%，GB5199規定無縫鋼瓶為3% ) 作比較，以作為氣瓶合格、降級使用或報廢的依據。伴隨氣瓶試驗的同時，氣瓶試驗裝置也應運而生。其氣瓶試驗裝置從20-30年代 開始，經過了手工操作，60-70年代半自動控制，到了 80-90年代的計算機自動控制的歷程。 特別是從九十年代，由于微型計算機廣泛應用及軟件開發技術不斷進步，使得傳統的氣瓶 水壓試驗裝置由硬件配置改善和提高轉移到以測控軟件配置水平的提高上來。長期以來， 氣瓶測驗一直沿用水壓試驗方法，盡管在這基礎上只有一定的創新和改進，然而水套法本 身的諸多缺陷還是難以克服的。液體滲漏，測量精度有限所以從某種意義上來說，目前氣瓶 水壓試驗裝置水平很大程度上影響和制約了氣瓶行業發展。為了使國內企業在氣瓶安全可 靠性方面更具競爭力，并把我國的氣瓶打入國際市場，氣瓶水壓試驗裝置水平的提高已勢 在必行。
背景技術：
本設計以測量外表面體積變化為手段，采用變形量傳感器直接獲得氣瓶的外形數 據，通過多次測量獲得氣瓶的全變形量和殘余變形量并計算出變形率。操作方法有許多，大 概可分為接觸測量和非接觸測量，具體方法有探針法，激光測距法，聲納法等。這里借助激 光測距法做以簡單介紹。自60年代激光產生以后，工業生產中的非接觸、在線測量是非常重要的應用領 域，它可以完成許多用接觸式測量手段無法完成的檢測任務。普通的光學測量在大地測繪、 建筑工程方面有悠久的應用歷史，其中距離測量的方法就是利用基本的三角幾何學。在80 年代末90年代初，人們開始激光與三角測量的原理相結合，形成了激光三角測距器。它的 優點是精度高，不受被測物的材料、質地、形狀、反射率的限制。從白色到黑色，從金屬到陶 瓷、塑料都可以測量。激光三角法位移測量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被測物體表面，然 后從另一角度對物體表面上的激光光斑進行成像，物體表面激光照射點的位置高度不同， 所接受散射或反射光線的角度也不同，用CCD光電探測器測出光斑像的位置，就可以計算 出主光線的角度，從而計算出物體表面激光照射點的位置高度。當物體沿激光線方向發生 移動時，測量結果就將發生改變，從而實現用激光測量物體的位移。激光測微儀也就是根據這種原理測量距離變化，進而測量氣瓶體積變化。全過程 非接觸，不會對被測對象的外表面造成影響。于普通的水壓試驗方法，裝卸也比較簡單，無需再考慮液體對于裝置、環境、以及操作的影響。對于聲納和探針等其他獲取外表面變化的方法也各有優缺點，但都能達到對于氣 瓶外表面體積變化的測量。
發明內容
本文參考GB/T9251-1997《氣瓶水壓試驗方法》的有關規定，設計了一套微機測控 氣瓶水壓試驗系統的流程。本裝置試驗的硬件主要包括外表面探測模塊(激光探頭，聲納 源，探針等)，數控掃描模塊，氣瓶打壓模塊，主機模塊。全設備通過外表面探測模塊多方位 采集氣瓶外表面坐標數據，通過軟件講各點坐標加以擬合，計算出所測體積。經過多次測量 結果，計算出變形量，殘余變形量，殘余變形率。并可進一步得到形變位置的具體數據。以激光測微儀作為探測儀器選擇的例子，如使用其他方法，同樣需達到相關指定 的測量精度和掃描頻率。檢測距離100士40mm，分辨率16 μ m，采樣速度0. 15ms (應答速度 0. 3ms)。根據所測鋼瓶型號，選擇激光測微儀數量，并加以排列。通常情況下采用數值線性 布置，或者徑向延圓周排列。考慮到成本，因此在一般情況下，采用單一激光測微頭也是足 夠的。在采集過程中激光沿滑軌運動，滑軌相對氣瓶做旋轉運動，使得激光探頭合成旋轉向 上或旋轉向下的絕對運動路徑掃描氣瓶。本裝置可采用電接點壓力表，可以對試驗壓力的上限進行設定，起到超壓保護作 用。按我國氣瓶水壓試驗標準和美國DOT法標準規定必須安裝能顯示試驗壓力的電接點 壓力測量儀表，用于讀取試驗壓力的壓力測量儀表的精度級別不低于1. 5級。加壓泵作為氣瓶水壓試驗的一個重要組成部分，其作用是為了使受試瓶緩慢而平 穩地升壓，流量不宜過大。加壓泵的選擇同樣需要考慮氣瓶水壓試驗標準中對泵的性能要 求。試驗裝置的控制系統可采用計算機獨立控制、PLC獨立控制或上下位機分布式兩 級控制方式。控制過程和數據采集通過通信接口協同完成。系統控制軟件包括變形量測 量模塊、通信模塊、壓力數據模塊、閥泵啟停模塊、水路電磁閥控制模塊、氣路電磁閥控制模 塊、各類按鈕指示燈控制模塊等。用戶操控軟件包括與數控氣瓶驅動通信、系統參數的設 置、實驗數據的記錄、水壓試驗的控制等。本系統得主要特點有1)本實驗摒棄了水套實驗法對于氣瓶的檢測，而是采用干式外表面測量法，對于 氣瓶加壓前后外表的面變化進行測量，從而獲得氣瓶體積變化數據。對于氣瓶本身沒有損 傷，并且能夠測量出具體變化位置及其數值。2)本控制系統可采用計算機獨立控制、PLC獨立控制或上下位機分布式兩級控制 方式。3)外表面測量法通過接口通信連接計算機工作，在獲得外表面數據之后將其傳輸 給計算機，計算機通過軟件支持，講數據信息按照一定的規律排列，并加以擬合，形成立體 的數據模塊，從而計算出所測氣瓶的體積。4)采用壓力變送器來測量系統的壓力信號，讀取并保存并在數字濾波之后在屏幕 上實時顯示。5)根據用戶的需要，可以顯示氣瓶變化位置和變化程度，并以圖表形式直觀的表現出來。6)可以由用戶設定氣瓶水壓試驗的壓力和保壓時間。7)可以按照用戶要求生成氣瓶水壓試驗的各類試驗報告。8)用戶可以修改控制參數，實現對氣瓶的不同試驗要求。9)本系統對工作狀態進行實時監視提供系統超壓報警等異常報警，可以視異常 的危險程度，終止系統運行。
1-受試瓶；2-專用接頭；4-試驗用水槽；5-壓力測試儀表(讀取試驗壓力用)； 6-精密壓力表(校驗其他壓力試驗儀表用)；7-壓力測量儀表(指示、控制泵出口壓力用)； 11-轉盤(調節導軌圓周位置)；12-外表面測試裝置；13-導軌(調節激光測微儀豎直位 置)；14-活接頭；15-試壓泵；3、16-低壓閥；8、9、10_高壓閥；17-傳動結構；18-電動機； 19-支撐結構。具體實施方案(以激光測距法為例)1)記錄待試瓶的有關數據2)安裝受試瓶3)排氣開啟閥8和9，啟動水壓泵15，排盡承壓管道內的空氣后停止水壓泵15，關閉閥8。4)設備歸零啟動轉盤11，使其位于測量初始位置，啟動并調節導軌13，使激光測微儀位于測 量初始位置。5)測量啟動設備，導軌13和其滑塊分別做相對于瓶體的豎直運動和旋轉運動，使外表面 測試裝置12的絕對運動路徑為旋轉向下，掃描全瓶。6)擬合將采集到的數據利用軟件分析處理，剔除多余信息，將最后保留信息按一定規則 擬合，測量出氣瓶體積，并將各個參數保存。7)檢漏啟動水壓泵15，當壓力測量儀表5和7的示值升到受試瓶1的公稱工作壓力時，停 止水壓泵15，關閉閥9后檢查是否有泄漏。8)升壓在確認無泄漏的情況下開啟閥9，重新啟動水壓泵15。當壓力測量儀表5和7的 示值升到受試瓶1的試驗壓力時，停止水壓泵15，關閉閥9。9)保壓從關閉好閥9起開始保壓計時。達到規定的保壓時間后，將多次掃描擬合的數據 進行分析處理，得到實驗結果。10)卸壓開啟閥9，緩慢卸壓。待壓力表5的示值歸“零”讀取數據，獲得殘余變形量。11)卸下受試瓶
從實驗裝置中卸下受試瓶1，從受試瓶上卸下專用接頭2。
權利要求
外表面測量法氣瓶試驗裝置，屬于氣瓶質量檢測技術領域，其特征是由外表面變形量傳感器部分、數據分析擬合部分、電氣控制部分、微機跟蹤部分連接組裝結構而成。其技術特點在于1.可以借助外表面變形量傳感器部分精確測得待測氣瓶體積及其變化并通過軟件擬合并構建三維模型；2.可以精確測得氣瓶外部任意位置變形值和全變形量、殘余變形量并計算出殘余變形率；3.可以借助多種的外表面測量工具達到干式測量的目的。
2.根據權利要求1的外表面測量法氣瓶試驗裝置，其特征是可以借助外表面變形量 傳感器部分精確測得待測氣瓶體積及其變化并通過軟件擬合并構建三維模型。
3.根據權利要求1所述的外表面測量法氣瓶試驗裝置，其特征是可以精確測得氣瓶 外部任意位置變形值和全變形量、殘余變形量并計算出殘余變形率。
4.根據權利要求1所述的外表面測量法氣瓶試驗裝置，其特征是可以借助多種的外 表面測量工具達到干式測量的目的。
全文摘要
外表面測量法氣瓶試驗裝置，屬于氣瓶質量檢測技術領域，它由外表面變形量傳感器部分、數據分析擬合部分、電氣控制部分、微機跟蹤部分連接組裝結構而成，其技術特點在于利用變形量傳感器部分采集數據，測量設備與氣瓶表面的距離變化，來采樣擬合氣瓶體積并獲得其體積變化，最終測得所需要的氣瓶全變形量、殘余變形量及計算出殘余變形率。解決了水套法裝卸繁瑣，泄漏影響精度，水體對場地環境影響等諸多方面問題，更重要的是能夠測量具體的變形位置，使測量結果更有針對性，同時具有精度高，測量方便，受環境影響小等諸多特點。外表面測量法氣瓶試驗裝置改進了行業發展方向，引入新概念，使得氣瓶檢測技術達到了一個新的高度。
文檔編號G01M99/00GK101881701SQ200910050708
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者劉小成 申請人:劉小成