大型水泥構(gòu)件表面缺陷檢測(cè)與標(biāo)示裝置

匡楚玉+溫馨+吳垚蓉

一、研究背景

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高速公路、橋梁、輕軌、高鐵等大型工程越來(lái)越多，這些工程都要用到大量的大型水泥構(gòu)件。由于大型水泥構(gòu)件結(jié)構(gòu)特殊，人們想移動(dòng)它很困難，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中以盡量不移動(dòng)它為原則。

大型水泥構(gòu)件生產(chǎn)成型后，需通過(guò)檢測(cè)與標(biāo)示確定其是否為次品、能否修復(fù)。如果能修復(fù)就根據(jù)標(biāo)示進(jìn)行修復(fù)處理；如果不能，則為新的生產(chǎn)提供修改依據(jù)。因此檢測(cè)與標(biāo)示很重要。

二、方案設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種基于軌道的預(yù)制件表面平整度探測(cè)裝置，采用激光位移傳感器探測(cè)頭探測(cè)預(yù)制件表面平整度，以軌道傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)探測(cè)頭在三維空間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)程序控制探測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)的記錄和分析以及缺陷點(diǎn)標(biāo)示。

檢測(cè)開(kāi)始前，用戶輸入預(yù)制板標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)、寬、高及允許的誤差范圍，裝置根據(jù)輸入的長(zhǎng)、寬、高在軌道傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)定探測(cè)頭的高度以及探測(cè)頭的二維運(yùn)動(dòng)范圍，探測(cè)頭根據(jù)預(yù)定軌道運(yùn)動(dòng)，并根據(jù)坐標(biāo)將探測(cè)到的位移值記錄到二維數(shù)組，對(duì)與標(biāo)準(zhǔn)高度之差超過(guò)允許誤差值的點(diǎn)進(jìn)行打點(diǎn)標(biāo)記。裝置正面圖、側(cè)面圖如圖1、圖2。

三、作品制作與實(shí)驗(yàn)

1.模型制作

需要的材料和工具有2cm×2cm木方若干，軌道輪4個(gè)，滑軌平臺(tái)1個(gè)，arduino uno控制板1塊，同步軸1根，皮帶3根，電磁閥1個(gè)，自動(dòng)噴漆1瓶，激光測(cè)距傳感器1個(gè)，電機(jī)2個(gè)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)板1塊。實(shí)物模型如圖3、圖4。

2.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

（1）功能實(shí)現(xiàn)說(shuō)明

①掃描控制

通過(guò)程序控制龍門架結(jié)構(gòu)在軌道上推進(jìn)，控制龍門架上的掃描頭在滑軌上運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象整個(gè)表面的掃描，從而進(jìn)行全面檢測(cè)。

②檢測(cè)及標(biāo)示方式

確定檢測(cè)對(duì)象后，我們通過(guò)電腦給定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；掃描過(guò)程中通過(guò)激光測(cè)距傳感器獲取當(dāng)前位置的高度值，并與標(biāo)準(zhǔn)值比較。在誤差范圍內(nèi)則進(jìn)入下一位置掃描，超過(guò)誤差范圍則啟動(dòng)電磁閥，打開(kāi)自動(dòng)噴漆嘴進(jìn)行噴漆標(biāo)示。

在整個(gè)掃描過(guò)程中，我們可將所有掃描獲取的值保存下來(lái)，并為整個(gè)檢測(cè)對(duì)象的表面繪制一個(gè)表面平整度的曲線圖，以幫助我們進(jìn)一步研究生產(chǎn)中出現(xiàn)問(wèn)題的規(guī)律，從而改進(jìn)生產(chǎn)方式。

（2）測(cè)試實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

測(cè)試模型時(shí)，在一塊平整的木板上放置一些厚5mm、形狀各異的紙片作為檢測(cè)對(duì)象。將誤差高度確定為2mm，確保所有紙片都能被檢測(cè)到。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，雖然噴涂范圍比較寬，但仍能很好地將凸出部分全部標(biāo)示出來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)誤標(biāo)的情況。

四、創(chuàng)新點(diǎn)

1.提出了選擇性修復(fù)的理念，設(shè)計(jì)新的技術(shù)性方案，為精工作業(yè)提供了一種新理念、新技術(shù)，具有重大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.通過(guò)繪制3D掃描曲線主動(dòng)標(biāo)示需要處理的缺陷點(diǎn)，為修復(fù)提供可靠依據(jù)，使人們知道如何修復(fù)，為進(jìn)行質(zhì)量分析、查找和處理受損原因提供依據(jù)，也為了解缺陷的發(fā)生規(guī)律、生產(chǎn)新批次的合格預(yù)制件提供依據(jù)。

3.采用簡(jiǎn)單的導(dǎo)軌定位，將設(shè)備安裝在預(yù)制件上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，解決大型模件處理中的搬運(yùn)問(wèn)題。（指導(dǎo)老師：秦有才 肖荷花）endprint