专利名称：外表面测量法气瓶试验装置的制作方法
技术领域：
气瓶属于国际范围内使用的移动式压力容器，其使用量广、范围广，可以反复充 装。我国的在役钢质无缝气瓶就有上千万只。为了减少气瓶泄漏或爆炸所导致财产损失和 人身伤亡的可能性，必须对出厂投入使用前的气瓶及对在服役的气瓶定期做水压试验来确 定气瓶的弹、塑性变形量。对气瓶进行水压试验，能够精确地获得气瓶容积全变形量，残余 变形量，并可得到容积残余变形率。将气瓶水压试验所测得容积残余变形率值与气瓶所规 定判废的标准(其中GB/T11640-89规定铝合金气瓶为5%，GB5199规定无缝钢瓶为3% ) 作比较，以作为气瓶合格、降级使用或报废的依据。伴随气瓶试验的同时，气瓶试验装置也应运而生。其气瓶试验装置从20-30年代 开始，经过了手工操作，60-70年代半自动控制，到了 80-90年代的计算机自动控制的历程。 特别是从九十年代，由于微型计算机广泛应用及软件开发技术不断进步，使得传统的气瓶 水压试验装置由硬件配置改善和提高转移到以测控软件配置水平的提高上来。长期以来， 气瓶测验一直沿用水压试验方法，尽管在这基础上只有一定的创新和改进，然而水套法本 身的诸多缺陷还是难以克服的。液体渗漏，测量精度有限所以从某种意义上来说，目前气瓶 水压试验装置水平很大程度上影响和制约了气瓶行业发展。为了使国内企业在气瓶安全可 靠性方面更具竞争力，并把我国的气瓶打入国际市场，气瓶水压试验装置水平的提高已势 在必行。
背景技术：
本设计以测量外表面体积变化为手段，采用变形量传感器直接获得气瓶的外形数 据，通过多次测量获得气瓶的全变形量和残余变形量并计算出变形率。操作方法有许多，大 概可分为接触测量和非接触测量，具体方法有探针法，激光测距法，声纳法等。这里借助激 光测距法做以简单介绍。自60年代激光产生以后，工业生产中的非接触、在线测量是非常重要的应用领 域，它可以完成许多用接触式测量手段无法完成的检测任务。普通的光学测量在大地测绘、 建筑工程方面有悠久的应用历史，其中距离测量的方法就是利用基本的三角几何学。在80 年代末90年代初，人们开始激光与三角测量的原理相结合，形成了激光三角测距器。它的 优点是精度高，不受被测物的材料、质地、形状、反射率的限制。从白色到黑色，从金属到陶 瓷、塑料都可以测量。激光三角法位移测量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然 后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同， 所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算 出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生 移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。激光测微仪也就是根据这种原理测量距离变化，进而测量气瓶体积变化。全过程 非接触，不会对被测对象的外表面造成影响。于普通的水压试验方法，装卸也比较简单，无需再考虑液体对于装置、环境、以及操作的影响。对于声纳和探针等其他获取外表面变化的方法也各有优缺点，但都能达到对于气 瓶外表面体积变化的测量。
发明内容
本文参考GB/T9251-1997《气瓶水压试验方法》的有关规定，设计了一套微机测控 气瓶水压试验系统的流程。本装置试验的硬件主要包括外表面探测模块(激光探头，声纳 源，探针等)，数控扫描模块，气瓶打压模块，主机模块。全设备通过外表面探测模块多方位 采集气瓶外表面坐标数据，通过软件讲各点坐标加以拟合，计算出所测体积。经过多次测量 结果，计算出变形量，残余变形量，残余变形率。并可进一步得到形变位置的具体数据。以激光测微仪作为探测仪器选择的例子，如使用其他方法，同样需达到相关指定 的测量精度和扫描频率。检测距离100士40mm，分辨率16 μ m，采样速度0. 15ms (应答速度 0. 3ms)。根据所测钢瓶型号，选择激光测微仪数量，并加以排列。通常情况下采用数值线性 布置，或者径向延圆周排列。考虑到成本，因此在一般情况下，采用单一激光测微头也是足 够的。在采集过程中激光沿滑轨运动，滑轨相对气瓶做旋转运动，使得激光探头合成旋转向 上或旋转向下的绝对运动路径扫描气瓶。本装置可采用电接点压力表，可以对试验压力的上限进行设定，起到超压保护作 用。按我国气瓶水压试验标准和美国DOT法标准规定必须安装能显示试验压力的电接点 压力测量仪表，用于读取试验压力的压力测量仪表的精度级别不低于1. 5级。加压泵作为气瓶水压试验的一个重要组成部分，其作用是为了使受试瓶缓慢而平 稳地升压，流量不宜过大。加压泵的选择同样需要考虑气瓶水压试验标准中对泵的性能要 求。试验装置的控制系统可采用计算机独立控制、PLC独立控制或上下位机分布式两 级控制方式。控制过程和数据采集通过通信接口协同完成。系统控制软件包括变形量测 量模块、通信模块、压力数据模块、阀泵启停模块、水路电磁阀控制模块、气路电磁阀控制模 块、各类按钮指示灯控制模块等。用户操控软件包括与数控气瓶驱动通信、系统参数的设 置、实验数据的记录、水压试验的控制等。本系统得主要特点有1)本实验摒弃了水套实验法对于气瓶的检测，而是采用干式外表面测量法，对于 气瓶加压前后外表的面变化进行测量，从而获得气瓶体积变化数据。对于气瓶本身没有损 伤，并且能够测量出具体变化位置及其数值。2)本控制系统可采用计算机独立控制、PLC独立控制或上下位机分布式两级控制 方式。3)外表面测量法通过接口通信连接计算机工作，在获得外表面数据之后将其传输 给计算机，计算机通过软件支持，讲数据信息按照一定的规律排列，并加以拟合，形成立体 的数据模块，从而计算出所测气瓶的体积。4)采用压力变送器来测量系统的压力信号，读取并保存并在数字滤波之后在屏幕 上实时显示。5)根据用户的需要，可以显示气瓶变化位置和变化程度，并以图表形式直观的表现出来。6)可以由用户设定气瓶水压试验的压力和保压时间。7)可以按照用户要求生成气瓶水压试验的各类试验报告。8)用户可以修改控制参数，实现对气瓶的不同试验要求。9)本系统对工作状态进行实时监视提供系统超压报警等异常报警，可以视异常 的危险程度，终止系统运行。
1-受试瓶；2-专用接头；4-试验用水槽；5-压力测试仪表(读取试验压力用)； 6-精密压力表(校验其他压力试验仪表用)；7-压力测量仪表(指示、控制泵出口压力用)； 11-转盘(调节导轨圆周位置)；12-外表面测试装置；13-导轨(调节激光测微仪竖直位 置)；14-活接头；15-试压泵；3、16-低压阀；8、9、10_高压阀；17-传动结构；18-电动机； 19-支撑结构。具体实施方案(以激光测距法为例)1)记录待试瓶的有关数据2)安装受试瓶3)排气开启阀8和9，启动水压泵15，排尽承压管道内的空气后停止水压泵15，关闭阀8。4)设备归零启动转盘11，使其位于测量初始位置，启动并调节导轨13，使激光测微仪位于测 量初始位置。5)测量启动设备，导轨13和其滑块分别做相对于瓶体的竖直运动和旋转运动，使外表面 测试装置12的绝对运动路径为旋转向下，扫描全瓶。6)拟合将采集到的数据利用软件分析处理，剔除多余信息，将最后保留信息按一定规则 拟合，测量出气瓶体积，并将各个参数保存。7)检漏启动水压泵15，当压力测量仪表5和7的示值升到受试瓶1的公称工作压力时，停 止水压泵15，关闭阀9后检查是否有泄漏。8)升压在确认无泄漏的情况下开启阀9，重新启动水压泵15。当压力测量仪表5和7的 示值升到受试瓶1的试验压力时，停止水压泵15，关闭阀9。9)保压从关闭好阀9起开始保压计时。达到规定的保压时间后，将多次扫描拟合的数据 进行分析处理，得到实验结果。10)卸压开启阀9，缓慢卸压。待压力表5的示值归“零”读取数据，获得残余变形量。11)卸下受试瓶
从实验装置中卸下受试瓶1，从受试瓶上卸下专用接头2。
权利要求
外表面测量法气瓶试验装置，属于气瓶质量检测技术领域，其特征是由外表面变形量传感器部分、数据分析拟合部分、电气控制部分、微机跟踪部分连接组装结构而成。其技术特点在于1.可以借助外表面变形量传感器部分精确测得待测气瓶体积及其变化并通过软件拟合并构建三维模型；2.可以精确测得气瓶外部任意位置变形值和全变形量、残余变形量并计算出残余变形率；3.可以借助多种的外表面测量工具达到干式测量的目的。
2.根据权利要求1的外表面测量法气瓶试验装置，其特征是可以借助外表面变形量 传感器部分精确测得待测气瓶体积及其变化并通过软件拟合并构建三维模型。
3.根据权利要求1所述的外表面测量法气瓶试验装置，其特征是可以精确测得气瓶 外部任意位置变形值和全变形量、残余变形量并计算出残余变形率。
4.根据权利要求1所述的外表面测量法气瓶试验装置，其特征是可以借助多种的外 表面测量工具达到干式测量的目的。
全文摘要
外表面测量法气瓶试验装置，属于气瓶质量检测技术领域，它由外表面变形量传感器部分、数据分析拟合部分、电气控制部分、微机跟踪部分连接组装结构而成，其技术特点在于利用变形量传感器部分采集数据，测量设备与气瓶表面的距离变化，来采样拟合气瓶体积并获得其体积变化，最终测得所需要的气瓶全变形量、残余变形量及计算出残余变形率。解决了水套法装卸繁琐，泄漏影响精度，水体对场地环境影响等诸多方面问题，更重要的是能够测量具体的变形位置，使测量结果更有针对性，同时具有精度高，测量方便，受环境影响小等诸多特点。外表面测量法气瓶试验装置改进了行业发展方向，引入新概念，使得气瓶检测技术达到了一个新的高度。
文档编号G01M99/00GK101881701SQ200910050708
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者刘小成 申请人:刘小成