文 湖南師大附中梅溪湖中學(xué) 匡楚玉 周南梅溪湖中學(xué) 溫馨 吳垚蓉

大型水泥構(gòu)件表面缺陷檢測與標(biāo)示裝置

文 湖南師大附中梅溪湖中學(xué) 匡楚玉 周南梅溪湖中學(xué) 溫馨 吳垚蓉

一、研究背景

隨著社會經(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，人們想移動它很困難，因此，在生產(chǎn)過程中以盡量不移動它為原則。

大型水泥構(gòu)件生產(chǎn)成型后，需通過檢測與標(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)。因此檢測與標(biāo)示很重要。

二、方案設(shè)計

本項目設(shè)計了一種基于軌道的預(yù)制件表面平整度探測裝置，采用激光位移傳感器探測頭探測預(yù)制件表面平整度，以軌道傳動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)探測頭在三維空間內(nèi)的運(yùn)動，通過程序控制探測頭的運(yùn)動、數(shù)據(jù)的記錄和分析以及缺陷點標(biāo)示。

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

圖1 正面圖

圖2 側(cè)面圖

三、作品制作與實驗

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，滑軌平臺1個，arduinouno控制板1塊，同步軸1根，皮帶3根，電磁閥1個，自動噴漆1瓶，激光測距傳感器1個，電機(jī)2個，電機(jī)驅(qū)動板1塊。實物模型如圖3、圖4。

圖3 正面俯視圖

圖4 側(cè)視圖

2.實驗驗證

（1）功能實現(xiàn)說明

①掃描控制

通過程序控制龍門架結(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)行可以實現(xiàn)對檢測對象整個表面的掃描，從而進(jìn)行全面檢測。

②檢測及標(biāo)示方式

確定檢測對象后，我們通過電腦給定一個標(biāo)準(zhǔn)；掃描過程中通過激光測距傳感器獲取當(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，超過誤差范圍則啟動電磁閥，打開自動噴漆嘴進(jìn)行噴漆標(biāo)示。

在整個掃描過程中，我們可將所有掃描獲取的值保存下來，并為整個檢測對象的表面繪制一個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)問題的規(guī)律，從而改進(jìn)生產(chǎn)方式。

（2）測試實驗準(zhǔn)備

測試模型時，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對象。將誤差高度確定為2mm，確保所有紙片都能被檢測到。

（3）實驗結(jié)果說明

從測試結(jié)果來看，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，沒有出現(xiàn)誤標(biāo)的情況。

四、創(chuàng)新點

1.提出了選擇性修復(fù)的理念，設(shè)計新的技術(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、經(jīng)濟(jì)價值。

2.通過繪制3D掃描曲線主動標(biāo)示需要處理的缺陷點，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)場檢測，解決大型模件處理中的搬運(yùn)問題。（指導(dǎo)老師：秦有才肖荷花）