三維技術在起重機吊鉤檢測中的應用

摘 要：起重機吊鉤尺寸經(jīng)常疏于檢測，源于傳統(tǒng)檢測方法實際操作的困難。通過明確吊鉤尺寸檢測的重要性和認識三維檢測技術的優(yōu)勢，提出三維技術在起重機吊鉤檢測中應用方案，并舉實例論證。

關鍵詞：吊鉤尺寸檢測 重要性 三維檢測技術 應用方案

中圖分類號：TN209文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0066-02

吊鉤危險斷面磨損、開口度、扭轉變形等尺寸變化，采用傳統(tǒng)方法如游標卡尺、千分尺、卡鉗等檢測時，測量方法看似簡單，在實際操作中卻存在相當困難，如吊鉤扭轉變形，必須將吊鉤拆下，在專用平臺上用劃線法測得。上述傳統(tǒng)測量方法，工具各異、結果誤差大，很難對吊鉤尺寸變化進行快速、準確的報廢判定。三維檢測技術的出現(xiàn)，解決了上述吊鉤檢測難題。利用三維技術產(chǎn)品質(zhì)量檢測功能，通過獲取吊鉤立體尺寸，分析其斷面磨損量、吊鉤開口度、扭轉變形等情況，得到吊鉤尺寸變化的準確值，便可判定該吊鉤尺寸變化是否達到報廢標準[1]。

1 吊鉤尺寸檢測重要性

吊鉤，起重機械的重要承載構件，為起重機的三大危險構件之一（吊鉤、鋼絲繩、制動器）。根據(jù)特種設備安全技術規(guī)范TSGQ0002-2008《起重機械安全監(jiān)察規(guī)程——橋式起重機》，當檢查發(fā)現(xiàn)吊鉤出現(xiàn)下列情況時，應立即停止使用，予以報廢：（1）裂紋；（2）危險斷面磨損達原尺寸的10%；（3）開口度比原尺寸增加15%；（4）扭轉變形超過10°；（5）危險斷面和頸部已經(jīng)產(chǎn)生塑性變形；（6）板鉤的村套磨損迭原尺寸的15%時，襯套應以報廢；（7）板鉤的心軸磨損達原尺寸的5%時，應報廢心軸；（8）吊鉤缺陷不得進行焊補。

上述8條吊鉤報廢標準，第2—7條與吊鉤結構尺寸有關，吊鉤尺寸檢查占據(jù)75%的檢測項目比例。可見，吊鉤報廢判定時，尺寸檢測占據(jù)主導地位。但是，使用單位在日常維修和保養(yǎng)時，經(jīng)常僅對吊鉤裂紋比較重視，當出現(xiàn)裂紋時，一般會主動進行更換；當?shù)蹉^尺寸發(fā)生變化時，卻疏于檢測，認為其變化對吊鉤正常使用影響不大。這種本末倒置的做法，給吊鉤的安全使用留下巨大的安全隱患。另外，還有如下原因，也造成使用單位對起重機吊鉤尺寸變化檢測的忽視：（1）一般企業(yè)特別是中小型企業(yè)缺乏起重機專業(yè)知識人員；（2）起重機吊鉤屬于起重機上三大核心部件之一，但其尺寸變化時間周期長，引起的重視不夠；（3）上述尺寸報廢標準雖然明確，但現(xiàn)有傳統(tǒng)吊鉤尺寸檢測方法所得結果誤差大，且費時、費力；（4）即使測量出具體數(shù)值，如危險斷面磨損、開口度，也會因無吊鉤原始尺寸，無法對其是否報廢進行判斷。

上述原因最終造成的結果是，吊鉤尺寸變化即使已經(jīng)達到報廢標準，仍繼續(xù)使用，特別是大型起重設備，其安全隱患更加嚴重，倘若不能事先發(fā)現(xiàn)并加以預防，那么一旦發(fā)生事故將會造成人員傷亡甚至嚴重的社會安全危害。可見，對吊鉤尺寸變化進行科學、準確的檢測，意義重大。

2 三維檢測技術優(yōu)勢

三維檢測技術的出現(xiàn)，給上述吊鉤檢測難題帶來了希望。目前，三維檢測技術已經(jīng)廣泛應用于航空航天、汽車制造、產(chǎn)品開發(fā)、品質(zhì)檢測、模具制造等領域。利用它可以做CAD分析、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、3D模型與原始部件的一致性評估、制成部件與原始部件的一致性評估、手動和自動統(tǒng)計分析等。

如光柵式三維掃描技術，其具備如下優(yōu)勢：（1）非接觸式掃描：利用照相式原理，進行非接觸式光學掃描獲得物體表面三維數(shù)據(jù)，除常規(guī)物體外，還可對柔性材料等接觸易變形材料的表面進行測量。（2）掃描速度極快：獨特的面掃描方式，速度極快（單面掃描時間小于5秒）；（3）高精度：利用獨特的標定技術，可獲得非常高的測量精度；精度檢測方法是依據(jù)德國光學掃描儀測量檢驗標準VDI/VDE2634進行制定；（4）高密度采樣點云：高性能測量相機可以一次獲得較高密度的點云數(shù)據(jù)，單次可獲取130萬點；（5）便攜式：機器尺寸小，所有部件靈活可靠、方便移動，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行測量；（6）對環(huán)境條件不敏感：采用高性能的光學和機械部件，可以在大多數(shù)的環(huán)境下獲得高性能的數(shù)據(jù)。不需要在暗室中操作，適用環(huán)境范圍非常廣泛，可以在露天環(huán)境進行掃描操作[2]。

起重機吊鉤檢測正是利用其產(chǎn)品質(zhì)量檢測功能，實現(xiàn)對吊鉤尺寸變化的檢測及報廢判定。通過獲取直柄吊鉤立體尺寸，不但可以分析其斷面磨損量、吊鉤開口度、扭轉變形等情況，還能得到直柄吊鉤尺寸變化的準確值，利用該值與現(xiàn)行吊鉤報廢標準相比較，可得到該直柄吊鉤是否報廢的準確結果。另外，利用三維立體復原技術，還能復原直柄吊鉤斷面磨損前、開口度增加前、扭轉變形前的原始尺寸，在缺少原始尺寸的情況下，仍可判定直柄吊鉤尺寸狀態(tài)。真正做到科學、準確、可靠。

3 三維技術在吊鉤檢測中的應用

考慮三維檢測對象為起重機吊鉤，非接觸式光學三維檢測符合吊鉤現(xiàn)場需求。目前，工業(yè)界使用的光學檢測（OpticalInspection）儀器中，關于形狀與尺寸的檢測占了半數(shù)以上，而形狀的檢測又分為二維尺寸大小與三維形貌高度檢測，其中以三維形貌高度檢測最為常見。

三維形貌高度檢測技術，可基于多種原理，比較常用的如投影式疊紋干涉法、光柵式三維掃描法。

圖1為光柵式三維掃描技術在起重機吊鉤檢測中應用實例：光柵式掃描儀利用計算機產(chǎn)生正弦投影條紋，經(jīng)數(shù)字投影儀將光柵條紋投射到物體表面，條紋經(jīng)物體表面調(diào)制產(chǎn)生變形，其相位關系會發(fā)生變化，用CCD攝像機將變形條紋拍攝下來，再利用計算機進行相位提取、相位包裹，得到絕對相位值，后經(jīng)系統(tǒng)標定、坐標變換得到圖1（左）吊鉤實物表面的三維信息[2]。從而得到該吊鉤的三維立體尺寸，再與其原始CAD模型或吊鉤原始三維尺寸圖1（右）進行比對，便可快速獲取吊鉤是否報廢的結果，有效取代吊鉤尺寸傳統(tǒng)檢測方法。

另外，還可開發(fā)吊鉤專用報廢判定系統(tǒng)。比如，將斷面磨損、開口度等尺寸變化模塊程序化，建立常用吊鉤尺寸數(shù)據(jù)庫，結合三維軟件分析平臺、三維立體復原、吊鉤報廢分析等功能模塊，快速得到上述尺寸變化值。由我院采用光柵式三維掃描技術研制的起重機吊鉤三維檢測及報廢評估系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了上述功能。

4 結語

在起重機吊鉤檢測時，必須對吊鉤尺寸檢測引起重視。三維技術與起重機吊鉤檢測的結合，解決了起重機吊鉤傳統(tǒng)檢測方法實際操作中存在的困難。如上述采用光柵式掃描技術開發(fā)的報廢評估系統(tǒng)，為特種設備檢驗檢測機構、吊鉤制造企業(yè)等提供了一種快速、準確、有效的現(xiàn)代檢測方法。

參考文獻

[1]王福綿.起重機械技術檢驗[M].北京：學苑出版社，2000.

[2]趙衛(wèi)軍.三維數(shù)字成像及造型在數(shù)字化設計中的應用[D].深圳：深圳大學光電工程學院，2007.