起重機(jī)吊鉤檢測(cè)分析與三維技術(shù)運(yùn)用研究

王楠

（赤峰市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

起重機(jī)吊鉤檢測(cè)分析與三維技術(shù)運(yùn)用研究

王楠

（赤峰市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

吊鉤起重機(jī)的承載構(gòu)件，其尺寸檢測(cè)在保證起重機(jī)安全運(yùn)行上具有重要作用。但在吊鉤檢測(cè)中，傳統(tǒng)的方法卻無(wú)法保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度。本文將三維技術(shù)引入起重機(jī)吊鉤檢測(cè)中，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深入論述。

吊鉤；尺寸檢測(cè)；三維技術(shù)

依據(jù)TSG Q0002-2008，在吊鉤檢測(cè)時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)其尺寸發(fā)生如下變化一律報(bào)廢：一是危險(xiǎn)斷面較原尺寸減少10%；二是開(kāi)口度較原尺寸增大15%；三是扭轉(zhuǎn)變形＞10°；四是當(dāng)襯套與心軸的磨損分別達(dá)原尺寸的15%、5%時(shí)，要求將其報(bào)廢；五是頸部與危險(xiǎn)斷面出現(xiàn)塑性變形。可見(jiàn)，尺寸檢測(cè)在吊鉤報(bào)廢判定中占主導(dǎo)地位。

但在日常的維保中，卻疏于對(duì)吊鉤尺寸的檢測(cè)，這無(wú)疑會(huì)對(duì)吊鉤的使用留下安全隱患。起重機(jī)的吊鉤，其尺寸變化需要較長(zhǎng)的時(shí)間周期，這容易被檢測(cè)人員忽視。此外，在吊鉤尺寸檢測(cè)中，一般采用卡鉗、千分尺和游標(biāo)卡尺等傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，但其檢測(cè)結(jié)果卻并不精準(zhǔn)，因此難以準(zhǔn)確判斷是否報(bào)廢吊鉤。

鑒于此，本文將三維技術(shù)引入起重機(jī)吊鉤檢測(cè)中，即利用這一技術(shù)的產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)功能來(lái)檢測(cè)吊鉤的尺寸變化，從而判斷其是否報(bào)廢。

1 檢測(cè)系統(tǒng)的選用

三維檢測(cè)是以起重機(jī)吊鉤為檢測(cè)對(duì)象，一般采用非接觸式光學(xué)三維檢測(cè)技術(shù)，其中在工業(yè)領(lǐng)域，與尺寸和形狀相關(guān)的檢測(cè)超過(guò)50%，而對(duì)于形狀的檢測(cè)，三維形貌高度檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛，具體如下。

1.1 光柵式三維掃描法

光柵式三維掃描法的工作原理如下：首先，用計(jì)算機(jī)生成正弦投影條紋；其次，光柵條紋經(jīng)數(shù)字投影儀投射至物體表面；第三，通過(guò)物體表面調(diào)制來(lái)使條紋變形，并用CCD攝像機(jī)記錄下來(lái)；第四，用計(jì)算機(jī)提取和包裹相位，并先求取絕對(duì)相位值，再通過(guò)系統(tǒng)標(biāo)定和變化坐標(biāo)來(lái)獲取物體表面的三維信息。

1.2 投影式疊紋干涉法

投影式疊紋干涉法的工作原理如下：首先，將一個(gè)疊紋干涉圖案投射至被測(cè)物體的表面；其次，如果物體表面是一個(gè)平面，則干涉條紋不變，而如果物體表面起伏變化，則疊紋干涉圖案會(huì)發(fā)生變形和扭曲現(xiàn)象，此時(shí)先用CCD 攝像機(jī)偵測(cè)器來(lái)獲取變形的疊紋干涉圖案，再通過(guò)影像處理和干涉條紋分析來(lái)重建物體表面的三維形貌，從而還原其實(shí)際形狀。

針對(duì)上述兩種方法，比較得出光柵式三維掃描法更為合理,即先用光柵式掃描儀來(lái)獲得吊鉤的三維立體尺寸與原始三維尺寸，再通過(guò)比對(duì)來(lái)判定是否報(bào)廢吊鉤。

2 報(bào)廢評(píng)估系統(tǒng)的研發(fā)

起重機(jī)吊鉤報(bào)廢評(píng)估系統(tǒng)是由吊鉤三維立體分析、三維立體復(fù)原和報(bào)廢分析系統(tǒng)組成，其可準(zhǔn)確判定吊鉤的尺寸變化，從而做出正確的報(bào)廢建議。在實(shí)際應(yīng)用中，直柄吊鉤的占比最大，則在研發(fā)報(bào)廢評(píng)估系統(tǒng)時(shí)，建議從直柄吊鉤延伸至其他類型。下文詳細(xì)介紹了吊鉤三維立體復(fù)原與報(bào)廢分析系統(tǒng)。

2.1 三維立體復(fù)原系統(tǒng)

三維立體復(fù)原系統(tǒng)的任務(wù)是判定吊鉤在如下情況下是否報(bào)廢：吊鉤缺失原始尺寸、標(biāo)鉤在出廠時(shí)存在較大的制造誤差及非標(biāo)吊鉤等。

一般來(lái)講，標(biāo)準(zhǔn)直柄吊鉤開(kāi)口度與斷面磨損的計(jì)算應(yīng)以直柄吊鉤的原始尺寸為前提，但對(duì)于如下情況，也應(yīng)考慮其中：一是標(biāo)準(zhǔn)直柄吊鉤的標(biāo)準(zhǔn)值與出廠原始值存有誤差，建議采取圖1所示辦法來(lái)復(fù)原直柄吊鉤缺失的原始尺寸；二是非標(biāo)直柄吊鉤，其以吊鉤的截面集合輪廓為尺寸復(fù)原對(duì)象，即先借助吊鉤輪廓邊界的曲線關(guān)系來(lái)縮放曲面變形與尺寸，由此復(fù)原直柄吊鉤最初的幾何輪廓，然后再通過(guò)測(cè)量吊鉤的開(kāi)口度及其斷面原始尺寸來(lái)獲得這兩個(gè)尺寸的變化情況。

表1 2T吊鉤的尺寸變化值

2.2 吊鉤報(bào)廢分析系統(tǒng)

在直柄吊鉤報(bào)廢分析系統(tǒng)中，所要計(jì)算的內(nèi)容是吊鉤開(kāi)口度、斷面磨損和扭轉(zhuǎn)變形的變化。其中，對(duì)于吊鉤開(kāi)口度和斷面磨損，其計(jì)算方法如下。

（1）綜合判定法，即先在吊鉤的三維模型上定出關(guān)鍵的檢測(cè)點(diǎn)，再劃分待檢吊鉤的三維數(shù)據(jù)，并將其與標(biāo)準(zhǔn)的三維模型進(jìn)行最優(yōu)化配準(zhǔn)，從而測(cè)得吊鉤的開(kāi)口度與斷面磨損誤差，最后再取最大值進(jìn)行計(jì)算。

（2）幾何輪廓特征判定法，即先根據(jù)吊鉤的幾何輪廓特征來(lái)提取其開(kāi)口度和斷面磨損等的尺寸，再將其與標(biāo)準(zhǔn)直柄吊鉤進(jìn)行比對(duì)。對(duì)于扭轉(zhuǎn)變形，其計(jì)算方法如圖1：先在檢測(cè)系統(tǒng)中導(dǎo)入吊鉤的三維數(shù)據(jù)，并提取與扭曲變形相關(guān)的特征線，然后再按傳統(tǒng)檢測(cè)方法的原理，將其植入計(jì)算程序中，從而便可獲得扭轉(zhuǎn)變形的角度。

3 案例分析

以2T吊鉤為例，驗(yàn)證其三維檢測(cè)技術(shù)和報(bào)廢評(píng)估系統(tǒng)的應(yīng)用效果。其中，吊鉤開(kāi)口度與斷面磨損尺寸的計(jì)算步驟如下。

第一，用三維檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)掃描出待測(cè)吊鉤的三維立體圖，并采用綜合判定法來(lái)測(cè)量吊鉤開(kāi)口度和斷面磨損尺寸。

圖1 直柄吊鉤原始尺寸的復(fù)原

第二，利用2T標(biāo)準(zhǔn)直柄吊鉤模型或三維立體復(fù)原系統(tǒng)來(lái)獲取其開(kāi)口度和斷面磨損的原始尺寸。

第三，獲取吊鉤開(kāi)口度與斷面磨損的尺寸變化。對(duì)于扭轉(zhuǎn)變形，直接用吊鉤報(bào)廢分析系統(tǒng)所提供的扭轉(zhuǎn)變形計(jì)算功能模塊來(lái)算得。通過(guò)上述計(jì)算得出2T吊鉤的開(kāi)口度、斷面磨損和扭轉(zhuǎn)變形尺寸如表1所示。

針對(duì)表1所示數(shù)據(jù)，按TSG Q2-2008的規(guī)定，可判定這一2T直柄吊鉤的開(kāi)口度、斷面磨損和扭轉(zhuǎn)變形都不滿足報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

所述，吊鉤作為起重機(jī)危險(xiǎn)構(gòu)件之一，其尺寸檢測(cè)事關(guān)其是否在規(guī)定的時(shí)間報(bào)廢，以保證吊鉤的安全使用。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)方法的弊端，本文首先提出了將三維技術(shù)引入起重機(jī)吊鉤檢測(cè)中，并通過(guò)分析確定光柵式三維掃描法在起重機(jī)吊鉤檢測(cè)中極具應(yīng)用價(jià)值；其次，本案進(jìn)一步分析了起重機(jī)吊鉤評(píng)估系統(tǒng)的研發(fā)，并以具體案例進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。研究表明，在起重機(jī)吊鉤檢測(cè)中，三維技術(shù)的應(yīng)用可減少測(cè)量誤差、測(cè)量工具及可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量吊鉤的扭轉(zhuǎn)變形等。

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