大型水泥構件表面缺陷檢測與標示裝置

文 湖南師大附中梅溪湖中學 匡楚玉 周南梅溪湖中學 溫馨 吳垚蓉

大型水泥構件表面缺陷檢測與標示裝置

文 湖南師大附中梅溪湖中學 匡楚玉 周南梅溪湖中學 溫馨 吳垚蓉

一、研究背景

隨著社會經濟的飛速發展，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件。由于大型水泥構件結構特殊，人們想移動它很困難，因此，在生產過程中以盡量不移動它為原則。

大型水泥構件生產成型后，需通過檢測與標示確定其是否為次品、能否修復。如果能修復就根據標示進行修復處理；如果不能，則為新的生產提供修改依據。因此檢測與標示很重要。

二、方案設計

本項目設計了一種基于軌道的預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制件表面平整度，以軌道傳動結構實現探測頭在三維空間內的運動，通過程序控制探測頭的運動、數據的記錄和分析以及缺陷點標示。

檢測開始前，用戶輸入預制板標準長、寬、高及允許的誤差范圍，裝置根據輸入的長、寬、高在軌道傳動系統中設定探測頭的高度以及探測頭的二維運動范圍，探測頭根據預定軌道運動，并根據坐標將探測到的位移值記錄到二維數組，對與標準高度之差超過允許誤差值的點進行打點標記。裝置正面圖、側面圖如圖1、圖2。

圖1 正面圖

圖2 側面圖

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2個，電機驅動板1塊。實物模型如圖3、圖4。

圖3 正面俯視圖

圖4 側視圖

2.實驗驗證

（1）功能實現說明

①掃描控制

通過程序控制龍門架結構在軌道上推進，控制龍門架上的掃描頭在滑軌上運行可以實現對檢測對象整個表面的掃描，從而進行全面檢測。

②檢測及標示方式

確定檢測對象后，我們通過電腦給定一個標準；掃描過程中通過激光測距傳感器獲取當前位置的高度值，并與標準值比較。在誤差范圍內則進入下一位置掃描，超過誤差范圍則啟動電磁閥，打開自動噴漆嘴進行噴漆標示。

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，以幫助我們進一步研究生產中出現問題的規律，從而改進生產方式。

（2）測試實驗準備

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）實驗結果說明

從測試結果來看，雖然噴涂范圍比較寬，但仍能很好地將凸出部分全部標示出來，沒有出現誤標的情況。

四、創新點

1.提出了選擇性修復的理念，設計新的技術性方案，為精工作業提供了一種新理念、新技術，具有重大的社會、經濟價值。

2.通過繪制3D掃描曲線主動標示需要處理的缺陷點，為修復提供可靠依據，使人們知道如何修復，為進行質量分析、查找和處理受損原因提供依據，也為了解缺陷的發生規律、生產新批次的合格預制件提供依據。

3.采用簡單的導軌定位，將設備安裝在預制件上進行現場檢測，解決大型模件處理中的搬運問題。（指導老師：秦有才肖荷花）