起重机吊钩检测分析与三维技术运用研究

王楠

（赤峰市特种设备检验所，内蒙古 赤峰 024000）

起重机吊钩检测分析与三维技术运用研究

王楠

（赤峰市特种设备检验所，内蒙古 赤峰 024000）

吊钩起重机的承载构件，其尺寸检测在保证起重机安全运行上具有重要作用。但在吊钩检测中，传统的方法却无法保证检测结果的准确度。本文将三维技术引入起重机吊钩检测中，并结合实践经验进行深入论述。

吊钩；尺寸检测；三维技术

依据TSG Q0002-2008，在吊钩检测时，一旦发现其尺寸发生如下变化一律报废：一是危险断面较原尺寸减少10%；二是开口度较原尺寸增大15%；三是扭转变形＞10°；四是当衬套与心轴的磨损分别达原尺寸的15%、5%时，要求将其报废；五是颈部与危险断面出现塑性变形。可见，尺寸检测在吊钩报废判定中占主导地位。

但在日常的维保中，却疏于对吊钩尺寸的检测，这无疑会对吊钩的使用留下安全隐患。起重机的吊钩，其尺寸变化需要较长的时间周期，这容易被检测人员忽视。此外，在吊钩尺寸检测中，一般采用卡钳、千分尺和游标卡尺等传统的检测方法，但其检测结果却并不精准，因此难以准确判断是否报废吊钩。

鉴于此，本文将三维技术引入起重机吊钩检测中，即利用这一技术的产品品质检测功能来检测吊钩的尺寸变化，从而判断其是否报废。

1 检测系统的选用

三维检测是以起重机吊钩为检测对象，一般采用非接触式光学三维检测技术，其中在工业领域，与尺寸和形状相关的检测超过50%，而对于形状的检测，三维形貌高度检测技术的应用尤为广泛，具体如下。

1.1 光栅式三维扫描法

光栅式三维扫描法的工作原理如下：首先，用计算机生成正弦投影条纹；其次，光栅条纹经数字投影仪投射至物体表面；第三，通过物体表面调制来使条纹变形，并用CCD摄像机记录下来；第四，用计算机提取和包裹相位，并先求取绝对相位值，再通过系统标定和变化坐标来获取物体表面的三维信息。

1.2 投影式叠纹干涉法

投影式叠纹干涉法的工作原理如下：首先，将一个叠纹干涉图案投射至被测物体的表面；其次，如果物体表面是一个平面，则干涉条纹不变，而如果物体表面起伏变化，则叠纹干涉图案会发生变形和扭曲现象，此时先用CCD 摄像机侦测器来获取变形的叠纹干涉图案，再通过影像处理和干涉条纹分析来重建物体表面的三维形貌，从而还原其实际形状。

针对上述两种方法，比较得出光栅式三维扫描法更为合理,即先用光栅式扫描仪来获得吊钩的三维立体尺寸与原始三维尺寸，再通过比对来判定是否报废吊钩。

2 报废评估系统的研发

起重机吊钩报废评估系统是由吊钩三维立体分析、三维立体复原和报废分析系统组成，其可准确判定吊钩的尺寸变化，从而做出正确的报废建议。在实际应用中，直柄吊钩的占比最大，则在研发报废评估系统时，建议从直柄吊钩延伸至其他类型。下文详细介绍了吊钩三维立体复原与报废分析系统。

2.1 三维立体复原系统

三维立体复原系统的任务是判定吊钩在如下情况下是否报废：吊钩缺失原始尺寸、标钩在出厂时存在较大的制造误差及非标吊钩等。

一般来讲，标准直柄吊钩开口度与断面磨损的计算应以直柄吊钩的原始尺寸为前提，但对于如下情况，也应考虑其中：一是标准直柄吊钩的标准值与出厂原始值存有误差，建议采取图1所示办法来复原直柄吊钩缺失的原始尺寸；二是非标直柄吊钩，其以吊钩的截面集合轮廓为尺寸复原对象，即先借助吊钩轮廓边界的曲线关系来缩放曲面变形与尺寸，由此复原直柄吊钩最初的几何轮廓，然后再通过测量吊钩的开口度及其断面原始尺寸来获得这两个尺寸的变化情况。

表1 2T吊钩的尺寸变化值

2.2 吊钩报废分析系统

在直柄吊钩报废分析系统中，所要计算的内容是吊钩开口度、断面磨损和扭转变形的变化。其中，对于吊钩开口度和断面磨损，其计算方法如下。

（1）综合判定法，即先在吊钩的三维模型上定出关键的检测点，再划分待检吊钩的三维数据，并将其与标准的三维模型进行最优化配准，从而测得吊钩的开口度与断面磨损误差，最后再取最大值进行计算。

（2）几何轮廓特征判定法，即先根据吊钩的几何轮廓特征来提取其开口度和断面磨损等的尺寸，再将其与标准直柄吊钩进行比对。对于扭转变形，其计算方法如图1：先在检测系统中导入吊钩的三维数据，并提取与扭曲变形相关的特征线，然后再按传统检测方法的原理，将其植入计算程序中，从而便可获得扭转变形的角度。

3 案例分析

以2T吊钩为例，验证其三维检测技术和报废评估系统的应用效果。其中，吊钩开口度与断面磨损尺寸的计算步骤如下。

第一，用三维检测系统来扫描出待测吊钩的三维立体图，并采用综合判定法来测量吊钩开口度和断面磨损尺寸。

图1 直柄吊钩原始尺寸的复原

第二，利用2T标准直柄吊钩模型或三维立体复原系统来获取其开口度和断面磨损的原始尺寸。

第三，获取吊钩开口度与断面磨损的尺寸变化。对于扭转变形，直接用吊钩报废分析系统所提供的扭转变形计算功能模块来算得。通过上述计算得出2T吊钩的开口度、断面磨损和扭转变形尺寸如表1所示。

针对表1所示数据，按TSG Q2-2008的规定，可判定这一2T直柄吊钩的开口度、断面磨损和扭转变形都不满足报废标准。

4 结语

所述，吊钩作为起重机危险构件之一，其尺寸检测事关其是否在规定的时间报废，以保证吊钩的安全使用。为了弥补传统检测方法的弊端，本文首先提出了将三维技术引入起重机吊钩检测中，并通过分析确定光栅式三维扫描法在起重机吊钩检测中极具应用价值；其次，本案进一步分析了起重机吊钩评估系统的研发，并以具体案例进行补充说明。研究表明，在起重机吊钩检测中，三维技术的应用可减少测量误差、测量工具及可现场测量吊钩的扭转变形等。

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