大型水泥构件表面缺陷检测与标示装置

匡楚玉+温馨+吴垚蓉

一、研究背景

随着社会经济的飞速发展，高速公路、桥梁、轻轨、高铁等大型工程越来越多，这些工程都要用到大量的大型水泥构件。由于大型水泥构件结构特殊，人们想移动它很困难，因此，在生产过程中以尽量不移动它为原则。

大型水泥构件生产成型后，需通过检测与标示确定其是否為次品、能否修复。如果能修复就根据标示进行修复处理；如果不能，则为新的生产提供修改依据。因此检测与标示很重要。

二、方案设计

本项目设计了一种基于轨道的预制件表面平整度探测装置，采用激光位移传感器探测头探测预制件表面平整度，以轨道传动结构实现探测头在三维空间内的运动，通过程序控制探测头的运动、数据的记录和分析以及缺陷点标示。

检测开始前，用户输入预制板标准长、宽、高及允许的误差范围，装置根据输入的长、宽、高在轨道传动系统中设定探测头的高度以及探测头的二维运动范围，探测头根据预定轨道运动，并根据坐标将探测到的位移值记录到二维数组，对与标准高度之差超过允许误差值的点进行打点标记。装置正面图、侧面图如图1、图2。

三、作品制作与实验

1.模型制作

需要的材料和工具有2cm×2cm木方若干，轨道轮4个，滑轨平台1个，arduino uno控制板1块，同步轴1根，皮带3根，电磁阀1个，自动喷漆1瓶，激光测距传感器1个，电机2个，电机驱动板1块。实物模型如图3、图4。

2.实验验证

（1）功能实现说明

①扫描控制

通过程序控制龙门架结构在轨道上推进，控制龙门架上的扫描头在滑轨上运行可以实现对检测对象整个表面的扫描，从而进行全面检测。

②检测及标示方式

确定检测对象后，我们通过电脑给定一个标准；扫描过程中通过激光测距传感器获取当前位置的高度值，并与标准值比较。在误差范围内则进入下一位置扫描，超过误差范围则启动电磁阀，打开自动喷漆嘴进行喷漆标示。

在整个扫描过程中，我们可将所有扫描获取的值保存下来，并为整个检测对象的表面绘制一个表面平整度的曲线图，以帮助我们进一步研究生产中出现问题的规律，从而改进生产方式。

（2）测试实验准备

测试模型时，在一块平整的木板上放置一些厚5mm、形状各异的纸片作为检测对象。将误差高度确定为2mm，确保所有纸片都能被检测到。

（3）实验结果说明

从测试结果来看，虽然喷涂范围比较宽，但仍能很好地将凸出部分全部标示出来，没有出现误标的情况。

四、创新点

1.提出了选择性修复的理念，设计新的技术性方案，为精工作业提供了一种新理念、新技术，具有重大的社会、经济价值。

2.通过绘制3D扫描曲线主动标示需要处理的缺陷点，为修复提供可靠依据，使人们知道如何修复，为进行质量分析、查找和处理受损原因提供依据，也为了解缺陷的发生规律、生产新批次的合格预制件提供依据。

3.采用简单的导轨定位，将设备安装在预制件上进行现场检测，解决大型模件处理中的搬运问题。（指导老师：秦有才 肖荷花）endprint