T/GDCKCJH 044—2021 ICS 17.040.01 CCS J 04 扩径管道直径及圆度在线检测方法 On-site test methods for diameter and roundness of expanded pipe 2021-12-07发布 2021-12-07实施 广东省测量控制技术与装备应用促进会 发 布 全国团体标准信息平台 全国团体标准信息平台 T/GDCKCJH 044 —2021 I 目 次 前言.. ............................................................................. Ⅱ 1 范围 ............................................................................. 1 2 规范性引用文件 ................................................................... 1 3 术语和定义 ....................................................................... 1 4 要求 ............................................................................. 2 5 检测方法 ......................................................................... 5 6 检测结果表达 ..................................................................... 7 附录A (资料性) 检测报告内容及内页格式 .............................................. 8 附录B (资料性) 扩径管道直径及圆度在线检测记录格式 .................................. 9 全国团体标准信息平台 T/GDCKCJH 044 —2021 II 前 言 扩径管道直径及圆度在线检测目前尚无国家标准、行业标准和检测规范。为规范测量方法，保 证测量结果的准确可靠，本文件参考 GB/T 3505- 2009《产品几何技术规范（GPS ） 表面结构 轮廓法 术语、定义及表面结构参数(ISO 4287： 1997，IDT) 》、GB/T 1958 -2017《产品几何技术规范（GPS) 几何公差 检测与验证》 、 GB/T 7234-2004《产品几何量技术规范 （GPS ） 圆度测量术语、 定义及参数》 、 GB/T 24632.2- 2009《产品几何技术规范(GPS) 圆度第2部分： 规范操作集 （ISO/TS 12181- 2：2003， IDT）》、GB/T 24637.1- 2020《产品几何技术规范(GPS) 通用概念第 1部分：几何规范和检验的模型 （ISO 17450 -1：2011，MOD） 》等制订，作为扩径管道生产过程中的检测依据。 本文件按照 GB/T 1.1 —2020《标准化 工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的 规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由广东省测量控制技术与装备应用促进会提出并归口。 本文件起草单位：广东省珠海市质量计量监督检测所、桂林电子科技大学、番禺珠江钢管（珠 海）有限公司、珠海森铂低温能源装备有限公司。 本文件主要起草人： 臧春华、王海舰、王琨、纪红刚、赵立新、邱南聪、郑展民、黎志坚、黄克 坚、唐建、吴真昱、陈亮、胡田、蔡久红、林碧霞、黄斌雄。 本文件为首次发布。 全国团体标准信息平台 T/GDCKCJH 044 —2021 1 扩径管道直径及圆度在线检测方法 1 范围 本文件规定了扩径管道直径及圆度在线检测的术语和定义、方法。 本文件适用于 扩径管道直径及圆度的在线测量。通过轧制、挤压、拉拔、锻造、螺旋焊接等其 他生产工艺加工的金属管材，以及 PVC、PE、PP、POM、ABS等其他材料管材的直径和圆度测量可参 考使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用 文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本 (包括所有的修改单) 适用于本文件。 GB/T 7234 产品几何量技术规范( GPS)圆度测量术语、定义及参数 3 术语和定义 GB/T 7234 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 线扫描三维重构 line scan 3D reconstruction 激光线扫描传感器通过激光光源由发射窗向外发射激光，遇到被测物体后反射回到接收装置， 然后由计时器计算出激光在光心和被测物体之间往返的时间差，结合光速等已知量，计算出被测物 体到激光光心的空间距离，通过空间距离重构物体三维轮廓。 3.2 点云数据 point cloud data 在一个三维坐标系统中的一组向量的集合。扫描资料以点的形式记录，每一个点包含一组三维 坐标，或同时含有颜色信息或反射强度信息等。 3.3 高斯滤波 gaussian filtering 对整幅图像进行加权平均，每一个像素点的值都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均 后得到。 3.4 点云拼接 point cloud splicin 全国团体标准信息平台 T/GDCKCJH 044 —2021 2 将一组相互之间存在关联的物体点云的每个部分经过点云数据预处理之后，通过空间配准而得 到的一个物体整体的点云信息。 3.5 RANSAC算法 random sample consensus 根据一组包含异常数据的样本数据集计算出数据的数学模型参数，得到有效样本数据的算法。 RANSAC算法的基本假设是样本中包含正确数据(inliers ，可以被模型描述的数据) ，也包含异常数据 (outliers ，偏离正常范围很远、无法适应数学模型的数据) ，即数据集中含有噪声。这些异常数据 可能是由于错误的测量、错误的假设或者错误的计算等产生。同时RANSAC 也假设，给定一组正确的 数据，存在可以计算出符合这些数据的模型参数的方法。 3.6 激光扫描线平面 laser scanning line plane 激光线扫描传感器通过激光光源发射的光束所形成的平面。 4 要求 4.1 检测原理和环境要求 4.1.1 在线检测装置组成与检测原理 扩径管道直径及圆度在线检测装置( 以下简称检测装置) 由转台机构、 升降模组机构和底板机构、 激光线扫描传感器、控制系统等五部分组成，图1 为检测装置检测原理示意图。 检测原理：利用检测装置中的高精度步进电机和伺服电机控制激光线扫描传感器进行精准摆角 及上下位移，通过激光线扫描传感器获取被测管道外轮廓点云数据，将获取的点云数据上传至上位 机软件。利用上位机完成对获取点云数据的高斯滤波和去噪处理；利用平移、旋转变换对点云图像 进行粗拼接，结合改进的ICP 算法，对目标点云数据寻找若干个公共点进行点云图像的精拼接，完成 扩径管道外轮廓的整体重构；采用RANSAC 算法计算规则点云数学模型，提取圆形点云特征来获取当 前管道圆心及直径；以最小区域圆法与改进遗传算法相结合，得到管道在扩径过程中圆度的全局最优解。 全国团体标准信息平台 T/GDCKCJH 044 —2021 3 图1 检测装置检测原理示意图 4.1.2 环境要求 环境要求如下： a) 环境温度：(20 ±8)℃； b) 检测时不能有明显的振动或冲击，以免影响管道和激光线扫描传感器的瞬时相对位置。 4.2 检测装置要求 4.2.1 检测装置性能 检测装置性能要求如下： a) 测量管径范围：φ( 400～1600)mm； b) 直径测量最大允许误差：±0.5mm ； c) 圆度测量最大允许误差：0.5mm。 4.2.2 转台机构 将激光线扫描传感器安装在转角行程为- 90°到+90°的旋转台上，旋转台转角最大允许误差为 ±0.05°。 转台的上下约45°处各加装一个限位装置，作为每次转角工作的初始位置。控制传感器在上、 下两个工作位置分别向下、向上转角45°进行测量，完成扩径管道1/4弧度的激光线扫描。 全国团体标准信息平台 T/GDCKCJH 044 —2021 4 转台机构如图2 所示。 图2 转台机构及旋转限位机构示意图 4.2.3 升降模组机构 装有激光线扫描传感器的两个旋转台分别安装在两个升降模组机构上，传感器上、下两个工作 位置间距不小于2164mm ；控制模组带动旋转台及激光线扫描传感器上下移动，完成对扩径管道上、 下1/4弧度的激光线扫描。 模组行程≥2300mm ，位移控制误差：±0.02 mm；两个模组互相平行，模组移动导轨与底板机构 间的垂直度误差：0.7 °。 4.2.4 底板机构 底板机构需满足安装转台机构、 升降模组机构的要求， 确保两个传感器轴心之间的距离≥216