起重機吊鉤檢測分析與三維技術運用研究

王楠

（赤峰市特種設備檢驗所，內蒙古 赤峰 024000）

起重機吊鉤檢測分析與三維技術運用研究

王楠

（赤峰市特種設備檢驗所，內蒙古 赤峰 024000）

吊鉤起重機的承載構件，其尺寸檢測在保證起重機安全運行上具有重要作用。但在吊鉤檢測中，傳統(tǒng)的方法卻無法保證檢測結果的準確度。本文將三維技術引入起重機吊鉤檢測中，并結合實踐經驗進行深入論述。

吊鉤；尺寸檢測；三維技術

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

但在日常的維保中，卻疏于對吊鉤尺寸的檢測，這無疑會對吊鉤的使用留下安全隱患。起重機的吊鉤，其尺寸變化需要較長的時間周期，這容易被檢測人員忽視。此外，在吊鉤尺寸檢測中，一般采用卡鉗、千分尺和游標卡尺等傳統(tǒng)的檢測方法，但其檢測結果卻并不精準，因此難以準確判斷是否報廢吊鉤。

鑒于此，本文將三維技術引入起重機吊鉤檢測中，即利用這一技術的產品品質檢測功能來檢測吊鉤的尺寸變化，從而判斷其是否報廢。

1 檢測系統(tǒng)的選用

三維檢測是以起重機吊鉤為檢測對象，一般采用非接觸式光學三維檢測技術，其中在工業(yè)領域，與尺寸和形狀相關的檢測超過50%，而對于形狀的檢測，三維形貌高度檢測技術的應用尤為廣泛，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，用計算機生成正弦投影條紋；其次，光柵條紋經數(shù)字投影儀投射至物體表面；第三，通過物體表面調制來使條紋變形，并用CCD攝像機記錄下來；第四，用計算機提取和包裹相位，并先求取絕對相位值，再通過系統(tǒng)標定和變化坐標來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，將一個疊紋干涉圖案投射至被測物體的表面；其次，如果物體表面是一個平面，則干涉條紋不變，而如果物體表面起伏變化，則疊紋干涉圖案會發(fā)生變形和扭曲現(xiàn)象，此時先用CCD 攝像機偵測器來獲取變形的疊紋干涉圖案，再通過影像處理和干涉條紋分析來重建物體表面的三維形貌，從而還原其實際形狀。

針對上述兩種方法，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獲得吊鉤的三維立體尺寸與原始三維尺寸，再通過比對來判定是否報廢吊鉤。

2 報廢評估系統(tǒng)的研發(fā)

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

2.1 三維立體復原系統(tǒng)

三維立體復原系統(tǒng)的任務是判定吊鉤在如下情況下是否報廢：吊鉤缺失原始尺寸、標鉤在出廠時存在較大的制造誤差及非標吊鉤等。

一般來講，標準直柄吊鉤開口度與斷面磨損的計算應以直柄吊鉤的原始尺寸為前提，但對于如下情況，也應考慮其中：一是標準直柄吊鉤的標準值與出廠原始值存有誤差，建議采取圖1所示辦法來復原直柄吊鉤缺失的原始尺寸；二是非標直柄吊鉤，其以吊鉤的截面集合輪廓為尺寸復原對象，即先借助吊鉤輪廓邊界的曲線關系來縮放曲面變形與尺寸，由此復原直柄吊鉤最初的幾何輪廓，然后再通過測量吊鉤的開口度及其斷面原始尺寸來獲得這兩個尺寸的變化情況。

表1 2T吊鉤的尺寸變化值

2.2 吊鉤報廢分析系統(tǒng)

在直柄吊鉤報廢分析系統(tǒng)中，所要計算的內容是吊鉤開口度、斷面磨損和扭轉變形的變化。其中，對于吊鉤開口度和斷面磨損，其計算方法如下。

（1）綜合判定法，即先在吊鉤的三維模型上定出關鍵的檢測點，再劃分待檢吊鉤的三維數(shù)據(jù)，并將其與標準的三維模型進行最優(yōu)化配準，從而測得吊鉤的開口度與斷面磨損誤差，最后再取最大值進行計算。

（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提取其開口度和斷面磨損等的尺寸，再將其與標準直柄吊鉤進行比對。對于扭轉變形，其計算方法如圖1：先在檢測系統(tǒng)中導入吊鉤的三維數(shù)據(jù)，并提取與扭曲變形相關的特征線，然后再按傳統(tǒng)檢測方法的原理，將其植入計算程序中，從而便可獲得扭轉變形的角度。

3 案例分析

以2T吊鉤為例，驗證其三維檢測技術和報廢評估系統(tǒng)的應用效果。其中，吊鉤開口度與斷面磨損尺寸的計算步驟如下。

第一，用三維檢測系統(tǒng)來掃描出待測吊鉤的三維立體圖，并采用綜合判定法來測量吊鉤開口度和斷面磨損尺寸。

圖1 直柄吊鉤原始尺寸的復原

第二，利用2T標準直柄吊鉤模型或三維立體復原系統(tǒng)來獲取其開口度和斷面磨損的原始尺寸。

第三，獲取吊鉤開口度與斷面磨損的尺寸變化。對于扭轉變形，直接用吊鉤報廢分析系統(tǒng)所提供的扭轉變形計算功能模塊來算得。通過上述計算得出2T吊鉤的開口度、斷面磨損和扭轉變形尺寸如表1所示。

針對表1所示數(shù)據(jù)，按TSG Q2-2008的規(guī)定，可判定這一2T直柄吊鉤的開口度、斷面磨損和扭轉變形都不滿足報廢標準。

4 結語

所述，吊鉤作為起重機危險構件之一，其尺寸檢測事關其是否在規(guī)定的時間報廢，以保證吊鉤的安全使用。為了彌補傳統(tǒng)檢測方法的弊端，本文首先提出了將三維技術引入起重機吊鉤檢測中，并通過分析確定光柵式三維掃描法在起重機吊鉤檢測中極具應用價值；其次，本案進一步分析了起重機吊鉤評估系統(tǒng)的研發(fā)，并以具體案例進行補充說明。研究表明，在起重機吊鉤檢測中，三維技術的應用可減少測量誤差、測量工具及可現(xiàn)場測量吊鉤的扭轉變形等。

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