何超鵬

摘要：X射線電纜偏心儀能夠有效提高電纜產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，但目前沒有一套合理、完善的校準(zhǔn)裝置。本設(shè)計(jì)研制出一套偏心儀專用的校準(zhǔn)裝置，配合偏心儀校準(zhǔn)方法，確保偏心儀的準(zhǔn)確性，解決電纜生產(chǎn)企業(yè)急需的品控問題，提升企業(yè)的生產(chǎn)管控能力和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：偏心儀；電纜；校準(zhǔn)裝置

Design of X-ray Cable Eccentricity Calibration Device

HE Chaopeng

（ Fujian Metrology Institute， Fuzhou 350003， Fujian， China ）

Abstract： X-ray cable eccentric instrument can effectively improve the quality of cable products and improve production efficiency， but there is currently a lack of a reasonable and complete calibration device. This design aims to develop of a special calibration device for the eccentric instrument， combined with the calibration method of the eccentric instrument， ensures the accuracy of the eccentric instrument， solves the quality control problem urgently needed by cable manufacturers， and improves the production control ability and product quality of the enterprise.

Key Words：? Eccentric instrument; Cable; Calibration device

0 引言

X射線電纜偏心儀是一種在線檢測儀器，電纜穿過偏心儀時(shí)，能實(shí)時(shí)快速檢測出電纜的直徑、壁厚、偏心度，再根據(jù)測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，能有效提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，廣泛配置在中高壓交聯(lián)電纜的生產(chǎn)線上。目前，國內(nèi)還沒有相關(guān)偏心儀的校準(zhǔn)研究，只有生產(chǎn)廠家在維修維護(hù)時(shí)進(jìn)行金屬芯直徑的校準(zhǔn)，但需要把前端與偏心儀相連接的套管部件拆除且無電纜線在其中時(shí)完成，這給企業(yè)用戶帶來很大的麻煩，因?yàn)殡娎|牽引穿線及套管連接安裝相當(dāng)于設(shè)備重新安裝一遍，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本高。同時(shí)生產(chǎn)廠家在校準(zhǔn)偏心儀時(shí)，只校準(zhǔn)單獨(dú)金屬芯的直徑，無法校準(zhǔn)帶絕緣層電纜的壁厚，這樣雖然可以保證金屬芯直徑測量的準(zhǔn)確，卻不能確保壁厚及偏心測量結(jié)果的準(zhǔn)確，導(dǎo)致用戶對偏心儀測量結(jié)果的準(zhǔn)確性仍存疑問[1]。本設(shè)計(jì)研制的校準(zhǔn)裝置，方便下廠攜帶，校準(zhǔn)時(shí)無需拆解偏心儀前端的套管，也無需抽除偏心儀內(nèi)部的電纜，節(jié)約拆裝成本，大大方便用戶使用。研制校準(zhǔn)裝置不僅可校準(zhǔn)單獨(dú)金屬芯的直徑也可校準(zhǔn)帶絕緣層電纜的壁厚及偏心度，滿足實(shí)際的品控需求。本研究的校準(zhǔn)裝置具有良好的推廣意義。

1 主要研究內(nèi)容

目前，國內(nèi)對偏心儀的校準(zhǔn)研究幾乎是空白，本設(shè)計(jì)研制出一套偏心儀專用的校準(zhǔn)裝置項(xiàng)，配合偏心儀的校準(zhǔn)方法對偏心儀進(jìn)行校準(zhǔn)，主要內(nèi)容如下：

1）研制偏心儀專用校準(zhǔn)裝置，根據(jù)偏心儀的工作原理和工作模式，設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)件，分別為金屬芯結(jié)構(gòu)、金屬芯軸外包絕緣層的同心結(jié)構(gòu)、金屬芯軸外包絕緣層的偏心結(jié)構(gòu)，通過以下這三種不同結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)件為偏心儀量值溯源提供可行的技術(shù)手段[2]。

a）金屬鋁棒。用于偏心儀芯直徑的校準(zhǔn)，同時(shí)也可用于設(shè)備誤差的補(bǔ)償，使設(shè)備的測量精度滿足使用要求。鋁棒的直徑可通過測長機(jī)或三坐標(biāo)校準(zhǔn)。

b）金屬銅芯外包PE絕緣層的同心棒。該結(jié)構(gòu)件模擬電纜，為同心結(jié)構(gòu)，各部位的壁厚是一致的，用于校準(zhǔn)偏心儀壁厚示值誤差。同心棒的壁厚值可通過三坐標(biāo)校準(zhǔn)。

c）金屬銅芯外包PE絕緣層的偏心棒，該結(jié)構(gòu)件也是模擬電纜，為偏心結(jié)構(gòu)，不同部位壁厚是不一致的，通過故意制造的偏心值來校準(zhǔn)偏心儀的偏心誤差。偏心棒的偏心值可通過三坐標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)。

2）研制專用的輔助工裝，使校準(zhǔn)裝置能方便校準(zhǔn)偏心儀，不用對偏心儀前端連接件進(jìn)行拆除，也不用抽除其中的電纜線，減少給生產(chǎn)線帶來的拆解安裝麻煩，節(jié)約成本。

2? 偏心儀工作原理

X-RAY8000偏心儀利用X射線對電纜進(jìn)行掃描照射，根據(jù)電纜芯層不同材料對X射線吸收率的不同，將掃描結(jié)果送入計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行回歸分析，并將測量結(jié)果送到計(jì)算機(jī)界面上顯示，從而查看電纜的各層尺寸及偏心情況。圖1為各材料對X射線的吸收率，圖2為電纜經(jīng)X射線掃描后的回歸分析圖。

由上述工作原理可知，偏心儀是利用不同材質(zhì)對X射線吸收率不同的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，通過回歸分析方法計(jì)算芯直徑及電纜各包層的厚度，并由厚度差再計(jì)算偏心值。故標(biāo)準(zhǔn)件的選材，厚度尺寸等均會(huì)對偏心儀校準(zhǔn)結(jié)果造成影響，所以選材、制定厚度尺寸等尤為關(guān)鍵。

3 校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)[3]

3.1根據(jù)校準(zhǔn)方法所需使用的校準(zhǔn)裝置與技術(shù)指標(biāo)，見表1

3.2 鋁棒

由圖1可知，不同材質(zhì)對X射線的吸收率是不一致的，PE材質(zhì)吸收率低，銅材質(zhì)吸收率高，鋁材質(zhì)吸收率適中。因鋁材質(zhì)吸收率適中，偏心儀廠家在出廠及維護(hù)時(shí)選用鋁棒對系統(tǒng)精度進(jìn)行標(biāo)定。因此，芯直徑示值誤差校準(zhǔn)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)鋁棒進(jìn)行。

鋁棒的設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)，如圖3所示，空心結(jié)構(gòu)是用于電纜線芯的穿過?？紤]到電纜線芯直徑以及射線吸收的問題，空心鋁棒的內(nèi)徑A應(yīng)不小于10mm，壁厚應(yīng)不小于7mm。在長度設(shè)計(jì)上，由于偏心儀的厚度約為270mm，內(nèi)部兩掃描的前后位置大約間隔100mm，因此鋁棒的設(shè)計(jì)總長度為250mm，前端50mm為細(xì)牙螺紋，后端200mm用于校準(zhǔn)，安裝得當(dāng)，兩個(gè)掃描器可一次性完成對鋁棒的掃描。表2為本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的鋁棒規(guī)格系列，其中外徑85mm和110mm鋁棒前端螺紋改為內(nèi)螺紋。鋁棒的表面經(jīng)過精磨并做氧化處理。

3.3 銅芯外包PE層同心棒

銅芯外包PE層同心棒只用于校準(zhǔn)壁厚示值誤差，注意這里的銅芯直徑不能用于校準(zhǔn)芯直徑示值誤差。銅芯外包PE層同心棒的設(shè)計(jì)如圖4所示，銅芯為黃銅材質(zhì)，壁厚5mm。壁厚為PE塑料材質(zhì)，為了達(dá)到加工要求，選擇POM（聚甲醛）塑料材料，POM硬而致密，具有良好的物理機(jī)械性能，易于機(jī)械加工。設(shè)計(jì)的PE層壁厚有5mm、10mm和15mm三種。同樣根據(jù)電纜線芯及偏心儀的尺寸，銅芯外徑d的系列有30mm、35mm和60mm三種。

3.4 銅芯外包PE層偏心棒

銅芯外包PE層偏心棒只用于校準(zhǔn)偏心誤差，注意這里的銅芯直徑不能用于校準(zhǔn)芯直徑示值誤差。銅芯外包PE層偏心棒的設(shè)計(jì)如圖5所示，銅芯為黃銅材質(zhì)，PE同樣選擇POM（聚甲醛）塑料材料。偏心棒設(shè)計(jì)的偏心值為10mm。

3.5 輔助工裝

3.5.1滑輪導(dǎo)管

滑輪導(dǎo)管是本校準(zhǔn)裝置的主要輔助工裝，用于安裝上述鋁棒、同心棒和偏心棒校準(zhǔn)器，使校準(zhǔn)器能在偏心儀的掃描器下被垂直掃描?；唽?dǎo)管主要由手柄、定心滑輪、滑輪套和螺紋套組成，如圖6所示。手柄為空心結(jié)構(gòu)，后端有螺紋內(nèi)牙可用于接長，前端分別有螺紋內(nèi)牙和外牙，內(nèi)牙用于與連接頭（連接滑輪導(dǎo)管與校準(zhǔn)器）連接，外牙與螺紋套連接，用于限位滑輪套，使手柄與滑輪套之間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)但不軸線竄動(dòng)；定位滑輪有兩組，每組定心滑輪組按圓周均勻分布6個(gè)滑輪，滑輪件通過彈簧可自動(dòng)張開，當(dāng)安裝在偏心儀前端套管內(nèi)時(shí)，張開的滑輪就可完成自動(dòng)定心作用；滑輪套外壁安裝定心滑輪組，內(nèi)腔與手柄配合，通過螺紋套限制在手柄上；螺紋套用于限制滑輪套與手柄，使兩者之間可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)但不軸線竄動(dòng)。

3.5.2 連接頭

連接頭用于連接滑輪導(dǎo)管與校準(zhǔn)器，如圖7所示。連接頭的一端為外螺紋，與滑輪導(dǎo)管相聯(lián)，另一端為內(nèi)螺紋與校準(zhǔn)器相連，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)校準(zhǔn)器端螺紋的大小選擇合適的連接頭。本設(shè)計(jì)連接頭D的規(guī)格有M25、M30、M35、M45、M60五種規(guī)格。

3.5.3使用方法

將校準(zhǔn)器與輔助工裝安裝好后，先讓電纜線芯穿過，然后用手壓緊定心滑輪使其進(jìn)入偏心儀前端的導(dǎo)管內(nèi)，待兩組定心滑輪均進(jìn)入后，前后調(diào)整位置，使校準(zhǔn)器均能被兩個(gè)掃描器掃描。校準(zhǔn)器由定心滑輪自動(dòng)定心，保證了軸線與偏心儀的軸線平行，調(diào)整好位置后即可開始校準(zhǔn)。使用過程示意圖如圖8所示。

4 校準(zhǔn)裝置現(xiàn)場試驗(yàn)

在福建南平某一電纜廠進(jìn)行偏心誤差測量現(xiàn)場試驗(yàn)，現(xiàn)場為室溫，溫度（20±5）℃，設(shè)備為停機(jī)狀態(tài)。穿過的電纜線芯直徑為φ10mm，受檢偏心儀量程為100mm，但有效的工作范圍為80mm，因此在試驗(yàn)中，選擇校準(zhǔn)器的最大外直徑不大于80mm。偏心誤差試驗(yàn)采用銅芯外包PE層偏心棒進(jìn)行，測量模式選擇單層PE測量模式，所有項(xiàng)目的熱收縮率均設(shè)為0。偏心棒的銅芯直徑34.991mm，外直徑74.969mm，實(shí)際偏心量10.110mm。測量擴(kuò)展不確定度：=0.015mm，=2。

測試結(jié)果滿足偏心儀計(jì)量特性指標(biāo)：芯直徑示值誤差不大于±0.04mm；偏心誤差不大于±0.06mm。

5 結(jié)語

本研究的校準(zhǔn)裝置由一系列校準(zhǔn)器與輔助工裝構(gòu)成，經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)，使用簡單方便，無需大的拆裝，校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)可靠，可滿足用戶使用要求。但是本研究仍存在以下不足和改進(jìn)的地方：一是標(biāo)準(zhǔn)器件較多，使用時(shí)容易混淆，后續(xù)應(yīng)將校準(zhǔn)器件做好編號，并編制操作說明；二是帶PE層的同心棒和偏心棒加工精度不是太高，特別是圓柱度和平行度誤差均不理想，后續(xù)需提高加工精度，減少標(biāo)準(zhǔn)器誤差對測量結(jié)果的影響；三是偏心棒的設(shè)計(jì)不合理，偏心過大，外徑也過大，后續(xù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)偏心值在（0.2～1）mm的偏心棒，同時(shí)外圓直徑不能太大，應(yīng)控制在60mm以下。

參考文獻(xiàn)

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