CN102226694A - 电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置及其检测方法，该装置包括开口钳座、测量底座和测量臂，其中开口钳座上连接测量底座，测量底座再与测量臂相互连接；开口钳座将整个装置固定在待测量钢管上；测量底座上安装有环形导轨，测量臂沿环形导轨绕待测量钢管旋转，其旋转角度超过120度，测量臂上装有三个按120度均布的距离传感器，分别测量和记录超过120度的待测量钢管轮廓曲线信息；该检测装置可简单方便的安装在待测量钢管纵向的任何位置，利用120度均匀分布的三个距离传感器围绕待测量钢管作超过120度的旋转，检测钢管的三段轮廓，将三段轮廓曲线数据进行处理并连接合成，完成对待测量钢管横截面的完整轮廓测量。

Description

电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置及其检测方法。

背景技术

电力输送过程需要大量使用的电力铁塔，电力铁塔分角钢塔和钢管塔。角钢塔主要用在山区，交通运输不便的场合。在平原地区大量使用结构简捷的钢管塔。钢管塔的主要结构是钢管，塔身采用镙栓将钢管一节一节的联接竖立起来。钢管通过平板开料、弯板、管身缝隙焊接，校端口、端部与法兰盘焊接和钢管表面热浸镀锌等方法加工而成。钢管通过弯卷加工，将长方形的平板弯折成圆管。具体加工过程是在平板的短边方向提供进给，沿长边方向被压弯一定程度，然后短边方向继续进给一段距离，长边方向新的位置又被压弯，这一过程反复进行。分别对长方形平板的两个长边方向作相同的加工，平板的两长边距离接近，形成有开口的圆管。再将开口压合，通过电焊将原来平板的两长边焊成一体。上述常规的加工方法靠控制平板的短边进给量和长边弯曲量来保证形成钢管的形状，虽然通过数控编程方法控制机械运动，但实际形状还是存在误差。为了保证钢管两端与联接用的法兰盘的配合，钢管的缝隙焊接后，还要对钢管两端的圆度进行校核和整形，最后才能与法兰盘装配和焊接。钢管沿长度截面几何形状的圆度，对钢管承受力的均匀程度有影响，特别是随着电力传输的电压越来越高，电力塔的高度也在增加，对钢管受力能力的要求也在提高。

现在加工方法对钢管的中间截面轮廓只能测量直径，对截面轮廓无法测量，即无法知道实际圆截面轮廓与设计圆截面轮廓的误差大小。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置及其检测方法。本发明使用开口式结构的检测装置，安装定位在平钢板卷制焊接而成的钢管外圆中部任何纵向位置，通过检测装置运动件围绕钢管的移动，传感器记录和检测出该位置的钢管外圆轮廓。

开口式钳座可将钢管卡在钳座中央，通过钳座上分布的螺栓，可以将钳座固定在钢管的任意位置。测量底座也设计成开口状，卡住钢管，并固定在钳座上。测量底座上有环形导轨，导轨上有与之配合的滑块。滑块上固定一个也是开口状的环形测量臂，测量臂上安装三个相互120度均匀分布的距离传感器。滑块带动测量架围绕钢管作超过120度的旋转移动，三个距离传感器分别测量钢管超过120度的轮廓曲线，从而实现了传感器对钢管圆截面的分段测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置包括开口钳座、测量底座和测量臂，其中开口钳座上连接测量底座，测量底座再与测量臂相互连接；开口钳座将整个装置固定在待测量钢管上；测量底座上安装有环形导轨，测量臂沿环形导轨绕待测量钢管旋转，其旋转角度大于120度，测量臂上装有三个按120度均布的距离传感器，分别测量和记录超过120度的待测量钢管轮廓曲线信息。

上述开口钳座、测量底座和测量臂均为开口结构。可以便于安装在待测量钢管的任何位置上，进行测量钢管在任何位置上轮廓的测量。

上述开口钳座径向安装三个位置互为120度角的固定镙栓，固定待测量钢管。

上述开口钳座的表面对称分布至少三个镙栓槽，测量底座上与镙栓槽相应的位置上开有对应的腰圆孔，通过镙栓连接开口钳座与测量底座。可便于调整测量底座与开口钳座的相互位置并相互固定。

上述测量底座的环形导轨上安装至少二个滑块，滑块分别与测量臂上的通孔连接。测量臂可沿导轨绕待测钢管旋转运动。测量臂上安装限位块，测量底座上安装有始点挡块和终点挡块，测量臂上的限位块在测量底座上的始点挡块和终点挡块之间运动，测量臂的运动范围略大于120度角。

上述测量底座上还安装位置互为120度角的始点标志块与终点标志块，始点标志块与终点标志块之间设置有若干均布的中间标志块；位置传感器安装在测量臂上，位置传感器的安装位置与测量底座上的始点标志块对应，位置传感器在始点标志块与终点标志块之间运动，其运动范围是120度角；测量臂上的位置传感器每经过一个中间标志块，都能得到确定的角度位置信息，从而确定距离传感器获得钢管轮廓信息的相应角度位置。

本发明还提供一种所述的检测装置的检测方法步骤如下：

1)先将开口钳座套在待测量钢管上，通过三个固定镙栓将开口钳座固定，使待测量钢管处于开口钳座钳口的几何中心；

2)将测量底座安装在开口钳座上，用镙栓将两者固定，通过调整镙栓在开口钳座上镙栓槽中以及测量底座上腰圆孔的位置，使待测量钢管处于测量底座的几何中心；

3)测量臂沿环型导轨绕待测量钢管旋转，测量臂的最大旋转范围由固定在测量底座上的始点挡块和终点挡块确定，该两个挡块为定块，固定在测量臂上的限位块是动块，动块只能在上述两个定块限制的范围之间旋转，测量臂的旋转角度略大于120度；

4)测量臂上的位置传感器用于检测始点、终点和若干个中间标志块的位置，从而得知测量臂上三个距离传感器各自在测量过程中的角度位置信息，距离传感器能检测得到测量头到钢管表面的距离；

5)当测量臂上的限位块从始点挡块出发，到位置传感器到达始点标志位期间，距离传感器获得前后两个传感器首尾重叠段的信息；当位置传感器在始点标志块和终点标志块之间运动，距离传感器获得各自距钢管测量表面的有效信息；当位置传感器在终点标志块到限位块到终点挡块之间运动，距离传感器获得又是钢管距离的重叠信息；即每个测量头所得的信息中间有120度为钢管轮廓的有效信息，首尾有各有一段为重叠信息；重叠信息可用于数据处理，将三个距离传感器分别测得的120度信息合成为待测量钢管轮廓360度的信息，因此拟合出待测量钢管检测位置的轮廓曲线，完成对待测量钢管轮廓检测。

上述步骤4)在始点标志块和终点标志位之间设置了若干个中间标志位，这些中间标志位均匀分布，当位置传感器经过每个中间标志位时，都能获得相应的角度位置信息。

上述方法可以通过测量臂的匀速运动，距离传感器连续采样，直接获得连续的钢管轮廓曲线；也可以通过在始点档块、始点标志块、若干中间标志块、终点标志块和终点档块位置利用距离传感器对钢管采样，将这些点的信息拟合成钢管轮廓曲线；中间标志位设置得越多，获得的钢管轮廓点位越多，拟合获得的轮廓越精确。

上述步骤1)中开口钳座根据测量钢管的需求，有多种尺寸规格选择。

通过事先的严格调整和标定，三个距离传感器的位置得到精确安装和固定。具体方法是选择一个已知轮廓的圆工件，通过三个传感器分别检测已知工件的三段轮廓，并和已知轮廓曲线作对比，以此校正传感器的安装位置。

每段检测圆孤的长度超过120度，圆孤的头部和尾部一小段作为互相联系的基础，即是前后圆弧的重叠区。第一段圆孤的尾部同第二段圆弧的头部重叠段检测的是同一段钢管的轮廓，数据应该一样。同样第二段圆弧的尾部与第三段圆弧的头部重叠段的数据一样。第三段圆弧的尾部与第一段圆弧的头部重叠段数据也一样。将三段圆弧的重叠段首尾重叠后，三段120度的圆弧数据，就能合成所测钢管的轮廓曲线。

本发明的有益效果是：

利用开口结构的检测装置，可简单方便的安装在钢管纵向的任何位置。利用120度均匀分布的三个传感器围绕钢管作超过120度的旋转，检测钢管的三段轮廓。将三段轮廓曲线数据进行处理并连接合成，完成对钢管横截面的完整轮廓测量。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图2是本发明装置的开口钳座结构示意图。

图3是本发明装置的开口钳座A向结构示意图。

图4是本发明装置的测量底座结构示意图。

图5是本发明装置的测量臂结构示意图。

其中：1.开口钳座2.待测量钢管3.测量底座4.测量臂5.固定镙栓6.镙栓槽7.环形导轨8.始点标志块9.终点挡块10.滑块A  11.始点挡块12.滑块B  13.腰圆孔14.终点标志块15.距离传感器A  16.位置传感器17.通孔18.距离传感器B  19.限位块20.距离传感器C

21.中间标志块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步地详细说明。

在对钢管测量时，先将开口钳座1套在钢管待测位置，通过三个固定镙栓5将开口钳座固定，并尽可能使钢管处于钳座钳口的几何中心。开口钳座可根据测量钢管的需求，有几种尺寸规格可以选择。将测量底座3安装在开口钳座1上，用镙栓将两者固定。可通过调整镙栓在镙栓槽6中的位置，以及调整测量底座的腰圆孔13和镙栓的位置，使测量底座与开口钳座的相互位置得到调整，并使钢管处于测量底座的几何中心。测量底座上装有环形导轨7，滑块A和滑块B可在导轨上滑动。用镙栓穿过通孔17将测量臂与滑块连接固定。测量臂可沿环型导轨7绕待测量的钢管旋转。测量臂的最大旋转范围由固定在测量底座上的始点挡块11和终点挡块9确定，该两个挡块为定块，固定在测量臂上的限位块19是动块，动块只能在上述两个定块限制的范围之间旋转。设计测量臂的旋转角度略大于120度。在测量底座上还设置了始点标志块8和终点标志块14，以及若干个中间标志块21，这些标志块均是固定的。与这些位置标志块相对应，测量臂上装有位置传感器16，用于检测始点、终点和若干个中间标志块的位置，从而得知测量臂上三个距离传感器各自在测量过程中的角度位置信息。距离传感器能检测得到测量头到钢管表面的距离。当测量臂上的限位块19从始点挡块出发，到位置传感器到达始点标志位期间，距离传感器获得前后两个传感器首尾重叠段的信息；当位置传感器在始点标志块和终点标志块之间运动，距离传感器获得各自距钢管测量表面的有效信息；当位置传感器在终点标志块到限位块到终点挡块之间运动，距离传感器获得又是钢管距离的重叠信息。即每个测量头所得的信息中间有120度为钢管轮廓的有效信息，首尾有各有一段为重叠信息。重叠信息可用于数据处理，将三个距离传感器分别测得的120度信息合成为钢管轮廓360度的信息。因此拟合出钢管检测位置的轮廓曲线，完成对钢管纵向横截面的轮廓检测。

在始点标志块和终点标志位之间设置了若干个中间标志位，这些中间标志位均匀分布。当位置传感器经过每个中间标志位时，都能获得相应的角度位置信息。

可以通过测量臂的匀速运动，距离传感器连续采样，直接获得连续的钢管轮廓曲线。也可以通过在始点档块、始点标志块、若干中间标志块、终点标志块和终点档块等位置利用距离传感器对钢管采样，将这些点的信息拟合成钢管轮廓曲线。中间标志位设置得越多，获得的钢管轮廓点位越多，拟合获得的轮廓越精确。

Claims (10)

1.一种电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置，其特征在于：该装置包括开口钳座、测量底座和测量臂，其中开口钳座上连接测量底座，测量底座再与测量臂相互连接；开口钳座将整个装置固定在待测量钢管上；测量底座上安装有环形导轨，测量臂沿环形导轨绕待测量钢管旋转，其旋转角度大于120度，测量臂上装有三个按120度均布的距离传感器，分别测量和记录超过120度的待测量钢管轮廓曲线信息。

2.根据权利要求1所述的电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置，其特征在于：上述开口钳座、测量底座和测量臂均为开口结构。

3.根据权利要求1所述的电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置，其特征在于：上述开口钳座径向安装三个位置互为120度角的固定镙栓，固定待测量钢管。

4.根据权利要求1所述的电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置，其特征在于：上述开口钳座的表面对称分布至少三个镙栓槽，测量底座上与镙栓槽相应的位置上开有对应的腰圆孔，通过镙栓连接开口钳座与测量底座。

5.根据权利要求1所述的电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置，其特征在于：上述测量底座的环形导轨上安装至少二个滑块，滑块分别与测量臂上的通孔连接；测量臂上安装限位块，测量底座上安装有始点挡块和终点挡块，测量臂上的限位块在测量底座上的始点挡块和终点挡块之间运动，测量臂的运动范围略大于120度角。

6.根据权利要求1所述的电力铁塔钢管塔的钢管圆截面轮廓检测装置，其其特征在于：上述测量底座上还安装位置互为120度角的始点标志块与终点标志块，始点标志块与终点标志块之间设置有若干均布的中间标志块；位置传感器安装在测量臂上，位置传感器的安装位置与测量底座上的始点标志块对应，位置传感器在始点标志块与终点标志块之间运动，其运动范围是120度角。

7.一种权利要求1所述的检测装置的检测方法，其特征在于如下步骤：

1)先将开口钳座套在待测量钢管上，通过三个固定镙栓将开口钳座固定，使待测量钢管处于开口钳座钳口的几何中心；

2)将测量底座安装在开口钳座上，用镙栓将两者固定，通过调整镙栓在开口钳座上镙栓槽中以及测量底座上腰圆孔的位置，使待测量钢管处于测量底座的几何中心；

3)测量臂沿环型导轨绕待测量钢管旋转，测量臂的最大旋转范围由固定在测量底座上的始点挡块和终点挡块确定，该两个挡块为定块，固定在测量臂上的限位块是动块，动块只能在上述两个定块限制的范围之间旋转，测量臂的旋转角度略大于120度；

4)测量臂上的位置传感器用于检测始点、终点和若干个中间标志块的位置，从而得知测量臂上三个距离传感器各自在测量过程中的角度位置信息，距离传感器能检测得到测量头到钢管表面的距离；

5)当测量臂上的限位块从始点挡块出发，到位置传感器到达始点标志位期间，距离传感器获得前后两个传感器首尾重叠段的信息；当位置传感器在始点标志块和终点标志块之间运动，距离传感器获得各自距钢管测量表面的有效信息；当位置传感器在终点标志块到限位块到终点挡块之间运动，距离传感器获得又是钢管距离的重叠信息；即每个测量头所得的信息中间有120度为钢管轮廓的有效信息，首尾有各有一段为重叠信息；重叠信息用于数据处理，将三个距离传感器分别测得的120度信息合成为待测量钢管轮廓360度的信息，因此拟合出待测量钢管检测位置的轮廓曲线，完成对待测量钢管轮廓检测。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：上述步骤4)在始点标志块和终点标志位之间设置了若干个中间标志位，这些中间标志位均匀分布，当位置传感器经过每个中间标志位时，都能获得相应的角度位置信息。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：上述方法可以通过测量臂的匀速运动，距离传感器连续采样，直接获得连续的钢管轮廓曲线；也可以通过在始点档块、始点标志块、若干中间标志块、终点标志块和终点档块位置利用距离传感器对钢管采样，将这些点的信息拟合成钢管轮廓曲线；中间标志位设置得越多，获得的钢管轮廓点位越多，拟合获得的轮廓越精确。

10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：上述步骤1)中开口钳座根据测量钢管的需求，有多种尺寸规格选择。

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