CN102506646A - 一种合拢管现场快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及精确测量待合拢管两法兰的空间位置的球面坐标系测量机。一种用于合拢管测量的球面坐标测量机，由角度传感器Ⅰ、基座、基座下部的磁性底座、角度传感器Ⅰ轴、支架、角度传感器Ⅱ、角度传感器Ⅱ轴、长度传感器、长度传感器出绳头、长度传感器上的拉绳组成，角度传感器Ⅰ安装在基座的上部，角度传感器Ⅰ轴上安装支架，角度传感器Ⅱ安装在支架上，在角度传感器Ⅱ轴上安装长度传感器，长度传感器的出绳头位于顶部，拉绳从出绳头的中心穿过，挂钩安装在拉绳的末端，其中角度传感器Ⅰ的轴心线和垂直于角度传感器Ⅱ的轴心线以及长度传感器出绳头的轴心线，并且相交于一点A，传感器Ⅱ的轴心线和长度传感器出绳头的轴心线同轴。

Description

一种合拢管现场快速测量方法

技术领域

本发明属于材料成型自动化技术领域。涉及一种用于合拢管现场测量的方法，更具体是采用球面坐标系合拢管测量系统测量待合拢管的法兰空间位置的实施方法。

背景技术

船舶里到处都布满了管路，这些管件的设计、制作及在船内安装后的检查等一系列的作业被称作“管路铺设”。通常船舶是分段建造的，在分段合拢时分段间的管线就需要合拢管来连接，但依靠管线设计图纸无法制造出各式各样的合拢管，合拢管的制作通常采取取型法和现场焊接法。

取型法是将两个法兰固定到需要连接的两个管子的法兰上，然后用角铁将这两个法兰焊接成整体，搬运到管线加工平台上，测量两个法兰的位置关系后工人凭借自己的经验确定大概的直管长度和弯管角度以及弯管的数量，待直管和弯管加工好之后开始和两个法兰进行装配，在装配时不断地根据实际情况对直管和弯管进行切割或者更换，直到各连接处配合合适才开始正式的焊接。这样的加工过程没有正规加工图纸、制造的随意性大可重复性差，而且工人经验技术水平严重影响加工质量，耗时长、材料浪费严重、对工人的技术要求非常高，另外这样制作出来的合拢管精度不高，在合拢管安装时经常会出现螺栓孔位置不正确，法兰密封面贴合不紧密，合拢管长度不合适等情况，一旦出现这些问题就要将合拢管吊出船舱重新修改，耽误船舶建造时间，同时存在很大的安全隐患。目前，合拢短管的制造难题是合拢管加工过程中不可逾越的障碍，是提高合拢管制造速度和精度的瓶颈。

现场焊接法是指事先绘制合拢处的局部草图，然后做出较局部草图稍长的管材，在安装现场切割然后焊接的方法。这种方法只适合需合拢的两个管子的法兰空间位置比较简单的情况。

这两种方法存在以下缺点：

（1）精度不高，会存在5%的不合格品

（2）作业时间长，在搬运作业时意外事故多发，存在安全隐患

（3）需要法兰和角铁等辅助工具，造成材料浪费

（4）船内焊接、切割等操作存在火灾隐患

（5）需要技术熟练、经验丰富的专业技工才能完成

在合拢管制作时，最常出现的问题就是制作好的合拢管和现场的待合拢管段间出现螺栓孔的偏差，导致螺栓无法穿入，以及密封面之间出现过大的平行度误差，俗称喇叭口，导致密封面无法紧密贴合，管道无法密封。

所以需要一种可以方便快捷的进行现场法兰测量的测量方法，简化合拢管制作过程，提高制作效率和制作精度，进一步减少材料浪费。

发明内容

明为了解决合拢管制造时精度不高，工艺繁琐、制造时间长的问题，特别是目前合拢管制造主要靠现场取型法、没有简便的现场测量方法的问题。发明一种采用球面坐标合拢管测量机快速测量现场法兰空间位置的测量方法。

为了实现上述的目的，本发明的合拢管现场快速测量方法如附图1所示。

本发明的合拢管现场快速测量方法的球面坐标合拢管测量系统包括球面坐标合拢管测量机、工业PDA和测量头组成。

本发明的合拢管现场快速测量方法用到的测量工具是球面坐标合拢管测量系统和数据处理软件，数据处理软件在PC电脑上运行。

上述的球面坐标合拢管测量机1包括两个轴线相互垂直的角度传感器Ⅰ2和角度传感器Ⅱ3，一个长度传感器4和挂钩6，长度传感器上有一拉绳5，其测量的基本原理为球面坐标原理，在三个传感器构成的球面坐标中，测量得到两个角度传感器的角度值和长度传感器上拉绳5的长度值，就可以唯一确定挂钩中心点的坐标值。

球面坐标合拢管测量可以通过安装在其底部的磁性底座7固定到现场任何平整的位置。

上述的工业PDA 8是手持式的，通过数据线9和球面坐标合拢管测量1连接，主要功能是读取两个角度传感器的角度值以及长度传感器的长度值，并计算出挂钩中心的坐标值。

上述的测量头10由基板13、螺纹杆14、锥形螺母15、轴承17和挂绳头18组成，基板13的背面加工有螺纹杆14，和锥形螺母15配合使用可以将测量头10固定到法兰螺栓孔的中心。基板13正面加工有轴承座16，轴承17安装在轴承座16内，挂绳头18安装到轴承17内。挂绳头18中部开槽，沿垂直于轴承的方向安装一根轴19并安装微型轴承20，上述挂钩6在测量时要挂到微型轴承上20，这样挂钩6可以有两个方向的自由转动。

上述的数据处理软件运行在PC电脑21上，主要功能是将工业PDA 8的测量数据转化成合拢管加工图纸 22，该合拢管加工图纸22是三维的显示样式，以PDF格式输出，包括合拢管制造所需的零件种类和数量以及尺寸和位置特征数据，依照该图纸可以容易的制造合拢管。

本发明的合拢管现场快速测量方法的测量原理是，空间中的任何三个不共线的点可以拟合一个平面，任何3个不共线的三个点向空间中平面的投影在平面上可以拟合出一个圆。用球面坐标合拢管测量系统分别测量两个待测法兰的任意三个螺栓孔中心点的数据就可以依据上述原理计算两个法兰密封面的相对位置特征和螺栓孔的相对位置关系。

本测量方法的优点是可以快速测量待合拢管的法兰位置特征，并以图形和图纸的方式显示测量结果，图纸可以直接用于生产。整个测量过程便捷，可测量的合拢管长度范围大。

附图说明

图1为本发明的测量原理图。

     图2为本发明的测量头结构图。

     图3为本发明的数据处理软件原理图。

具体实施方式

上述的球面坐标合拢管测量机1包括两个轴线相互垂直的角度传感器Ⅰ2和角度传感器Ⅱ3，一个长度传感器4以及拉绳5和挂钩6，其测量的基本原理为球面坐标原理：球坐标是一种三维坐标，分别有原点、方位角、仰角、距离构成。设P（x，y，z）为空间内一点，则点P也可用这样三个有次序的数r，φ，θ来确定，其中r为原点O与点P间的距离，θ为有向线段与z轴正向所夹的角，φ为从正z轴来看自x轴按逆时针方向转到有向线段的角，这里M为点P在xOy面上的投影。这样的三个数r，φ，θ叫做点P的球面坐标，这里r，φ，θ的变化范围为r∈[0,+∞),φ∈[0,2π],θ∈[0,π].r=常数，即以原点为心的球面；θ=常数，即以原点为顶点、z轴为轴的圆锥面；φ=常数，即过z轴的半平面。其中x=rsinθcosφ、y=rsinθsinφ、z=rcosθ。

角度传感器Ⅰ2绕其轴旋转的角度定义为φ，将角度传感器Ⅱ3绕其轴旋转的角度定义为θ，将拉绳的长度定义为r，则角度传感器Ⅰ2、角度传感器Ⅱ3和长度传感器4可以构成一个标准的球面坐标系。其中x=rsinθcosφ、y=rsinθsinφ、z=rcosθ，因此测量时只要测量出角度传感器Ⅰ2、角度传感器Ⅱ3的旋转角度和长度传感器4的长度，通过上述的简单三角变换即可以确定拉绳传感器拉绳末端点的空间坐标。

     本发明的合拢管现场快速测量方法，实施步骤如下：

第一，将磁性底座7安装到现场适当的平整位置上，以球面坐标合拢管测量机1不会晃动为准，

第二，用数据线9将球面坐标合拢管测量机1与工业PDA 8连接，

第三，将测量头10的螺纹杆14插入待测合拢管法兰Ⅰ11的任意螺栓孔中，然后用锥形螺母15从法兰背后固定，

第四，启动工业PDA 8，并拉动挂钩6挂到测量头10的微型轴承20上，

第五，调整角度传感器Ⅰ角度传感器Ⅱ和长度传感器4的方向，拉绳5垂直于长度传感器4，操作工业PDA 8读取三个传感器的读数值后，工业PDA 8会自动计算测量点的坐标，

第六，按步骤三、四、五，在待测合拢管法兰Ⅰ11的其他两个任意螺栓孔中进行上述测量操作，

第七，按步骤三至六，在待测合拢管法兰Ⅱ12的三个任意螺栓孔中进行上述测量操作，

第八，测量结束后将工业PDA 8的测量数据导入PC电脑21，数据处理软件会将测量数据处理成合拢管加工图纸22，该图纸以PDF格式输出，可以直接打印。

以下为本发明的应用实例：

本发明的应用实例采用了两钢制法兰模拟待合拢的管子的两个法兰空间位置，然后用本发明的测量方法进行测量，根据生成的加工图纸制作合拢管模拟件后将模拟件与模型装配，结果表明合拢管可以比较合适的进行装配，螺栓孔没有出现偏差，密封面间也没有出现喇叭口。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (1)

1.一种合拢管现场快速测量方法，包含以下步骤：

第一，将磁性底座（7）安装到现场适当的平整位置上，以球面坐标合拢管测量机（1）不会晃动为准，

第二，用数据线（9）将球面坐标合拢管测量机（1）与工业PDA （8）连接，

第三，将测量头（10）的螺纹杆（14）插入待测合拢管法兰Ⅰ（11）的任意螺栓孔中，然后用锥形螺母（15）从法兰背后固定，

第四，启动工业PDA（ 8），并拉动挂钩（6）挂到测量头（10）的微型轴承（20）上，

第五，调整角度传感器Ⅰ（2）角度传感器Ⅱ（3）和长度传感器（4）的方向，拉绳（5）垂直于长度传感器（4），操作工业PDA（8）读取三个传感器的读数值后，工业PDA （8）会自动计算测量点的坐标，

第六，按步骤三、四、五，在待测合拢管法兰Ⅰ（11）的其他两个任意螺栓孔中进行上述测量操作，

第七，按步骤三至六，在待测合拢管法兰Ⅱ（12）的三个任意螺栓孔中进行上述测量操作，

第八，测量结束后将工业PDA（8）的测量数据导入PC电脑（21），数据处理软件会将测量数据处理成合拢管加工图纸（22），该图纸以PDF格式输出，可以直接打印。

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