CN102620682A - 压力容器封头形状偏差测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

压力容器封头形状偏差测量方法和装置，属于压力容器技术领域，基于激光距离传感器和角度传感器获取目标点二维极坐标值，经直角坐标值转化和最小二乘拟合处理后实施绘图，并与封头标准形状比对确定形状偏差，自动进行合格与否判定；相应的测量装置包括定位装置、传感器装置、计算机，定位装置用于和所测量的封头连接并安装传感器装置，传感器装置包括分别与含有程序的计算机控制连接的激光距离传感器、角度传感器、步进电机，角度传感器与步进电机同轴对接，激光距离传感器随步进电机同轴转动。所述的方法和装置，构思新颖，基于激光测量技术，可实现封头形状偏差的直观、准确、量化检测，为压力容器封头形状偏差测量提供可靠的科学手段。

Description

压力容器封头形状偏差测量方法及装置

技术领域

本发明属于压力容器技术领域，具体涉及一种基于激光传感器技术的压力容器封头形状偏差测量方法及装置。

背景技术

封头是构成压力容器等承压设备的主要部件之一，常见的形式有球形封头、椭圆形封头、碟形封头等凸形封头及锥形封头、变径段、平板形，其中所述的三种凸形封头是最常用的封头。不同形状的封头在压力作用下，应力分布大不一样，应力水平相差较大；封头形状超差，会引起应力增量，从而可能造成其局部应力超过许用极限值，导致封头失效。现行的压力容器标准规范都对封头的形状偏差提出了规定和要求，封头和压力容器的生产厂家必须对成形封头的形状进行严格的检查，以确保用于压力容器的封头形状符合标准和规范的要求。

由于封头形状的不规则性，目前封头形状偏差通常采用样板进行检查，即按封头内表面规定形状，采用0.5~1mm镀锌铁皮或厚度为4~6mm的铝板设计制作内样板，将内样板放入封头通过直尺或塞尺测量样板与封头间隙是否符合要求。我国GB150《钢制压力容器》和GB/T25198《压力容器封头》均规定采用带间隙的全尺寸的内样板检查椭圆形、碟形和球形封头内表面的形状偏差。采用样板来检查封头的形状偏差，虽然简单易行但并不能直观和准确量化地反映封头各处的形状偏差，且封头规格不同所需样板众多，实际应用中存在很多不便利性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明旨在提供一种基于激光距离传感器和角度传感器的压力容器封头形状偏差测量方法及装置的技术方案，以直观、准确、量化地检测封头各处的形状偏差，为封头形状偏差检测提供可靠的科学手段。

所述的压力容器封头形状偏差测量方法，其特征在于基于激光距离传感器和角度传感器获取目标点二维极坐标值，经直角坐标值转化和最小二乘法拟合处理后实施绘图，并与封头标准形状比对确定形状偏差，自动进行合格与否判定，具体包括以下步骤：

1）将激光距离传感器和角度传感器安置于封头的连接端口圆截面的中心位置； 

2）调整激光距离传感器使测量目标点为步骤1）所述连接端口圆截面的内表面位置，将此封头边缘位置作为测量起点，同时校准角度传感器的起始角度，使激光距离传感器测量目标点处于测量起点位置时角度传感器反馈的旋转角度为0；

3）同时启动激光距离传感器和角度传感器开始测量，激光距离传感器从步骤2）所确定的测量起点开始扫描，旋转激光距离传感器使其测量目标点沿封头断面的内表面直至到达步骤1）所述的连接端口圆截面的对向内表面位置时结束，由激光距离传感器测量传感器到封头4断面内表面的间距r，由角度传感器反馈距离传感器相应的旋转角度θ，获得封头内表面目标点二维极坐标值；

4）由计算机程序实时记录封头内表面测量目标点二维极坐标值，并通过计算机程序将二维极坐标值转换为直角坐标值，而后进行最小二乘拟合处理；

5）将最小二乘法拟合获得的数据实施绘图处理，并与封头标准形状比对确定形状偏差，并自动进行合格与否的判定。

所述的压力容器封头形状偏差测量方法，其特征在于所述的激光距离传感器测量过程通过步进电机驱动旋转，角度传感器与步进电机同轴旋转，角度传感器通过测量转动轴的旋转角度来反馈激光距离传感器测量过程相应的旋转角度。

所述的压力容器封头形状偏差测量方法，其特征在于步骤3）所述的激光距离传感器每旋转一个角度，激光距离传感器测量封头断面内表面上的目标点与其之间的距离，角度传感器同步测量激光距离传感器此时的反馈角度。

实现上述的压力容器封头形状偏差测量方法的装置，其特征在于包括与封头配合连接的定位装置，定位装置由导向杆、定位杆、固定杆配合构成，定位杆与导向杆十字相交固定连接，固定杆与导向杆十字相交活动连接，定位装置上活动连接传感器装置，传感器装置包括分别与含有程序的计算机控制连接的激光距离传感器、角度传感器、步进电机，角度传感器与步进电机同轴对接，激光距离传感器与步进电机同轴转动。

所述的装置，其特征在于所述的角度传感器与步进电机通过转动连接工件同轴对接，激光距离传感器配合设置在转动连接工件外表面与转动连接工件构成同轴转动。

所述的装置，其特征在于所述的固定杆与导向杆滑动配合。

所述的装置，其特征在于所述定位杆、固定杆的两端分别采用凹槽结构用于与封头边缘卡接配合。

所述的装置，其特征在于所述的导向杆配合设置长度指示刻度。

所述的装置，其特征在于所述的角度传感器与步进电机分别安装于固定支架上，固定支架活动连接在定位装置的导向杆上。

上述的压力容器封头形状偏差测量方法和装置，构思新颖、结构合理，基于激光测量技术，利用激光距离传感器和角度传感器的有机结合测定目标点二维极坐标值，经计算机程序实施直角坐标转化和最小二乘拟合处理以及与封头标准形状比对确定形状偏差的封头形状偏差，实现封头形状偏差的直观、准确、量化检测，为压力容器封头形状偏差测量提供可靠的科学手段。

附图说明

图1为应用本发明所述方法实施检测时的检测状态示意图；

图2为本发明所述装置的结构示意图；

图3为图2的俯视结构示意图；

图4为所述传感器装置的结构示意图；

图中：1－传感器装置、101－步进电机、102－转动连接工件、103－角度传感器、104－激光距离传感器、105－固定支架、2－定位装置、201－导向杆、202－定位杆、203－固定杆、3－计算机、4－封头。

具体实施方式

现结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式：

压力容器封头形状偏差测量方法，基于激光距离传感器和角度传感器获取目标点二维极坐标值，经直角坐标值转化和最小二乘拟合处理后实施绘图，并与封头标准形状比对确定形状偏差，自动进行合格与否判定，具体包括了以下步骤：

1）计算确定封头的连接端口圆截面的中心位置，将激光距离传感器和角度传感器安置于此中心位置； 

2）调整激光距离传感器使测量目标点为步骤1）所述连接端口圆截面的内表面位置，将此封头边缘位置作为测量起点，同时校准角度传感器的起始角度，使激光距离传感器测量目标点处于测量起点位置时角度传感器反馈的旋转角度为0；

3）同时启动激光距离传感器和角度传感器开始测量，激光距离传感器从步骤2）所确定的测量起点开始扫描，旋转激光距离传感器使其测量目标点沿封头断面的内表面直至到达步骤1）所述的连接端口圆截面的对向内表面位置时结束，扫描轨迹如图1所示，测量过程中由激光距离传感器测量传感器到封头内表面的间距r，由角度传感器反馈距离传感器相应的旋转角度θ，获得封头内表面目标点二维极坐标值；

4）由计算机程序实时记录封头内表面测量目标点二维极坐标值，并通过计算机程序将二维极坐标值转换为直角坐标值，而后进行最小二乘拟合；

5）将最小二乘拟合获得的数据实施绘图处理，并与封头标准形状比对确定形状偏差，并自动进行合格与否的判定。

上述的压力容器封头形状偏差测量方法的步骤3）中，激光距离传感器测量过程通过步进电机驱动旋转，角度传感器与步进电机同轴旋转，角度传感器通过测量转动轴的旋转角度来反馈激光距离传感器测量过程相应的旋转角度。

上述的压力容器封头形状偏差测量方法的步骤3）中，激光距离传感器每旋转一个角度，激光距离传感器测量封头断面内表面上的目标点与其之间的距离，角度传感器同步测量激光距离传感器此时的反馈角度；每一次改变测量点时旋转激光距离传感器的角度足够小，就可以实现沿封头断面内表面连续测量。

实现上述压力容器封头形状偏差测量方法的装置包括定位装置2、传感器装置1、计算机3，定位装置2和所测量的封头4连接并用于安装传感器装置1；定位装置2由导向杆201、定位杆202、固定杆203配合构成，导向杆201配合设置长度指示刻度，定位杆202与导向杆201十字相交固定连接，固定杆203与导向杆201十字相交活动连接，固定杆203可在导向杆201上滑动，定位杆202、固定杆203的两端分别采用凹槽结构用于与所测量的封头4边缘卡接，从而使定位装置2以自紧方式固定于封头4上。传感器装置1包括激光距离传感器104、角度传感器103、步进电机101，角度传感器103与步进电机101分别安装于固定支架105上，固定支架105活动连接在定位装置2的导向杆201上；角度传感器103与步进电机101通过转动连接工件102同轴对接，激光距离传感器104配合设置在转动连接工件102外表面与转动连接工件102构成同轴转动，激光距离传感器104、角度传感器103和步进电机101分别与含有程序的计算机3控制连接。

应用所述装置实施测量时，将定位装置2的导向杆201沿封头断面方向搁置在封头4上，移动导向杆201使定位杆202两端的凹槽与封头4的边缘卡接配合，再移动固定杆203使其两端凹槽也与封头4的边缘卡接配合，从而使定位装置2以自紧方式固定于封头4内；通过导向杆201的长度指示刻度确定封头4连接端口圆截面直径，计算并确定封头4连接端口圆截面的圆心刻度值，将传感器装置1移动至圆心刻度值位置，即完成测量方法中所述步骤1）。计算机3控制步进电机101旋转，角度传感器103与步进电机101通过转动连接工件102同轴对接，激光距离传感器104配合设置在转动连接工件102外表面与转动连接工件102构成同轴转动，角度传感器103测量转动连接工件102的旋转角度及获得激光距离传感器104的旋转角度，计算机3同步控制激光距离传感器104、角度传感器103的测量并实施记录相应的测量值r和θ，即获得了测量目标点的二维极坐标值。 

本发明所述压力容器封头形状偏差测量方法和装置可广发应用于半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头等各种凸形封头的形状偏差测量。

Claims (9)

1.压力容器封头形状偏差测量方法，其特征在于基于激光距离传感器和角度传感器获取目标点二维极坐标值，经直角坐标值转化和最小二乘法拟合处理后实施绘图，并与封头标准形状比对确定形状偏差，自动进行合格与否判定，具体包括以下步骤：

1）将激光距离传感器和角度传感器安置于封头的连接端口圆截面的中心位置； 

2）调整激光距离传感器使测量目标点为步骤1）所述连接端口圆截面的内表面位置，将此封头边缘位置作为测量起点，同时校准角度传感器的起始角度，使激光距离传感器测量目标点处于测量起点位置时角度传感器反馈的旋转角度为0；

3）同时启动激光距离传感器和角度传感器开始测量，激光距离传感器从步骤2）所确定的测量起点开始扫描，旋转激光距离传感器使其测量目标点沿封头断面的内表面直至到达步骤1）所述的连接端口圆截面的对向内表面位置时结束，由激光距离传感器测量传感器到封头内表面的间距r，由角度传感器反馈距离传感器相应的旋转角度θ，获得封头内表面目标点二维极坐标值；

4）由计算机程序实时记录封头内表面测量目标点二维极坐标值，并通过计算机程序将二维极坐标值转换为直角坐标值，而后进行最小二乘拟合处理；

5）将最小二乘法拟合获得的数据实施绘图处理，并与封头标准形状比对确定形状偏差，并自动进行合格与否的判定。

2.如权利要求1所述的压力容器封头形状偏差测量方法，其特征在于所述的激光距离传感器测量过程通过步进电机驱动旋转，角度传感器与步进电机同轴旋转，角度传感器通过测量转动轴的旋转角度来反馈激光距离传感器测量过程相应的旋转角度。

3.如权利要求1所述的压力容器封头形状偏差测量方法，其特征在于步骤3）所述的激光距离传感器每旋转一个角度，激光距离传感器测量封头断面内表面上的目标点与其之间的距离，角度传感器同步测量激光距离传感器此时的反馈角度。

4.实现如权利要求1所述的压力容器封头形状偏差测量方法的装置，其特征在于包括与封头（4）配合连接的定位装置（2），定位装置（2）由导向杆（201）、定位杆（202）、固定杆（203）配合构成，定位杆（202）与导向杆（201）十字相交固定连接，固定杆（203）与导向杆（201）十字相交活动连接，定位装置（2）上活动连接传感器装置（1），传感器装置（1）包括分别与含有程序的计算机（3）控制连接的激光距离传感器（104）、角度传感器（103）、步进电机（101），角度传感器（103）与步进电机（101）同轴对接，激光距离传感器（104）与步进电机（101）同轴转动。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述的角度传感器（103）与步进电机（101）通过转动连接工件（102）同轴对接，激光距离传感器（104）配合设置在转动连接工件（102）外表面与转动连接工件（102）构成同轴转动。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述的固定杆（203）与导向杆（201）滑动配合。

7.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述定位杆（202）、固定杆（203）的两端分别采用凹槽结构用于与封头（4）边缘卡接配合。

8.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述的导向杆（201）上配合设置长度指示刻度。

9.如权利要求4所述的装置，其特征在于所述的角度传感器（103）与步进电机（101）分别安装于固定支架（105）上，固定支架（105）活动连接在定位装置（2）的导向杆（201）上。

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