CN104019786B - 一种封头形状偏差测量方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封头形状偏差测量方法与装置。利用距离检测装置沿封头端面旋转扫描，获取转角依次间隔成共四个点的距离数据，确定端面扫描方向；距离检测装置沿以端面扫描方向及其正交方向所组成的面对封头内表面进行扫描，以此获取封头内表面形状，并通过与封头理论形状对比确定封头形状偏差。封头形状偏差测量装置包括支撑杆、锁紧装置以及距离检测装置组成。距离检测装置装于支撑杆上，锁紧装置将支撑杆锁紧在封头端面上。本发明对支撑杆及其上的距离检测装置无定位要求，省掉了传统封头形状偏差检测需要找直径、定中等繁琐的操作，操作非常简单、方便，检测效率高；避免定位、定中所带来的误差，精度更高且可靠。

Description

一种封头形状偏差测量方法与装置

技术领域

本发明涉及用于测量轮廓或曲率的方法与装置，尤其是涉及用于压力容器的一种封头形状偏差测量方法与装置。

背景技术

封头是压力容器的常用主要受压元件之一，在容器制作过程中广泛使用。封头的形状偏差是封头检验中的一个重点。如果封头的形状偏差过大，一方面可能导致封头不能正确的安装；另一方面则可能引起封头局部应力超过允许使用的极限值，从而导致封头失效。现行的GB/T25198-2010《压力容器封头》标准规范对封头的形状偏差提出了规定和要求，封头生产厂家必须对成形封头的形状进行检测，以确保用于压力容器的封头形状符合标准和规范的要求。

现有的封头形状偏差的检测通常采用样板进行检测。该方法存在着形状偏差检测过程繁琐以及使用不便、检测结果不直观以及精度低、所用的检测样板易发生变形以及保管难度比较大等诸多弊端。

有鉴于此，近年来先后也有多种专利提出用于封头形状偏差的检测。中国专利ZL201320119866.5和中国专利ZL201220684622.7利用椭圆绘制装置对椭圆类封头进行形状偏差的检测装置，中国专利申请号201310284845.3通过滑动装于框架上的标尺进行封头形状偏差的检测装置等等。这些专利不同程度的克服或减小了使用样板检测所带来的问题，但是最为关键的是检测前都需要找封头端面直径、端面中心或封头中心，并要对检测装置进行定中或定位，在此基础上才能进行形状偏差检测。所带来的问题是，一方面检测过程比较繁琐，使用很不方便；另一方面，更为重要的是对检测装置进行定中或定位将带来误差，对后续形状偏差的检测精度带来较大影响。

发明内容

针对现有封头形状偏差检测方法的不足，本发明的目的在于提供一种封头形状偏差测量方法与装置，可用于对封头端面呈旋转对称的封头形状偏差检测，解决了现有检测方法所存在的检测过程繁琐、使用不便，解决了检测装置定中或定位所带来的误差等问题。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种封头形状偏差测量方法，该方法的步骤如下：

步骤1)利用距离检测装置沿封头端面旋转扫描，分别获取距离检测装置至封头端面且转角依次间隔成90°共四个点的距离数据O'A,O'B,O'A'O'B'；

步骤2)根据所述步骤1)得到的四个点的距离数据确定端面扫描方向O'O；

步骤3)将所述步骤2)得到的端面扫描方向与其正交方向组成封头扫描面；

步骤4)距离检测装置沿着所述步骤3)得到的封头扫描面对封头内表面进行扫描，获取封头内表面形状；

步骤5)将所述步骤4)得到的封头内表面形状与封头理论形状作对比，确定封头形状偏差。

所述步骤1)所确定的四个点，A点为封头端面上任意一点，B,A',B'点依次为顺时针方向转角间隔成90°所成的点；O'点为测距设备测量基准点。

所述步骤2)所确定的端面扫描方向O'O与方向O'A成θ夹角，其中θ角度由下式确定：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{O^{\′}B-O^{\′}{B}^{\′}}{O^{\′}A-O^{\′}{A}^{\′}}.$

所述步骤3)中的正交方向为垂直封头端面。

所述距离检测装置任意安装在封头端面上，无位置要求。

二、一种封头形状偏差测量装置：

本发明包括支撑杆、锁紧装置和距离检测装置；支撑杆两侧的下端上分别用锁紧装置固定在封头弧形凹面边上，距离检测装置安装在支撑杆下面，距离检测装置位于封头弧形凹面内。

所述距离检测装置包括第一个旋转台、连接件、第二个旋转台和测距设备；连接件的一端安装在旋转台下端面，并能随第一个旋转台转动，连接件的一个侧面上安装有第二个旋转台，测距设备安装在第二个旋转台上，并能随着第二个旋转台转动。

所述测距设备为激光测距仪、超声波测距仪。

所述第一个旋转台转轴垂直于支撑杆和封头端面的接触面；第一个旋转台转轴与第二个旋转台转轴垂直相交，且相交于测距设备测量基准点。

本发明具有的有益效果是：

1)该封头形状偏差测量方法与装置在封头形状偏差检测时，无需找封头端面直径、端面或封头中心，检测装置可任意放于封头端面上即可检测，无位置要求，使用非常简单、方便，检测效率高。

2)该封头形状偏差测量方法与装置在封头形状偏差检测时，没有检测装置定位或定中所带来的误差等问题，检测精度高，检测可靠。

附图说明

图1是本发明的封头形状偏差测量装置俯视示意图。

图2是本发明的封头形状偏差测量装置侧视示意图。

图3是本发明的封头形状偏差测量装置中的距离检测装置组成示意图。

图4是本发明的封头形状偏差测量方法中的端面扫描方向确定示意图。

图5是本发明的封头形状偏差测量方法中的封头扫描面示意图。

图中：1.封头；2.支撑杆；3.锁紧装置；4.距离检测装置：5.旋转台；6.连接件；7.旋转台；8.测距设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，本发明包括支撑杆2、锁紧装置3和距离检测装置4；支撑杆2任意搁置于封头1端面上。支撑杆2两侧的下端上分别用锁紧装置3固定在封头1弧形凹面边上。距离检测装置4安装在支撑杆2下面，且距离检测装置4位于封头1弧形凹面内，距离检测装置4无其他位置要求。

如图3所示，所述距离检测装置4：包括第一个旋转台5、连接件6、第二个旋转台7和测距设备8；连接件6的一端安装在旋转台5下端面，并能随第一个旋转台5转动，连接件6的一个侧面上安装有第二个旋转台7，测距设备8安装在第二个旋转台7上，并能随着第二个旋转台7转动。旋转台5或旋转台7可根据设计要求可在市场上选购得到。

所述测距设备8为激光测距仪、超声波测距仪或能检测距离的设备。

所述第一个旋转台5转轴垂直于支撑杆2和封头1端面的接触面；第一个旋转台5转轴与第二个旋转台7转轴垂直相交，且相交于测距设备8测量基准点。

本发明所述的封头形状偏差的测量方法：

具体实施如图4、图5所示。图4为本发明所述的封头形状偏差测量方法中的端面扫描方向确定示意图。O'为测距设备8的测量基准点。测量时，首先旋转台7旋转至零位，使测距设备8检测方向平行于封头1端面(也即支撑杆2和封头1端面的接触面)。旋转台5角度任意。检测此时测距设备8至封头端面的距离也即距离O'A。此后，旋转台5绕一方向(如顺时针)旋转90°，检测此时测距设备8至封头端面的距离也即距离O'B。相同地，旋转台5绕同一方向再旋转90°两次，检测测距设备8至封头端面的距离，分别得到距离O'A'和距离O'B'。此时，封头1端面中心O相对于测距设备8的方位可以确定。方向O'O，也即端面扫描方向，与旋转台5初始方向即O'A夹角成θ角度，该角度由下式确定：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{O^{\′}B-O^{\′}{B}^{\′}}{O^{\′}A-O^{\′}{A}^{\′}}=\arctan \frac{b_1-b_2}{a_1-a_2}.$

式中，a₁、a₂、b₁和b₂分别为O'A,O'A',O'B,O'B'的距离值。

如图5所示，为本发明所述的封头形状偏差测量方法中的封头扫描面示意图。旋转台5旋转至由前述所确定的端面扫描方向。此时测距设备8可以进行旋转扫描，该扫描面即为封头扫描面。该封头扫描面垂直封头1端面且通过封头1中心O点。通过转动旋转台7，使测距设备8对封头内表面旋转扫描进行形状检测。检测时，测距设备8沿着封头扫描面从封头1端面处开始检测，直至扫描到另一相对端面处结束。扫描过程中所检测到的各点坐标由下式确定：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_c=\frac{1}{2}\sqrt{{(a_1-a_2)}^2+{(b_1-b_2)}^2}-d\sin \mathrm{\φ}\\ y_c=-d\cos \mathrm{\φ}\end{array}\right.,$

式中，d为测距设备8所检测到的至封头1内表面点C之间的距离；φ为测距设备8转至点C方向时的旋转台7角度。由此，可以得到封头内表面形状。最后，通过与封头理论形状作对比，可以确定封头形状的偏差。同理，将支撑杆2稍作移位即又可得到封头另一内表面形状及偏差。

Claims (7)

1.一种封头形状偏差测量方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

步骤1)利用距离检测装置沿封头端面旋转扫描，分别获取距离检测装置至封头端面且转角依次间隔成90°共四个点的距离数据O'A,O'B,O'A',O'B'；

其中，所述距离检测装置，包括第一个旋转台、连接件、第二个旋转台和测距设备；

所确定的四个点，A点为封头端面上任意一点，B、A'、B'点依次为顺时针方向转角间隔成90°所成的点；O'点为测距设备测量基准点，O点为封头端面中心；

步骤2)根据所述步骤1)得到的四个点的距离数据确定端面扫描方向O'O；

步骤3)将所述步骤2)得到的端面扫描方向与其正交方向组成封头扫描面；所述的正交方向为垂直封头端面；

步骤4)距离检测装置沿着所述步骤3)得到的封头扫描面对封头内表面进行扫描，获取封头内表面形状；

步骤5)将所述步骤4)得到的封头内表面形状与封头理论形状作对比，确定封头形状偏差。

2.根据权利要求1所述的封头形状偏差测量方法，其特征在于：所述步骤2)所确定的端面扫描方向O'O与方向O'A成θ夹角，其中θ角度由下式确定：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{O^{\′}B-O^{\′}{B}^{\′}}{O^{\′}A-O^{\′}{A}^{\′}}.$

3.根据权利要求1所述的封头形状偏差测量方法，其特征在于：所述距离检测装置任意安装在封头端面上，无位置要求。

4.用于权利要求1所述方法的一种封头形状偏差测量装置，其特征在于：包括支撑杆(2)、锁紧装置(3)和距离检测装置(4)；支撑杆(2)两侧的下端上分别用锁紧装置(3)固定在封头(1)弧形凹面边上，距离检测装置(4)安装在支撑杆(2)下面，距离检测装置(4)位于封头(1)弧形凹面内。

5.根据权利要求4所述的一种封头形状偏差测量装置，其特征在于：所述距离检测装置(4)包括第一个旋转台(5)、连接件(6)、第二个旋转台(7)和测距设备(8)；连接件(6)的一端安装在第一个旋转台(5)下端面，并能随第一个旋转台(5)转动，连接件(6)的一个侧面上安装有第二个旋转台(7)，测距设备(8)安装在第二个旋转台(7)上，并能随着第二个旋转台(7)转动。

6.根据权利要求5所述的一种封头形状偏差测量装置，其特征在于：所述测距设备(8)为激光测距仪或超声波测距仪。

7.根据权利要求5所述的一种封头形状偏差测量装置，其特征在于：所述第一个旋转台(5)转轴垂直于支撑杆(2)和封头(1)端面的接触面；第一个旋转台(5)转轴与第二个旋转台(7)转轴垂直相交，且相交于测距设备(8)测量基准点。