CN106052625B - 测量筒体同心度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测领域，提供一种测量筒体同心度的方法，针对圆形筒体或均匀规则空心物体内部各个位置处的同心度测量，尤其是适用于测量回转窑筒体内部各个位置处的同心度；上述测量筒体同心度的方法是利用全站仪或经纬仪的仪器中心的基准竖直平面上，并利用仪器竖直度盘设置需要的角度，使仪器视线待测物同心线平行。依据基准竖直平面架设仪器，通过仪器视线量取待测物各待测点上在水平方向和竖直方向上的与同心点的位移正相关的距离来指导调整筒体同心点的同心度。

Description

测量筒体同心度的方法

技术领域

本发明涉及检测领域，提供一种测量筒体同心度的方法，针对圆形筒体或均匀规则空心物体内部各个位置处的同心度测量，尤其是适用于测量回转窑筒体内部各个位置处的同心度。

背景技术

生产技术发展日新月异，生产技术要求的提高要求相应安装技术的提高、安装精度的提高。目前以烧结、高炉的炼铁工艺逐步向回转窑、矿热炉的生产工艺发展。越来越多的炼铁企业选择回转窑、矿热炉的生产工艺取代烧结、高炉生产工艺。在水泥工业生产系统中，回转窑生产工艺也得到普及。转窑生产工艺得到普及的同时，也有明显的往大型化发展的趋势。回转窑承担上述生产工艺中较为重要的工序，是成套设备中的主要组件。

回转窑的主体结构为圆形筒体，为满足大型化发展趋势的需要，筒体的总长往往大于100m，筒体内径往往大于4m。筒体转动设置在基座上，基座在筒体的两端（即位于高端的窑头、位于低端的窑尾处）为筒体提供转动支撑。为减小筒体的挠度，在基座上还设置有用于支撑筒体的支撑轮，筒体的轮带移动设置在支撑轮上。目前正在运转的筒体，总长为110m、内径为4.5m的筒体也较多见。制作这种大型筒体往往采用车间分段制作筒段、现场依次对接筒段的方法。车间制作的筒段，精度较易保证，可以视作构成筒体的标准构件。

现场安装时，对于筒体的斜度及筒体（尤其是筒体的轮带处）的同心度皆有较高的要求。以上述总长为110m、内径为4.5m的筒体为例，整个筒体由10节组成、9个接头，每个接头需要现场组对安装焊接。安装完毕后的筒体，整体斜度为3.5﹪，根据工业水泥回转窑技术要求，整个筒体的同心度，在轮带处的精度（同心度偏差）小于4mm，窑头、窑尾处的精度小于5mm，其余部位的的精度小于12mm。

现有技术中，测量筒体的同心度较多采用的方法是挂钢线法。参见图1、图2所示，将筒体1前后两端的基准圆心4引测在筒体1两端的内壁上产生引点，在位于筒体内壁同一根母线上的两个引点上牵拉钢线2、3，使钢线2和筒体同心线所在的平面与钢线3和筒体同心线所在的平面垂直，从筒体1两端的引点分别量至钢线2、3的垂直距离并调整该两个距离使该两个距离相等，中间的各段筒体采用同样的方法进行量测调整。具体实施时，需要从筒体1内的不同两个面牵拉钢线，两个面需要成90°，只有这样才能保证筒体同心度的测量，增加了工作强度；由于钢线自身重力的影响钢线产生下坠现象，形成悬链线，严重影响了测量精度，甚至造成错误的测量结果；钢线端点的位置难于确定，两条钢线的位置与筒体圆心线组成的面成９０°，在现场安装中６个点位的确定难度较大，容易造成面的扭曲；另外，用拉钢线量距离测量筒体同心度不直观，容易产生视觉误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量筒体同心度的方法，针对圆形筒体或均匀规则空心物体内部各个位置处的同心度测量，尤其是适用于测量回转窑筒体内部各个位置处的同心度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

测量筒体同心度的方法，包括筒体，筒体各横截面的圆心为筒体在该横截面上的同心点，还包括以下步骤：

A．确定筒体两端的横截面的基准圆心：两个基准圆心分别为高端圆心和低端圆心，两个基准圆心决定的直线为筒体的同心线；

B．引测引点：两个引点分别为高端引点和低端引点；利用仪器，将步骤A确定的基准圆心同方向向下引测在筒体内圆上，高端圆心和低端圆心分别对应产生高端引点和低端引点；两个基准圆心和两个引点位于同一个铅垂面上，该铅垂面为基准竖直平面；

C．架设钢线：以步骤B所述的两个引点为基点，牵拉一条钢线；钢线位于基准竖直平面内且平行于同心线，钢线悬空距筒体内壁的距离H为180-220mm；

D．架设仪器：以步骤C所述的钢线为对中基准，确定仪器架设点，将仪器对中整平架设在钢线上，后视两个基准圆心中任意一个基准圆心或钢线的最远端，使通过仪器目镜和物镜的直线位于基准竖直平面内；再将通过仪器目镜和物镜的直线调整到与同心线平行；通过仪器目镜和物镜的直线为仪器视线；

E．测量同心度：

测量筒体任意一端内壁最低点到仪器视线的距离L₁：使用仪器、借助线性量具测量出筒体任意一端内壁最低点到仪器视线的距离L₁；

测量筒体待测点内壁最低点到仪器视线的距离L₁′：使用仪器、借助线性量具测量出筒体任意一端内壁最低点到仪器视线的距离L₁′；

比较L₁和L₁′的值得到该待测点上的同心点在竖直方向上的同心度Y₁：计算L₁- L₁′的值得到该待测点上的同心点在竖直方向上的位移量Y₁，Y₁即为筒体在该待测点上的同心点在竖直方向上的同心度；

测量筒体同心点在水平方向上的同心度Y₂：利用等腰三角形中顶角平分角的对边相等的原理，在一个仪器视线仰角上找出仪器视线与筒体待测点一侧的内壁的交点A，A点与仪器中心的连线与基准竖直平面间的夹角为∠A；在同一个仪器视线仰角上，在筒体待测点另一侧的内壁上，仪器视线与筒体该侧内壁交于B点，B点与仪器中心的连线与基准竖直平面间的夹角为∠B，使∠A=∠B；以A点为线性量具架设点，保持线性量具水平，线性量具与筒体待测点另一侧的内壁交于B′点；使用仪器、借助线性量具分别量取A点、B′点到基准竖直平面的距离L₂和L₂′；计算L₂- L₂′的值得到该待测点上因同心度偏差引起的横截面圆的弦A B′在水平方向上的位移量Y₂。

本发明的有益效果是：

将仪器中心设置在基准竖直平面上，即，通过仪器目镜和物镜看到的任意点都在基准竖直平面上；并调整仪器视线在基准竖直平面上的斜度与筒体的斜度相等，即，在基准竖直平面上，仪器视线与同心线平行；依据基准竖直平面架设仪器，通过仪器视线量取筒体各同心点在水平方向上和垂直方向上的距离直接或间接得到筒体各同心点在水平方向上和垂直方向上的同心度。

显然，本发明中所挂钢线的作用是为架设仪器提供在水平方向上的定位基准，钢线下垂对于架设仪器不产生影响，相对于传统的挂钢线法，测量的准确性和可靠性都更高，操作也趋于简单。

作为对本发明改进的技术方案，仪器架设点位于筒体的高端外侧。

这种改进，虽然仪器架设点的高度较之将仪器架设在筒体的低端外侧有所增加，但更符合人机工程学。

作为对本发明进一步改进的技术方案，线性量具为塔尺。

作为对本发明另一种改进的技术方案，线性量具为卷尺。

作为对本发明进一步改进的技术方案，仪器为全站仪。

作为对本发明另一种改进的技术方案，仪器为经纬仪。

附图说明

图1是现有技术中挂钢线法具体实施方式示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是基准圆心与同心点的分布示意图；

图4是引测引点时的示意图；

图5是引点样冲眼即架设钢线支架示意图；

图6是架设仪器示意图；

图7是图6的侧视图、测量筒体同心度时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明：

参见图3、图4、图5所示，测量筒体同心度的方法，包括筒体1，筒体1各横截面的圆心为筒体1在该横截面上的同心点10，还包括以下步骤：

A．确定筒体1两端的横截面的基准圆心4、7：两个基准圆心分别为高端圆心4和低端圆心7，两个基准圆心4、7决定的直线为筒体的同心线5。

需要测量同心度的同心点10为待测点。

在筒体1内确定某横截面的圆心的方法有多种，较常使用的方法有两种：使用专业仪器确定和使用划规确定，这两方法皆为现有技术。在施工现场，多采取使用划规确定的方法，本案中也采用使用划规确定的方法。

具体实施方式简述如下：为使圆心可靠固定显示，在筒体内部可靠设置标示板（图中未示出），标示板位于筒体1两端的横截面上，划规直接在标示板上划线。使用划规划线时，划规两脚的开度（划规的有效长度）与筒体1横截面内圆的半径长度相等；在筒体1的两端用划规在筒体1横截面内圆不同位置画弧，一般以圆上0°、90°、180°270°（以该圆的最低点为起点，以逆时针方向为正方向）四个点为原点画弧，圆弧的交点即为筒体1该端面的基准圆心。对于大型筒体，若筒体内部设置有支撑架，则可以在支撑架上直接划线，将基准圆心显示在支撑架上。

将确定了的基准圆心4、7分别作好样冲眼标记11、12。

位于筒体1高端的基准圆心为高端圆心4，位于筒体1低端的基准圆心为低端圆心7。

高端圆心4和低端圆心7决定的直线为筒体的同心线5。

B．引测引点8、9：两个引点分别为高端引点8和低端引点9；利用仪器，将步骤A确定的基准圆心4、7同方向向下引测在筒体1内圆上，高端圆心4和低端圆心7分别对应产生高端引点8和低端引点9；两个基准圆心4、7和两个引点8、9位于同一个铅垂面上，该铅垂面为基准竖直平面6；将确定了的高端引点8和低端引点9做好样冲眼标记11、12。

上述引测引点采用的是仪器投点的方法。

在安装现场，还较常采吊线坠的方法引测引点，使线坠线过筒体基准圆心将高端圆心和低端圆心引测在筒体两端的内壁上对应产生高端引点和低端引点。这种方法为现有技术，此不赘述。

C．架设钢线：以步骤B所述的两个引点8、9为基点，无障碍牵拉一条钢线（图中未示出）；钢线位于基准竖直平面6内且平行于同心线5，钢线悬空距筒体内壁的距离H为180-220mm。

具体实施时，在筒体1内壁高端引点8和低端引点9的样冲眼11、12上皆焊接钢线支撑架13。将钢线固定在钢线支撑架13上，使钢线位于基准竖直平面6内且平行于同心线5，钢线悬空距筒体内壁的距离H为180-220mm。本案中，为方便使用，选取钢线距筒体内壁的距离H为200mm。

D．架设仪器14：又参见图6、图7所示，以步骤C所述的钢线为对中基准，确定仪器14架设点，将仪器14对中整平架设在钢线上，后视两个基准圆心4、7中任意一个基准圆心或钢线的最远端，使通过仪器14目镜和物镜的直线位于基准竖直平面6内；再将通过仪器目镜和物镜的直线调整到与同心线5平行；通过仪器目镜和物镜的直线为仪器视线15。

架设仪器14包括确定仪器14架设点、确定仪器14的架设高度及仪器14向。

确定仪器14架设点。仪器14架设点一般有两种选择，即仪器14架设点位于筒体1的高端外侧和仪器14架设点位于筒体1的低端外侧。本案中，仪器14架设点位于筒体1的高端外侧。

确定仪器14的架设高度。仪器14的架设高度是指仪器中心到同心线5的距离。仪器的架设高度是任意的，不需要与筒体的同心线5在同一高度上，只需保证仪器视线15与通过筒体同心线5的基准竖直平面6重合。具体实施时，通过仪器14的下对中器，以钢线为对中基准，将仪器14架设在钢线或钢线所在的直线上。

仪器定向。仪器定向是指确定仪器视线15的方向。后视筒体1两端中任意一个基准圆心或钢线的最远端，使仪器视线15与基准竖直平面6重合。再根据筒体1设计的倾斜度，将仪器14的竖直度调整到设计的要求，使仪器视线15与筒体的同心线5平行，完成仪器定向。比如本案中筒体的设计倾斜度为3.5％，就将仪器的竖直度盘角度调整到2°0＇16＂，使仪器视线15与筒体同心线5平行。

后视两个基准圆心中任意一个基准圆心或钢线的最远端，是指在进行仪器定向时较常采用的参照物（定向点）为任意一个基准圆心或钢线的最远端。筒体1中环境比较复杂，在进行仪器定向时，如果只有一个定向点，定向点很可能因被其它物体遮挡等原因而看不见，故定向点首选为高端圆心4或低端圆心7；如果筒体两端的基准圆心都看不见，还可以采用步骤C中已架设好的钢线来进行仪器定向，在仪器定向时，后视定向点的距离越远，仪器14的定向精度越高，故选用能从仪器中看见的步骤C中已架设好的钢线的最远端作为定向点。显然，步骤C中已架设好的钢线的最远端是钢线与位于筒体1高端的钢线支撑架的交点或钢线与位于筒体1低端的钢线支撑架的交点。由于本案中仪器架设点位于筒体1的高端外侧，故本案中步骤C中已架设好的钢线的最远端是钢线与位于筒体低端的钢线支撑架的交点。

另外，高端引点8和低端引点9的样冲眼11、12标记也可用于仪器定向的定向点。

步骤C中所挂钢线的主要作用是为架设仪器14提供在水平方向上的定位基准，又仪器14的架设高度是任意的，钢线自然下垂对于架设仪器不产生影响。显然，步骤C中所述钢线在筒体1内不应受到外物的干扰，保证钢线由筒体1一端的钢线支撑架至筒体1另一端的钢线支撑架无障碍通过。

E．测量同心度：

测量筒体任意一端内壁最低点到仪器视线15的距离L₁：使用仪器14、借助线性量具16测量出筒体1任意一端内壁最低点到仪器视线15的距离L₁；

测量筒体待测点内壁最低点到仪器视线15的距离L₁′：使用仪器14、借助线性量具16测量出筒体任意一端内壁最低点到仪器视线15的距离L₁′；

比较L₁和L₁′的值得到该待测点上的同心点10在竖直方向上的同心度Y₁：计算L₁-L₁′的值得到该待测点上的同心点10在竖直方向上的位移量Y₁，Y₁即为筒体在该待测点上的同心点10在竖直方向上的同心度；

测量筒体同心点在水平方向上的同心度Y₂：利用等腰三角形中顶角平分角的对边相等的原理；在一个仪器视线仰角上找出仪器视线与筒体待测点一侧的内壁的交点A，A点17与仪器中心20的连线与基准竖直平面6间的夹角18为∠A；在同一个仪器视线仰角上，在筒体待测点另一侧的内壁上，仪器视线15与筒体该侧内壁交于B点，B点与仪器中心20的连线与基准竖直平面6间的夹角19为∠B，使∠A=∠B；以A点为线性量具16架设点，保持线性量具16水平，线性量具16与筒体待测点另一侧的内壁交于B′点21；使用仪器、借助线性量具分别量取A点17、B′点21到基准竖直平面6的距离L₂和L₂′；计算L₂- L₂′的值得到该待测点上因同心度偏差引起的筒体该待测点上的横截面圆的弦A B′在水平方向上的位移量Y₂。

测量同心度，即测量待测点上的同心点10相对于同心线5的同心度。理论上说，筒体各横截面皆可视为待测点，但生产实践中，在现场安装筒体时，相邻筒段的对接处与轮带处才是需要关注的待测点。

上述线形量具16是测量两点间直线距离的工具，在施工现场，较多配备的线形量具16为塔尺和卷尺。

测量筒体1任意一端内壁最低点到仪器视线15的距离L₁：线形量具16选用塔尺，将塔尺立在筒体1任意一端内壁的最低点处（条件允许可将塔尺放在筒体1低端的引点样冲眼12上），通过仪器14目镜中的“十”字丝读取尺面数值，得到筒体在此端内壁最低点到仪器视线15的距离L₁。本例中，选测筒体低端内壁最低点到仪器视线15的距离L₁。

由于车间分段制作的筒段可以视作构成筒体的标准构件，故L₁可作为基准参数。

测量筒体待测点内壁最低点到仪器视线15的距离L₁′：线形量具16选用塔尺，将塔尺立在筒体待测点内壁最低点处，通过仪器14目镜中的“十”字丝读取尺面数值，得到筒体该待测点内壁最低点到仪器视线15的距离L₁′。

在测量筒体任意一端内壁最低点到仪器视线的距离L₁和测量筒体待测点内壁最低点到仪器视线的距离L₁′时，为提高测量精度，应使塔尺位于基准竖直平面6与该待测点横截面的交线上，满足该要求的方法有多种，如筒体内设置了支架，则可以利用支架作为靠山得以实现，为现有技术，不再赘述。

比较L₁和L₁′的值得到该待测点上的同心点10在竖直方向上的同心度Y₁：计算L₁-L₁′的值得到该待测点上的同心点10在竖直方向上的位移量Y₁，Y₁即为筒体在该待测点上的同心点10在竖直方向上的同心度。

在竖直方向上：

当Y₁＝（L₁- L₁′）＞0时，该待测点上的同心点10高于同心线，则应向下调整同心点10，调整量为Y₁；

当Y₁＝（L₁- L₁′）＝0时，该待测点上的同心点10与同心线等高，符合要求；

当Y₁＝（L₁- L₁′）＜0时，该待测点上的同心点10低于同心线，则应向上调整同心点10，调整量为Y₁。

测量筒体同心点10在水平方向上的同心度Y₂利用的数学原理是：等腰三角形中顶角平分角的对边相等的原理。

测定的对象是待测点上因同心度偏差引起的筒体该待测点上的横截面圆的弦AB′在水平方向上的位移量Y₂。

线形量具16选用卷尺。

具体实施方式是：

将仪器视线15与筒体同心线5平行时的水平度盘置为0°0＇0＂，这样可以保证仪器的水平度盘示数为0°0＇0＂时，无论仪器视线15处于任何仰角时，仪器视线15皆位于基准竖直平面6内。

与仪器视线15的仰角相适应的是，卷尺在筒体内壁测量时的高度可以是任意的，不需与仪器14的高度相同。

调整仪器14的竖直度盘和水平度盘，找出仪器视线15与筒体待测点左侧的内壁的交点A，A点17与仪器中心20的连线与基准竖直平面6间的夹角18为∠A。

保持仪器14的竖直度不变，即保持仪器视线15的仰角不变，反向调整仪器14的水平度盘，在筒体待测点右侧的内壁上，仪器视线15与筒体右侧内壁交于B点，B点与仪器中心的连线与基准竖直平面间的夹角19为∠B，使∠A=∠B。

以A点为线性量具16（卷尺）架设点，保持线性量具16（卷尺）水平，线性量具16（卷尺）与筒体待测点右侧的内壁交于B′点21。

结合上述，仪器中心20、A点17和B′点21决定了一个以仪器中心20为顶点、以线段AB′为底边的等腰三角形。

使用仪器14、借助线性量具16（卷尺）分别量取A点17、B′点21到基准竖直平面6的距离L₂和L₂′。

计算L₂- L₂′的值得到该待测点上因同心度10偏差引起的筒体该待测点上的横截面圆的弦A B′在水平方向上的位移量Y₂。

弦A B′在水平方向上：

当Y₂＝（L₂- L₂′）＞0时，该待测点上的弦A B′偏于基准竖直平面左侧，则应向右调整弦A B′，调整量为Y₂；

当Y₂＝（L₂- L₂′）＝0时，该待测点上的弦A B′关于基准竖直平面对称；

当Y₂＝（L₂- L₂′）＜0时，该待测点上的弦A B′偏于基准竖直平面右侧，则应向左调整弦A B′，调整量为Y₂。

上述中仪器可以是经纬仪，也可以是全站仪，本案中，选用全站仪。

上述测量筒体同心度的方法是利用全站仪或经纬仪的仪器中心的基准竖直平面上，并利用仪器竖直度盘设置需要的角度，使仪器视线待测物同心线平行。依据基准竖直平面架设仪器，通过仪器视线量取待测物各待测点上在水平方向和竖直方向上的与同心点的位移正相关的距离来指导调整筒体同心点的同心度。

该测量筒体同心度的方法中，基准圆心实际上是筒体横截面的重心，同心线实际上是筒体两端横截面重心决定的直线。故该测量筒体同心度的方法适用于包括圆形筒体在内的均匀规则空心物体的同心度测量。

本发明的有益效果是：

将仪器中心设置在基准竖直平面上，即，通过仪器目镜和物镜看到的任意点都在基准竖直平面上；并调整仪器视线在基准竖直平面上的斜度与筒体的斜度相等，即，在基准竖直平面上，仪器视线与同心线平行；依据基准竖直平面架设仪器，通过仪器视线量取筒体各同心点在水平方向上和垂直方向上的距离直接或间接得到筒体各同心点在水平方向上和垂直方向上的同心度。

显然，本发明中所挂钢线的作用是为架设仪器提供在水平方向上的定位基准，钢线下垂对于架设仪器不产生影响，相对于传统的挂钢线法，测量的准确性和可靠性都更高，操作也趋于简单。

Claims (6)

1.测量筒体同心度的方法，包括筒体，筒体各横截面的圆心为筒体在该横截面上的同心点，其特征是，还包括以下步骤：

A．确定筒体两端的横截面的基准圆心：两个基准圆心分别为高端圆心和低端圆心，两个基准圆心决定的直线为筒体的同心线；

B．引测引点：两个引点分别为高端引点和低端引点；利用仪器，将步骤A确定的基准圆心同方向向下引测在筒体内圆上，高端圆心和低端圆心分别对应产生高端引点和低端引点；两个基准圆心和两个引点位于同一个铅垂面上，该铅垂面为基准竖直平面；

C．架设钢线：以步骤B所述的两个引点为基点，牵拉一条钢线；钢线位于基准竖直平面内且平行于同心线，钢线悬空距筒体内壁的距离H为180-220mm；

D．架设仪器：以步骤C所述的钢线为对中基准，确定仪器架设点，将仪器对中整平架设在钢线上，后视两个基准圆心中任意一个基准圆心或钢线的最远端，使通过仪器目镜和物镜的直线位于基准竖直平面内；再将通过仪器目镜和物镜的直线调整到与同心线平行；通过仪器目镜和物镜的直线为仪器视线；

E． 测量同心度：

测量筒体任意一端内壁最低点到仪器视线的距离L₁：使用仪器、借助线性量具测量出筒体任意一端内壁最低点到仪器视线的距离L₁；

测量筒体待测点内壁最低点到仪器视线的距离L₁′：使用仪器、借助线性量具测量出筒体待测点内壁最低点到仪器视线的距离L₁′；

比较L₁和L₁′的值得到该待测点上的同心点在竖直方向上的同心度Y₁：计算L₁- L₁′的值得到该待测点上的同心点在竖直方向上的位移量Y₁，Y₁即为筒体在该待测点上的同心点在竖直方向上的同心度；

测量筒体同心点在水平方向上的同心度Y₂：利用等腰三角形中顶角平分角的对边相等的原理，在一个仪器视线仰角上找出仪器视线与筒体待测点一侧的内壁的交点A，A点与仪器中心的连线与基准竖直平面间的夹角为∠A；在同一个仪器视线仰角上，在筒体待测点另一侧的内壁上，仪器视线与筒体该侧内壁交于B点，B点与仪器中心的连线与基准竖直平面间的夹角为∠B，使∠A=∠B；以A点为线性量具架设点，保持线性量具水平，线性量具与筒体待测点另一侧的内壁交于B′点；使用仪器、借助线性量具分别量取A点、B′点到基准竖直平面的距离L₂和L₂′；计算L₂- L₂′的值得到该待测点上因同心度偏差引起的横截面圆的弦AB′在水平方向上的位移量Y₂。

2.根据权利要求1所述的测量筒体同心度的方法，其特征是，仪器架设点位于筒体的高端外侧。

3.根据权利要求1所述的测量筒体同心度的方法，线性量具为塔尺。

4.根据权利要求1所述的测量筒体同心度的方法，线性量具为卷尺。

5.根据权利要求1所述的测量筒体同心度的方法，仪器为全站仪。

6.根据权利要求1所述的测量筒体同心度的方法，仪器为经纬仪。