CN107167062B - 圆度测量装置和圆度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆度测量装置，包括能够套接在圆形部件上的三角框架；设置在三角框架的第一边上的第一顶针；设置在三角框架的第二边上的第二顶针；长度可调地设置在三角框架的第三边上的第三顶针，第一顶针、第二顶针和第三顶针能够分别与圆形部件同一横截面的三个点相抵。本发明通过获得圆形部件同一横截面的三个点，相连形成的内接三角形，通过三角形数学定理形成相应计算公式，得出外接圆的半径，进而获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。本发明还提供了一种圆度测量方法，通过获得圆形部件同一横截面的三个点相连形成的内接三角形，能够计算得出外接圆的半径，进而获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

Description

圆度测量装置和圆度测量方法

技术领域

本发明涉及圆度测量技术领域，更具体地说，涉及一种圆度测量装置，本发明还涉及一种圆度测量方法。

背景技术

金属监督工作是电力行业中技术监督的重要组成部分，是保证火力发电厂安全生产的重要措施。鉴于目前很多电力企业，尤其是企业自备电厂对金属监督的管理工作受到技术、检验设备、资金等限制，仅停留在外观检查、壁厚检测、表面无损(着色、磁粉)探伤等的层面，不能对圆形部件如压力管道、转动设备的轴等进行全面检测。

管道圆度的测量是金属监督重要的一项工作，管道圆度是衡量管道变形量一个重要参数，管道变形量的增加会对系统的安全运行带来重大的安全隐患。

综上所述，如何获得圆形部件的圆度，以监督圆形部件的变形量，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种圆度测量装置，以获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

本发明的另一目的在于提供一种圆度测量方法，以获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种圆度测量装置，包括：

能够套接在圆形部件上的三角框架；

设置在所述三角框架的第一边上的第一顶针；

设置在所述三角框架的第二边上的第二顶针；

长度可调地设置在所述三角框架的第三边上的第三顶针，所述第一顶针、所述第二顶针和所述第三顶针能够分别与所述圆形部件同一横截面的三个点相抵。

优选的，上述圆度测量装置中，所述第三顶针为游标卡尺或千分尺。

优选的，上述圆度测量装置中，所述第一边和所述第二边均与所述第三边可拆卸连接。

优选的，上述圆度测量装置中，所述三角框架为等边三角形架。

优选的，上述圆度测量装置中，所述第一顶针垂直设置在所述第一边的中点；所述第二顶针垂直设置在所述第二边的中点；所述第三顶针垂直设置在所述第三边的中点。

优选的，上述圆度测量装置中，所述第一顶针的长度与所述第二顶针的长度相同。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的圆度测量装置包括能够套接在圆形部件上的三角框架；设置在三角框架的第一边上的第一顶针；设置在三角框架的第二边上的第二顶针；长度可调地设置在三角框架的第三边上的第三顶针，第一顶针、第二顶针和第三顶针能够分别与圆形部件同一横截面的三个点相抵。

应用时，首先使三角框架套接在圆形部件上，然后使第一顶针与圆形部件圆周面上的一个点相抵，第二顶针与圆形部件同一横截面的第二个点相抵；调整第三顶针的长度，使第三顶针与圆形部件同一横截面的第三个点相抵。这样，圆形部件同一横截面的上述三个点连线形成一个外接圆的内接三角形，测量出相关点的位置和数据，通过三角形数学定理形成相应计算公式，得出外接圆的半径。通过多次测量该横截面的半径，取最大值和最小值的比值来确定圆形部件的变形量，该比值越大说明变形越严重。

综上所述，本发明的圆度测量装置通过获得的圆形部件同一横截面的上述三个点，相连形成的内接三角形，能够计算得出外接圆的半径，进而获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

本发明还提供了一种圆度测量方法，包括步骤：

1)利用如权利要求1所述的圆度测量装置获得圆形部件同一横截面的三个点G、H、K的位置；

2)连线所述三个点G、H、K形成内接三角形△GHK；

3)计算出所述内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长，根据三角形数学定理计算出所述内接三角形△GHK的外接圆半径R；

4)根据所述外接圆半径R获得所述圆形部件的圆度。

优选的，上述圆度测量方法中，所述步骤4)包括：

旋转所述圆度测量装置或所述圆形部件，重复所述步骤1)-所述步骤3)，在所述圆形部件的同一横截面进行多次测量，将获得的外接圆半径最大值R_max和最小值R_min的比值来确定所述圆形部件的变形量。

优选的，上述圆度测量方法中，所述步骤3)中所述内接三角形△GHK的外接圆半径R的计算过程具体为：

设△GHK的面积为S，根据海伦公式得：

其中/>

又

根据正弦定理得：

由(2)(3)得：

将(1)带入(4)即可求出外接圆半径R。

优选的，上述圆度测量方法中，所述三角框架为等边三角形架，所述等边三角形架的三个顶点A、B、C连线形成外部三角形△ABC；

所述第一顶针垂直设置在所述外部三角形△ABC的第一边AB的中点D；所述第二顶针垂直设置在所述外部三角形△ABC的第二边AC的中点E；所述第三顶针垂直设置在所述外部三角形△ABC的第三边BC的中点F；

所述第一顶针的长度DG与所述第二顶针EH的长度相同；

所述第三顶针为游标卡尺，FK为游标卡尺所测量的长度；

所述步骤3)中所述内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长的计算过程具体为：

已知AB＝AC＝BC＝2a，DG＝EH＝h，∠A＝∠B＝∠C＝60°,DG⊥AB，EH⊥AC，FK⊥BC，A、K、F在同一条直线上，测量所得FK＝g；

则

根据余弦定理：

同理得：

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的圆度测量方法包括步骤：1)利用上述的圆度测量装置获得圆形部件同一横截面的三个点G、H、K的位置；2)连线三个点G、H、K形成内接三角形△GHK；3)计算出内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长，根据三角形数学定理计算出内接三角形△GHK的外接圆半径R；4)根据外接圆半径R获得圆形部件的圆度。

综上所述，本发明的圆度测量方法通过获得的圆形部件同一横截面的上述三个点G、H、K，相连形成的内接三角形△GHK，能够计算得出外接圆的半径R，进而获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的圆度测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的圆度测量装置的连线原理图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种圆度测量装置，能够获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图1-2，本发明实施例提供的圆度测量装置包括能够套接在圆形部件上的三角框架1；设置在三角框架1的第一边上的第一顶针2；设置在三角框架1的第二边上的第二顶针4；长度可调地设置在三角框架1的第三边上的第三顶针3，第一顶针2、第二顶针4和第三顶针3能够分别与圆形部件同一横截面的三个点相抵。

应用时，首先使三角框架1套接在圆形部件上，然后使第一顶针2与圆形部件圆周面上的一个点G相抵，第二顶针4与圆形部件同一横截面的第二个点H相抵；调整第三顶针3的长度，使第三顶针3与圆形部件同一横截面的第三个点K相抵。这样，圆形部件同一横截面的上述三个点G、H、K的连线形成一个外接圆的内接三角形△GHK，如图中内部虚线所示，测量出相关点的位置和数据，通过三角形数学定理形成相应计算公式，得出外接圆的半径R。通过多次测量该横截面的半径，取最大值Rmax和最小值Rmin的比值来确定圆形部件的变形量，该比值越大说明变形越严重。

综上所述，本发明的圆度测量装置通过获得的圆形部件同一横截面的上述三个点，相连形成的内接三角形，能够计算得出外接圆的半径，进而获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

本发明一具体的实施例中，第三顶针3为游标卡尺或千分尺。如图1所示，三角框架1的第三边上设置有供游标卡尺或千分尺的测量针头穿入的预留口，需要测量时，将测量针头穿入预留口并与圆形部件相抵。这样在调整第三顶针3的同时可以读出第三顶针3的长度，操作简便。当然，上述第三顶针3也可以为其他结构，如在三角框架1内可伸缩的杆，待调整到与圆形部件相抵的位置时，再利用测量工具测量，以达到同样的测出第三顶针3长度的效果。本发明也可以通过测量三个点G、H、K到三角框架1的三个顶点A、B、C的连线距离，获得相应数值，以达到同样的计算出外接圆的半径R的效果。

进一步的技术方案中，第一边和第二边均与第三边可拆卸连接。本发明的三角框架1的第三边可拆卸，当安装时，首先将第三边拆下，然后将第一边和第二边套在圆形部件上，再将第三边重新安装上，无需从圆形部件的端部穿入，便于圆度测量装置的安装。具体的，上述第三边与另外两边分别通过螺栓5实现可拆卸连接，当然也可以利用卡接结构实现可拆卸连接。本发明也可以使第一边或者第二边可拆装。

为了便于计算，三角框架1为等边三角形架。等边三角形架的三个顶点A、B、C连线形成的外部三角形△ABC为等边三角形，三个顶角和边长均相同，减小了测量量和计算量，提高了工作效率。可替换的，上述三角框架1还可以为直角三角形架或者其他形状的三角架。

为了进一步优化上述技术方案，第一顶针2垂直设置在第一边的中点；第二顶针4垂直设置在第二边的中点；第三顶针3垂直设置在第三边的中点。本实施例中，第一顶针2垂直设置在外部三角形△ABC的第一边AB的中点D；第二顶针4垂直设置在外部三角形△ABC的第二边AC的中点E；第三顶针3垂直设置在外部三角形△ABC的第三边BC的中点F；根据△ABC的边长和三个顶针的长度，可以快速计算出内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长，数据更加精确。当然，上述顶针也可以设置在△ABC的边上的其他位置，也可以不垂直相应的边，通过测量获得相应数据。

上述实施例提供的圆度测量装置中，第一顶针2的长度DG与第二顶针4的长度EH相同。本实施例中，第三顶针3的长度FK为游标卡尺所测量的长度；GK＝HK，更加简化了计算方法。

本发明的内接三角形△GHK的外接圆半径R的计算过程具体为：

设△GHK的面积为S，根据海伦公式得：

其中/>

又

根据正弦定理得：

由(2)(3)得：

另外，内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长的计算过程具体为：

已知AB＝AC＝BC＝2a，DG＝EH＝h，∠A＝∠B＝∠C＝60°,DG⊥AB，EH⊥AC，FK⊥BC，A、K、F在同一条直线上，测量所得FK＝g；

则

根据余弦定理：

同理得：

将(1)(5)(6)带入(4)即可求出外接圆半径R。

具体的，本发明利用计算机编辑相应公式，录入测量数据后，可以快速得出外接圆的半径R。在同一横截面进行多次测量，取最大值R_max和最小值R_min的比值来确定圆形部件的变形量，该比值越大说明变形越严重。本发明还可以对原设计值R₀进行对比，若所测量半径R均与R₀相差过大，说明该圆形部件已整体变形。

本发明现场仅需测量第三顶针3的长度FK，操作更加简便，实现了圆形部件的变形量快速检测，提高了金属监督工作的效率，提高了设备运行的稳定性和可靠性，避免或减少了生产事故，提高了设备运行效率和劳动生产率。

本发明实施例还提供了一种圆度测量方法，包括步骤：

S1利用上述的圆度测量装置获得圆形部件同一横截面的三个点G、H、K的位置；

S2连线三个点G、H、K形成内接三角形△GHK；

S3计算出内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长，根据三角形数学定理计算出内接三角形△GHK的外接圆半径R；

S4根据外接圆半径R获得圆形部件的圆度。

综上所述，本发明的圆度测量方法通过获得的圆形部件同一横截面的上述三个点G、H、K，相连形成的内接三角形△GHK，能够计算得出外接圆的半径R，进而获得圆形部件的圆度，从而监督圆形部件的变形量。

为了更准确地确定圆形部件的变形程度，步骤S4包括：旋转圆度测量装置或圆形部件，重复步骤S1-步骤S3，在圆形部件的同一横截面进行多次测量，将获得的外接圆半径最大值R_max和最小值R_min的比值来确定圆形部件的变形量。

为了减小人工计算量，本发明利用计算机编辑相应公式，录入测量数据后，可以快速得出外接圆的半径R。在同一横截面进行多次测量，取最大值R_max和最小值R_min的比值来确定圆形部件的变形量，该比值越大说明变形越严重。可替换的，本发明还可以对原设计值R₀进行对比，若所测量半径R均与R₀相差过大，说明该圆形部件已整体变形。

本发明具体的实施例中，步骤S3中内接三角形△GHK的外接圆半径R的计算过程具体为：

设△GHK的面积为S，根据海伦公式得：

其中/>

又

根据正弦定理得：

由(2)(3)得：

将(1)带入(4)即可求出外接圆半径R。

上述计算方法简便，减少了计算量，而且计算数据更精确。当然，本申请也可以通过其他三角形数学定理计算，如余弦定理等，以达到同样的计算出内接三角形△GHK的外接圆半径R的效果。

优选的，三角框架1为等边三角形架，等边三角形架的三个顶点A、B、C连线形成外部三角形△ABC；△ABC为等边三角形，三个顶角和边长均相同，减小了测量量和计算量，提高了工作效率。可替换的，上述三角框架1还可以为直角三角形架或者其他形状的三角架。

第一顶针2垂直设置在外部三角形△ABC的第一边AB的中点D；第二顶针4垂直设置在外部三角形△ABC的第二边AC的中点E；第三顶针3垂直设置在外部三角形△ABC的第三边BC的中点F；

第一顶针2的长度DG与第二顶针4EH的长度相同；

第三顶针3为游标卡尺，FK为游标卡尺所测量的长度；根据△ABC的边长和三个顶针的长度，可以快速计算出内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长，数据更加精确。当然，上述顶针也可以设置在△ABC的边上的其他位置，也可以不垂直相应的边，通过测量获得相应数据。

本发明的步骤S3中内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长的计算过程具体为：

已知AB＝AC＝BC＝2a，DG＝EH＝h，∠A＝∠B＝∠C＝60°,DG⊥AB，EH⊥AC，FK⊥BC，A、K、F在同一条直线上，测量所得FK＝g；

则

根据余弦定理：

同理得：

将(1)(5)(6)带入(4)即可求出外接圆半径R。上述GH、GK、HK通过计算方法获得，数据更加精准，当然，本发明还可以直接测量出BK、AG、BG、AH的数值。

具体的，本发明利用计算机编辑相应公式，录入测量数据后，可以快速得出外接圆的半径R。在同一横截面进行多次测量，取最大值R_max和最小值R_min的比值来确定圆形部件的变形量，该比值越大说明变形越严重。本发明还可以对原设计值R₀进行对比，若所测量半径R均与R₀相差过大，说明该圆形部件已整体变形。

本发明现场仅需测量第三顶针3的长度FK，操作更加简便，实现了圆形部件的变形量快速检测，提高了金属监督工作的效率，提高了设备运行的稳定性和可靠性，避免或减少了生产事故，提高了设备运行效率和劳动生产率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种圆度测量装置，其特征在于，包括：

能够套接在圆形部件上的三角框架(1)；

设置在所述三角框架(1)的第一边上的第一顶针(2)；

设置在所述三角框架(1)的第二边上的第二顶针(4)；

长度可调地设置在所述三角框架(1)的第三边上的第三顶针(3)，所述第一顶针(2)、所述第二顶针(4)和所述第三顶针(3)能够分别与所述圆形部件同一横截面的三个点相抵；

圆形部件同一横截面的三个点的连线形成一个外接圆的内接三角形，计算出三角形三条边的边长；通过三角形数学定理计算公式，得出外接圆的半径R；旋转所述圆度测量装置或所述圆形部件，在所述圆形部件的同一横截面进行多次测量，将获得的外接圆半径最大值R_max和最小值R_min的比值来确定所述圆形部件的变形量；

所述三角框架(1)为等边三角形架；所述第一顶针(2)垂直设置在所述第一边的中点；所述第二顶针(4)垂直设置在所述第二边的中点；所述第三顶针(3)垂直设置在所述第三边的中点；所述第一顶针(2)的长度与所述第二顶针(4)的长度相同。

2.根据权利要求1所述的圆度测量装置，其特征在于，所述第三顶针(3)为游标卡尺或千分尺。

3.根据权利要求1所述的圆度测量装置，其特征在于，所述第一边和所述第二边均与所述第三边可拆卸连接。

4.一种圆度测量方法，其特征在于，包括步骤：

1)利用如权利要求1所述的圆度测量装置获得圆形部件同一横截面的三个点G、H、K的位置；

2)连线所述三个点G、H、K形成内接三角形△GHK；

3)计算出所述内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长，根据三角形数学定理计算出所述内接三角形△GHK的外接圆半径R；

4)根据所述外接圆半径R获得所述圆形部件的圆度；

三角框架(1)为等边三角形架，所述等边三角形架的三个顶点A、B、C连线形成外部三角形△ABC；

所述第一顶针(2)垂直设置在所述外部三角形△ABC的第一边AB的中点D；所述第二顶针(4)垂直设置在所述外部三角形△ABC的第二边AC的中点E；所述第三顶针(3)垂直设置在所述外部三角形△ABC的第三边BC的中点F；

所述第一顶针(2)的长度DG与所述第二顶针(4)EH的长度相同；

所述第三顶针(3)为游标卡尺，FK为游标卡尺所测量的长度；所述步骤4)包括：

旋转所述圆度测量装置或所述圆形部件，重复所述步骤1)-所述步骤3)，在所述圆形部件的同一横截面进行多次测量，将获得的外接圆半径最大值R_max和最小值R_min的比值来确定所述圆形部件的变形量。

5.根据权利要求4所述的圆度测量方法，其特征在于，所述步骤3)中所述内接三角形△GHK的外接圆半径R的计算过程具体为：

设△GHK的面积为S，根据海伦公式得：

其中/>

又

根据正弦定理得：

由(2)(3)得：

将(1)带入(4)即可求出外接圆半径R。

6.根据权利要求5所述的圆度测量方法，其特征在于，

所述步骤3)中所述内接三角形△GHK的三个边GH、GK、HK的边长的计算过程具体为：

已知AB＝AC＝BC＝2a，DG＝EH＝h，∠A＝∠B＝∠C＝60°,DG⊥AB，EH⊥AC，FK⊥BC，A、K、F在同一条直线上，测量所得FK＝g；

则

根据余弦定理：

同理得：