CN109029249A - 一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置及其使用方法。该装置包括激光位移计、定位卡、水平滑块、水平方导轨、竖向滑块、立柱和支座；激光位移计通过定位卡固定在水平滑块上，水平滑块在水平方导轨上滑动，水平方导轨通过竖向滑块与立柱相连；立柱固定在支座上，所述立柱上标有刻度；带有水平滑块的水平方导轨端部与竖向滑块通过螺栓连接，固定安装在立柱上；激光位移计安装在水平滑块上，由定位板固定，定位板是两个开有螺栓孔的定位卡，通过螺栓固定在水平滑块上。本发明能有效减小人为操作和原有仪器本身造成的误差；成本低、实用性强、简单易行，实现模块化、装配化，通过更换组件，能改变测量范围，适用于各种复杂工作环境。

Description

一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置及其使用方法，属于土木工程测量技术领域。

背景技术

结构构件与理论模型相比，在未受荷载作用前已存在各种缺陷，实际板壳结构中的初始缺陷会影响结构的安全性与稳定性。在制造和装配过程中承压结构会受到各种外力的影响，结构会发生各种各样的变形，造成结构的初始几何缺陷。几何缺陷会使承压结构的承载力降低。在有限元分析中构件存在材料非线性和几何非线性问题，且构件的初始缺陷影响也不容忽视。若忽视这些初始缺陷，会导致构件实际破坏形态与有限元软件分析结果不一致。

几何缺陷的测量对构件的稳定性的影响有重要意义，测量装置要求适用于多种构件形状和场地并有足够精度。这对测量装置的设计提出严格的要求，现有测量方法运用直尺和游标卡尺等工具，由于人为的操作和仪器本身的误差，难以准确测量几何初始缺陷数值。

发明内容

本发明旨在提供一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，成本低、实用性强、简单易行，能够实现模块化、装配化；本发明还提供了上述装置的使用方法，

本发明利用激光位移计和传动装置组合的装置可以避免现有技术中存在的问题，通过更换组件，能改变测量范围，适用于各种复杂工作环境，再通过Matlab等软件进行数据后处理，将装置采集的点拟合成曲面，找到构件最凸点和最凹点，进而确定钢材表面缺陷情况，是一种准确可靠的局部几何初始缺陷测量方法，满足结构构件实验的精度要求。

本发明提供了一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，包括激光位移计、定位卡、水平滑块、水平方导轨、竖向滑块、立柱和支座；

激光位移计通过定位卡固定在水平滑块上，水平滑块在水平方导轨上滑动，水平方导轨通过竖向滑块与立柱相连；

所述的定位卡由两块互相垂直的板构成，分别和激光位移计的正面和侧面贴合，正面贴板预留螺栓孔，使用时可以与水平滑块通过螺栓连接；水平滑块连接激光位移计后插入水平方导轨中；带有滑块的水平方导轨端部与竖向滑块通过螺栓连接，固定安装在立柱上；所述竖向滑块带有自锁装置，用于固定其位置；

所述支座为固定支座或水平导轨支座；支座根据被测面情况而变化，被测面在xoz面时使用固定支座，被测面在xoy面时，使用水平导轨支座；

立柱固定在支座上，所述立柱上标有刻度；带有滑块的水平方导轨端部与竖向滑块通过螺栓连接，固定安装在立柱上；激光位移计安装在水平滑块上，由定位板固定，定位板是两个开有螺栓孔的定位卡，通过螺栓固定在水平滑块上。

上述装置中，所述竖向滑块中间设有通孔，立柱穿过该通孔与水平方导轨连接。

上述装置中，所述立柱有一根或两根，设置一根立柱时，为悬臂式结构，常在测量精度要求较低时使用；设置两根立柱时，两根立柱为平行设置在水平方导轨的两端，分别通过移动滑块连接水平方导轨。

上述装置中，所述的水平方导轨上开有等距螺栓孔，用于调整立柱与水平方导轨的固定位置。

上述装置中，所述的固定支座置于钢构件表面时，可采用磁铁式支座，便于安装固定。固定支座包括立柱、圆孔台座和吸铁石；立柱底端与圆孔台座的座面开螺纹孔，吸铁石同样开有螺栓孔；使用时立柱先与圆孔台座相连，圆孔台座的孔是活口孔，通过拧紧螺栓使得圆孔台座孔壁与立柱柱面贴紧；吸铁石吸附到立柱与圆孔台座底面，相应的螺栓孔通过螺栓连接。

所述的水平导轨支座包括圆孔台座、导轨滑块和导轨；圆孔台座的座面与导轨滑块的连接处开有螺栓孔；使用时立柱先与圆孔台座相连，圆孔台座的孔是活口孔，通过拧紧螺栓使得圆孔台座孔壁与立柱柱面贴紧；然后将导轨滑块插入导轨中；台座与导轨滑块预留的螺栓孔通过螺栓连接。

上述装置中，水平方导轨与水平滑块的滑动是通过水平滑块在水平方导轨轨道槽内的滑动实现。

所述的激光位移计外形为切除一角的长方体，其导线从切角处引出，故激光位移计分正面、背面和侧面。所述的定位卡由两块互相垂直的板构成，分别和激光位移计的正面和侧面贴合，正面贴板预留螺栓孔，使用时可以与水平滑块通过螺栓连接。

本发明提供了一种上述多功能结构构件几何初始缺陷测量装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）测量构件整体缺陷的方法，包括以下步骤：

① 根据被测构件放置状态和尺寸选择合适的部件，组装测量装置；

② 在构件边缘选取适当的测点；调整测量装置位置，使得固定立柱位置后只需移动滑块便可测到所有测点；

③移动滑块和滑块将激光位移计的激光一一对准各测点并固定，待读数稳定后，记录读数；

④ 数据后处理，绘制构件整体缺陷的拟合平面P；

（2）测量构件局部缺陷的方法，包括以下步骤：

① 根据被测构件放置状态和尺寸选择合适的部件，组装测量装置；

② 在构件待测表面均匀选取适当的测点；调整测量装置位置，使得固定立柱位置后只需移动滑块便可测到所有测点；

③ 移动滑块和滑块将激光位移计的激光一一对准各测点并固定，待读数稳定后，记录读数；

④ 数据后处理，绘制构件表面局部缺陷的拟合曲面Q；

（3）数据后处理方法，包括以下步骤：

① 在MATLAB软件中编写线性插值拟合程序；

② 将测点的空间坐标输入程序；

③ 运行程序，得到构件整体缺陷的拟合平面P，将局部缺陷测量数据与平面P叠合，用修正后数据拟合曲面Q，并得到表面鼓曲极值。

本发明的有益效果：

（1）本发明可以准确测量结构构件几何初始缺陷数值，有效减小人为操作和原有仪器本身造成的误差。

（2）本发明成本低、实用性强、简单易行，实现模块化、装配化，通过更换组件，能改变测量范围，适用于各种复杂工作环境。

附图说明

图1为多功能结构构件几何初始缺陷测量装置的整体示意图；

图2为两立柱与磁铁支座连接的爆炸图；

图3为悬臂式装置示意图；

图4为图3的爆炸图；

图5为水平导轨支座的示意图；

图6为图5的爆炸图；

图7为水平方导轨的示意图；

图8为图7的爆炸图；

图9为位移计固定方法示意图；

图10为两根立柱的使用状态示意图。

图中，1为固定支座，2为立柱，3为竖向滑块，4为水平方导轨，5为水平滑块，6为激光位移计，7为水平导轨支座，8为定位卡，9为吸铁石，10为第一圆孔台座，11为导轨，12为水平导轨支座滑块，13为第二圆孔台座。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~10所示，一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，包括激光位移计6、定位卡8、水平滑块5、水平方导轨4、竖向滑块3、立柱2和支座；

激光位移计6通过定位卡8固定在水平滑块5上，水平滑块5在水平方导轨4上滑动，水平方导轨4通过竖向滑块3与立柱2相连；

所述的定位卡8由两块互相垂直的板构成，分别和激光位移计6的正面和侧面贴合，正面贴板预留螺栓孔，使用时可以与水平滑块5通过螺栓连接，卡在激光位移计6直角边的同时与水平滑块5通过螺栓连接；水平滑块5连接激光位移计6后插入水平方导轨4中；带有水平滑块5的水平方导轨4端部与竖向滑块3通过螺栓连接，固定安装在立柱2上；所述竖向滑块3带有自锁装置，用于固定其位置；

所述支座为固定支座1或水平导轨支座7；支座根据被测面情况而变化，被测面在xoz面时使用固定支座1，被测面在xoy面时，使用水平导轨支座7；

立柱2固定在支座上，所述立柱2上标有刻度；带有水平滑块5的水平方导轨4端部与竖向滑块3通过螺栓连接，固定安装在立柱上；激光位移计6安装在水平滑块5上，由定位卡8固定，定位卡8由两块互相垂直的板构成，分别和激光位移计6的正面和侧面贴合，正面贴板预留螺栓孔，使用时可以与水平滑块5通过螺栓连接。

上述装置中，所述竖向滑块3中间设有通孔，立柱2穿过该通孔与水平方导轨4连接。

上述装置中，所述立柱2有一根或两根，设置一根立柱2时，为悬臂式结构，常在测量精度要求较低时使用；设置两根立柱2时，两根立柱2为平行设置在水平方导轨4的两端，分别通过竖向滑块3连接水平方导轨4。

上述装置中，所述的水平方导轨4上开有等距螺栓孔，用于调整立柱2与水平方导轨4的固定位置。

上述装置中，所述的固定支座置于钢构件表面时，采用磁铁式支座，便于安装固定。固定支座1包括立柱2、第一圆孔台座10和吸铁石9；立柱2底端与第一圆孔台座10的座面开螺纹孔，吸铁石9同样开有螺栓孔；使用时立柱2先与第一圆孔台座相连，第一圆孔台座10的孔是活口孔，通过拧紧螺栓使得圆孔台座孔壁与立柱柱面贴紧；吸铁石9吸附到立柱2与第一圆孔台座10底面，相应的螺栓孔通过螺栓连接。

所述的水平导轨支座7包括第二圆孔台座13、水平导轨支座滑块12和导轨11；第二圆孔台座13的座面与水平导轨支座滑块12的连接处开有螺栓孔；使用时立柱2先与第二圆孔台座13相连，第二圆孔台座13的孔是活口孔，通过拧紧螺栓使得第二圆孔台座13孔壁与立柱2柱面贴紧；然后将水平导轨支座滑块12插入导轨11中；第二圆孔台座13与水平导轨支座滑块12预留的螺栓孔通过螺栓连接。

水平方导轨4与水平滑块5的滑动是通过水平滑块5在水平方导轨4轨道槽内的滑动实现。

所述的激光位移计6外形为切除一角的长方体，其导线从切角处引出，故激光位移计分正面、背面和侧面。所述的定位卡由两块互相垂直的板构成，分别和激光位移计6的正面和侧面贴合，正面贴板预留螺栓孔，使用时可以与水平滑块5通过螺栓连接。

如图10所示，当测量图中H形钢柱腹板与翼缘的局部鼓曲时，可以采用磁吸式双立柱装置来测量。安装方法为激光位移计6通过定位卡8固定在水平滑块5上，水平滑块5在水平方导轨4上滑动，水平方导轨4通过竖向滑块3与立柱2相连，立柱2置于固定支座1上。

所述的水平方导轨4上开有等距螺栓孔，用于调整立柱2与水平方导轨的4固定位置。

测量时，先将立柱2与吸铁9组装后吸附在钢柱底板，再将竖向滑块3与水平方导轨4组装在一起，最后将竖向滑块3穿过立柱，在适当位置锁紧。

本实施例提供了上述多功能结构构件几何初始缺陷测量装置的使用方法，包括以下步骤：

（1）测量构件整体缺陷的方法，包括以下步骤：

① 根据被测构件放置状态和尺寸选择合适的部件，组装测量装置；

②可以提前在待测板件上打好网格布置测点，然后移动滑块和滑块将激光位移计的激光一一对准各测点并固定，待读数稳定后，记录读数；也可根据立柱上的刻度来设置测点，读数并记录读数。这时的测点都是在腹板与翼缘焊缝根部几乎没有局部鼓曲的位置。

③ 数据后处理，绘制构件整体缺陷的插值平面P；

（2）测量构件局部缺陷的方法，包括以下步骤：

① 根据被测构件放置状态和尺寸选择合适的部件，组装测量装置；

② 可以提前在待测板件上打好网格布置测点，然后移动滑块和滑块将激光位移计的激光一一对准各测点并固定，待读数稳定后，记录读数；也可根据立柱上的刻度来设置测点，读数并记录读数。这时的测点都是在腹板和翼缘板上，此时的读数包含整体几何初始缺陷和局部鼓曲。

③ 数据后处理，绘制构件表面局部缺陷的拟合曲面Q；

（3）数据后处理方法，包括以下步骤：

① 在MATLAB软件中编写插值程序；

② 将测点的空间坐标输入程序；

③运行程序，得到构件整体缺陷的插值平面P，将局部缺陷测量数据与平面P叠合，用修正后数据得出真正的局部鼓曲面，并得到表面鼓曲极值。

Claims (10)

1.一种多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：包括激光位移计、定位卡、水平滑块、水平方导轨、竖向滑块、立柱和支座；

激光位移计通过定位卡固定在水平滑块上，水平滑块在水平方导轨上滑动，水平方导轨通过竖向滑块与立柱相连；

所述的定位卡由两块互相垂直的板构成，水平滑块连接激光位移计后插入水平方导轨中；带有滑块的水平方导轨端部与竖向滑块通过螺栓连接，固定安装在立柱上；所述竖向滑块带有自锁装置，用于固定其位置；

所述支座为固定支座或水平导轨支座；支座根据被测面情况而变化，被测面在xoz面时使用固定支座，被测面在xoy面时，使用水平导轨支座；

立柱固定在支座上，所述立柱上标有刻度；带有水平滑块的水平方导轨端部与竖向滑块通过螺栓连接，固定安装在立柱上；激光位移计安装在水平滑块上，由定位板固定，定位板是两个开有螺栓孔的定位卡，通过螺栓固定在水平滑块上。

2.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述竖向滑块中间设有通孔，立柱穿过该通孔与水平方导轨连接。

3.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述立柱设有一根，设置一根立柱时，为悬臂式结构，常在测量精度要求低时使用。

4.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述立柱设有两根，设置两根立柱时，两根立柱为平行设置在水平方导轨的两端，分别通过竖向滑块连接水平方导轨。

5.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述的水平方导轨上开有等距螺栓孔，用于调整立柱与水平方导轨的固定位置。

6.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述的固定支座置于钢构件表面时，采用磁铁式支座，便于安装固定；

固定支座包括立柱、圆孔台座和吸铁石；立柱底端与圆孔台座的座面开螺纹孔，吸铁石同样开有螺栓孔；使用时立柱先与圆孔台座相连，圆孔台座的孔是活口孔，通过拧紧螺栓使得圆孔台座孔壁与立柱柱面贴紧；吸铁石吸附到立柱与圆孔台座底面，相应的螺栓孔通过螺栓连接。

7.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述的水平导轨支座包括圆孔台座、导轨滑块和导轨；圆孔台座的座面与导轨滑块的连接处开有螺栓孔；使用时立柱先与圆孔台座相连，圆孔台座的孔是活口孔，通过拧紧螺栓使得圆孔台座孔壁与立柱柱面贴紧；然后将导轨滑块插入导轨中；台座与导轨滑块预留的螺栓孔通过螺栓连接。

8.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述的水平滑块在水平方导轨的轨道槽内能进行滑动。

9.根据权利要求1所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置，其特征在于：所述的激光位移计外形为切除一角的长方体，其导线从切角处引出，故激光位移计分正面、背面和侧面；所述的定位卡由两块互相垂直的板构成，分别和激光位移计的正面和侧面贴合，正面贴板预留螺栓孔，使用时与水平滑块通过螺栓连接。

10.一种权利要求1~9任一项所述的多功能结构构件几何初始缺陷测量装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）测量构件整体缺陷的方法，包括以下步骤：

①根据被测构件放置状态和尺寸选择合适的部件，组装测量装置；

②在构件边缘选取适当的测点；调整测量装置位置，使得固定立柱位置后只需移动滑块便可测到所有测点；

③移动滑块和滑块将激光位移计的激光一一对准各测点并固定，待读数稳定后，记录读数；

④ 数据后处理，绘制构件整体缺陷的拟合平面P；

（2）测量构件局部缺陷的方法，包括以下步骤：

①根据被测构件放置状态和尺寸选择合适的部件，组装测量装置；

②在构件待测表面均匀选取适当的测点；调整测量装置位置，使得固定立柱位置后只需移动滑块便可测到所有测点；

③ 移动滑块和滑块将激光位移计的激光一一对准各测点并固定，待读数稳定后，记录读数；

④ 数据后处理，绘制构件表面局部缺陷的拟合曲面Q；

（3）数据后处理方法，包括以下步骤：

①在MATLAB软件中编写线性插值拟合程序；

②将测点的空间坐标输入程序；

③运行程序，得到构件整体缺陷的拟合平面P，将局部缺陷测量数据与平面P叠合，用修正后数据拟合曲面Q，并得到表面鼓曲极值。