CN109855538B - 一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置，包括量测系统、定位控制系统、数据采集系统和量测平台，量测系统包括激光位移传感器、步进电机、X轴丝杠、Y轴丝杠，两根Y轴丝杠垂直固定在量测平台，Y轴丝杠的顶端连接步进电机，X轴丝杠两端分别与设置在两根Y轴丝杠上的丝杠螺母连接，X轴丝杠的一端连接有步进电机，激光位移传感器安装在X轴丝杠上的丝杠螺母上；定位控制系统连接步进电机，数据采集系统连接位移传感器，并将数据输出给PC端。本发明还提供了一种自动量测结构构件几何初始缺陷的方法。本发明可通过初始输入坐标值或截面形态曲线设定量测轨迹，对异形构件特定截面的几何初始缺陷进行测量。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，具体为一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置及方法。
背景技术
现实工程中，钢结构构件总是存在几何形状制造缺陷，横截面形状失真等各种各样的初始几何缺陷。在钢结构工程技术领域中，构件的局部几何初始缺陷是非常重要的一项验收指标，直接影响构件与结构的承载力与变形，而且在构件的局部稳定、局部——整体相关稳定试验中，构件的几何初始缺陷是非常重要的影响因素。传统的采用直尺和塞尺的检验方法在实际操作过程中，会受到直尺本身的平直度和人为主观不确定性等影响，难以得精确的几何初始缺陷数值。此外三座标测量机可以精确测量各点坐标来换算得出构件截面的局部几何初始缺陷，但受仪器自身的限制，该方法适用于尺寸和重量很小的结构构件，并且对构件清活度要求非常高。而采用较为先进的三维成像扫描技术的成本过高，实用性较差。重要的是上述的方法都难以量测异形构件（如S形钢板、瓦楞钢板等）几何初始缺陷。因此，需要设计准确有效、简单易行、成本低廉，可适用各种几何尺寸结构构件的几何初始缺陷测量方法，以使满足结构构件验收和钢结构构件稳定性能试验的需求。
发明内容
针对目前钢结构构件几何初始缺陷测量不易操作，无法量测异形构件及精确测量或实用性较差等问题，本发明提出一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置及方法。
本发明提供的一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置，包括量测系统、定位控制系统、数据采集系统和量测平台，所述量测系统包括激光位移传感器、步进电机、X轴丝杠、Y轴丝杠，两根Y轴丝杠垂直固定在量测平台，Y轴丝杠的顶端连接步进电机，X轴丝杠两端分别与设置在两根Y轴丝杠上的丝杠螺母连接， X轴丝杠的一端连接有步进电机，激光位移传感器安装在X轴丝杠上的丝杠螺母上；所述定位控制系统连接步进电机，定位控制系统通输入端接收量测路径规划数据并通过控制步进电机使激光位移传感器沿着设定的轨迹运动测量待测截面；所述数据采集系统连接位移传感器，并在测量过程中自动连续获取激光位移传感器反馈的测点与量测截面之间的距离变化的数据，并输出给PC端生成所量测截面的初始形态曲线。
进一步地，所述定位控制系统为基于ARM和FPGA的半闭环位置控制系统。
本发明提供的一种自动量测结构构件几何初始缺陷的方法，包括如下步骤：
（1）将待测结构构件放置在如权利要求1或2所述的一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置的量测平台上，并使所需量测截面与激光位移传感器激光束垂直；
（2）打开数据采集系统，进行数据采集系统的归零初始化处理并设置读数频率；
（3）打开定位控制系统，通过pc端编程软件输入坐标值或曲线进行量测路径的规划，通过分别控制X轴丝杠、Y轴丝杠上的步进电机使激光位移传感器沿着设定的轨迹运动来测量待测截面；
（4）数据采集系统收集激光位移传感器反馈的测点与量测截面之间的距离变化的数据，并输出给PC端生成所量测截面的初始形态曲线；
（5）根据所获得的数据和所量测截面的初始形态曲线的实际特点，对输出曲线的端点及异常数据点进行修正，得到所测结构构件特定截面棱边的几何初始缺陷形态。
本发明的有益效果在于：
（1）通过激光位移传感器反馈的测点与量测截面之间的距离变化实现对结构构件特定截面上可实现对结构构件特定截面几何初始缺陷的连续自动测量，而且实现数据自动采集，并且绘制连续的缺陷形态曲线，直接从缺陷形态反应特定截面初始缺陷的方向（凹凸情况）；
（2）可以通过初始输入坐标值或截面形态曲线设定量测轨迹，对异形构件（如S形钢板、瓦楞钢板等）特定截面的几何初始缺陷进行测量；
（3）可满足不同尺寸的结构构件几何初始缺陷测量要求要求；
（4）测量精度高，常用的激光位移传感器的精度为2μm，而且其非接触位移测量相比接触位移测量减少了如摩擦等诸多因素的影响；
（4）所采用的设备操作简便，经济实用，可广泛应用于结构构件工程加工、实验试件鉴定检测等领域。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
如图1所示，本发明的一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置，包括量测系统、定位控制系统6、数据采集系统7和量测平台5。
所述量测系统包括激光位移传感器4、步进电机1、X轴丝杠2、Y轴丝杠3，两根Y轴丝杠3垂直固定在量测平台5，Y轴丝杠3的顶端连接步进电机1，X轴丝杠2两端分别与设置在两根Y轴丝杠3上的丝杠螺母连接， X轴丝杠2的一端连接有步进电机1，激光位移传感器4安装在X轴丝杠2上的丝杠螺母上。
所述定位控制系统6为半闭环位置控制系统，使用以嵌入式为基础的FPGA主控制器的定位控制，并与步进电机1连接，定位控制系统6通输入端接收量测路径规划数据并通过控制步进电机1使激光位移传感器4沿着设定的轨迹运动测量待测截面。
所述数据采集系统7配备有RS232/RS485、USB等接口，连接位移传感器4，并在测量过程中自动连续获取激光位移传感器4反馈的测点与量测截面之间的距离变化的数据，然后输出给PC端生成所量测截面的初始形态曲线。
本发明的一种自动量测结构构件几何初始缺陷的方法，包括如下步骤：
（1）将待测结构构件S形钢板8放置在如上所述的一种自动量测结构构件几何初始缺陷的装置的量测平台5上，并使所需量测截面与激光位移传感器激光束垂直；
（2）打开数据采集系统7，进行数据采集系统7的归零初始化处理并设置读数频率；
（3）打开定位控制系统6，通过pc端编程软件输入坐标值或曲线进行量测路径的规划，通过分别控制X轴丝杠2、Y轴丝杠3上的步进电机1使激光位移传感器4沿着设定的轨迹运动来测量待测截面；
（4）数据采集系统7收集激光位移传感器4反馈的测点与量测截面之间的距离变化的数据，输出给PC端生成所量测截面的初始形态曲线；
（5）根据所获得的数据和所量测截面的初始形态曲线的实际特点，对输出曲线的端点及异常数据点进行修正，得到所测结构构件特定截面棱边的几何初始缺陷形态。
在前述说明书与相关附图中存在的教导的帮助下，本发明所属领域的技术人员将会想到本发明的许多修改和其它实施方案。因此，要理解的是，本发明不限于公开的具体实施方案，修改和其它实施方案被认为包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用了特定术语，它们仅以一般和描述性意义使用，而不用于限制。
Claims (1)
1.一种自动量测结构构件几何初始缺陷的方法，其特征在于，包括自动量测结构构件几何初始缺陷的装置，该装置包括量测系统、定位控制系统（6）、数据采集系统（7）和量测平台（5），所述量测系统包括激光位移传感器（4）、步进电机（1）、X轴丝杠（2）、Y轴丝杠（3），两根Y轴丝杠（3）垂直固定在量测平台（5），Y轴丝杠（3）的顶端连接步进电机（1），X轴丝杠（2）两端分别与设置在两根Y轴丝杠（3）上的丝杠螺母连接， X轴丝杠（2）的一端连接有步进电机（1），激光位移传感器（4）安装在X轴丝杠（2）上的丝杠螺母上；所述定位控制系统（6）连接步进电机（1），定位控制系统为基于ARM和FPGA的半闭环位置控制系统，定位控制系统（6）通输入端接收量测路径规划数据并通过控制步进电机（1）使激光位移传感器（4）沿着设定的轨迹运动测量待测截面；所述数据采集系统（7）连接位移传感器（4），并在测量过程中自动连续获取激光位移传感器（4）反馈的测点与量测截面之间的距离变化的数据，并输出给PC端生成所量测截面的初始形态曲线；该方法包括如下步骤：
（1）将待测结构构件（8）放置在量测平台（5）上，并使所需量测截面与激光位移传感器激光束垂直；
（2）打开数据采集系统（7），进行数据采集系统（7）的归零初始化处理并设置读数频率；
（3）打开定位控制系统（6），通过pc端编程软件输入坐标值或曲线进行量测路径的规划，通过分别控制X轴丝杠（2）、Y轴丝杠（3）上的步进电机（1）使激光位移传感器（4）沿着设定的轨迹运动来测量待测截面；
（4）数据采集系统（7）收集激光位移传感器（4）反馈的测点与量测截面之间的距离变化的数据，并输出给PC端生成所量测截面的初始形态曲线；
（5）根据所获得的数据和所量测截面的初始形态曲线的实际特点，对输出曲线的端点及异常数据点进行修正，得到所测结构构件特定截面棱边的几何初始缺陷形态。
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