CN112945062A - 一种椭球形封头形状偏差的测量方法 - Google Patents

一种椭球形封头形状偏差的测量方法 Download PDF

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CN112945062A CN202110271340.8A CN202110271340A CN112945062A CN 112945062 A CN112945062 A CN 112945062A CN 202110271340 A CN202110271340 A CN 202110271340A CN 112945062 A CN112945062 A CN 112945062A
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李英杰
咸耀龙
杨宇
仙笑笑
宋宇光
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures

Abstract

本发明涉及一种测量方法，具体是一种椭球形封头形状偏差的测量方法，旨在解决现有椭圆形封头测量成本高、操作不够便捷的技术问题。采用如下技术方案：选取椭圆形封头端面的一条中心线的多个位置进行投射，通过竖直和水平两个方向的投射距离检测，结合封头自身的理论曲线方程，可得出每个投射点及对应点的坐标，进而得出每个投射点位置对应的封头凹凸情况及具体偏差值，最终得到封头的最大形状偏差以及封头的模拟轮廓。

Description

一种椭球形封头形状偏差的测量方法
技术领域
本发明涉及一种测量方法，具体是一种椭球形封头形状偏差的测量方法。
背景技术
封头是压力容器最为关键的一个部件，其中，椭球形封头是最常用的封头之一。椭球形封头是在半个椭球形壳体的圆形平面处同轴等径增设一圆筒体后形成的结构，增设的部分为直边段，椭球部分的长轴为短轴的二倍。封头制作完毕后需对其进行测量，以检测封头的形状偏差。现有一般需要制作封头样板，按标准图形尺寸制作且尺寸小于封头的内部尺寸，测量时将封头样板置于封头内，通过测量封头与封头样板之间的间隙，来判定封头的形状偏差。而不同规格的封头需要制备对应尺寸的封头样板，为满足测量封头形状偏差所需，则需要制备大量不同尺寸的样板。另外对于大直径封头，因其尺寸较大测量时不易操作，且样板的存放也极为不便。
发明内容
本发明旨在解决现有封头测量成本高、操作不够便捷的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种椭球形封头形状偏差的测量方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
1）、将椭球形封头的端面（即圆形平面）朝上放置在地面上，使端面与地面平行，并加以支撑固定；
2）、沿椭球形封头的端面的一条中心线选取多个投射位置，椭球形封头内壁上与各个投射位置竖直对应的为投射点；
3）、测量第一个投射点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
与椭球形封头端面的距离
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
，测量第一个投射点
Figure 692857DEST_PATH_IMAGE002
对应投射位置与椭球形封头端面中心的距离
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
，测算椭球形封头的半径为r，测量直边段的高度为h；
4）、以椭球形封头的球心为原点建立坐标系，使X轴与所述中心线平行且Y轴竖直向上，则理论椭球形封头对应椭圆的方程为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
设
Figure 761438DEST_PATH_IMAGE002
（
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
），理论椭球形封头上与
Figure 463684DEST_PATH_IMAGE002
对应的点
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
（
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
）,过点
Figure 302152DEST_PATH_IMAGE016
的椭圆的切线方程为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
过点
Figure 300326DEST_PATH_IMAGE016
且垂直于方程
Figure 167788DEST_PATH_IMAGE024
所述切线的直线方程为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
将点
Figure 909611DEST_PATH_IMAGE002
代入方程
Figure 749391DEST_PATH_IMAGE028
，得
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
将点
Figure 417001DEST_PATH_IMAGE016
代入方程
Figure 538803DEST_PATH_IMAGE010
，得
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE034
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE036
将方程
Figure 254955DEST_PATH_IMAGE032
代入方程
Figure 277138DEST_PATH_IMAGE036
，得
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
解关于
Figure 566517DEST_PATH_IMAGE020
的一元四次方程
Figure 408571DEST_PATH_IMAGE040
，因为
Figure 866097DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 244251DEST_PATH_IMAGE014
较为接近，可得
Figure 129030DEST_PATH_IMAGE020
的具体值，将
Figure 458380DEST_PATH_IMAGE020
的具体值代入方程
Figure 719597DEST_PATH_IMAGE032
可得
Figure 952258DEST_PATH_IMAGE018
的值；
将投射点
Figure 7939DEST_PATH_IMAGE002
与对应点
Figure 824585DEST_PATH_IMAGE016
之间的距离记为S，则
S=
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
若投射点
Figure 453274DEST_PATH_IMAGE002
在X轴负半轴，则
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
若投射点
Figure 163610DEST_PATH_IMAGE002
在X轴正半轴，则
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 953974DEST_PATH_IMAGE048
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
5）、通过比较
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
与
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
的大小，确定
Figure 884015DEST_PATH_IMAGE002
处的凹凸：若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
，封头外凸；若
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
，封头内凹；将
Figure 611669DEST_PATH_IMAGE050
或
Figure 553342DEST_PATH_IMAGE054
代入
Figure 154088DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 679747DEST_PATH_IMAGE020
后，再代入方程
Figure 86457DEST_PATH_IMAGE044
得出
Figure 381173DEST_PATH_IMAGE002
处内凹值或外凸值；
6）、采用与步骤3）-5）相同方法依次对剩余所有投射点处的封头凹凸情况进行计算，确定最大内凹值和最大外凸值。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种椭球形封头形状偏差的测量方法，可以快速确定椭圆形封头形状偏差，且测量精度高，适用于各种尺寸椭圆形封头的测量；解决了不同尺寸椭圆形封头需要不同样板的问题，且避免了封头样板制作误差造成的测量误差；本测量方法容易采用编程实现自动化检测并记录，简化了手工测量的繁琐，测量效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本发明的检测状态示意图；
图2是本发明的利用移动小车进行检测的状态示意图；
图3是本发明的移动小车的主视图；
图4是本发明的移动小车的左视图；
图5是本发明的移动小车的俯视图。
图中：
1┄导轨；2┄步进电机；3┄竖直测距仪；4┄水平测距仪；5┄底板；6┄车罩；7┄滚轮；8┄齿轮组；9┄充电电池组；10┄控制主板。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1至图2，本发明的一种椭球形封头形状偏差的测量方法，依次包括如下步骤：
1）、将椭球形封头的端面朝上放置在地面上，使端面与地面平行，并加以支撑固定；
2）、沿椭球形封头的端面的一条中心线选取多个投射位置，椭球形封头内壁上与各个投射位置竖直对应的为投射点；
3）、测量第一个投射点
Figure 152820DEST_PATH_IMAGE002
与椭球形封头端面的距离
Figure 667240DEST_PATH_IMAGE004
，测量第一个投射点
Figure 612062DEST_PATH_IMAGE002
对应投射位置与椭球形封头端面中心的距离
Figure 26863DEST_PATH_IMAGE006
，测算椭球形封头的半径为r，测量直边段的高度为h；
4）、以椭球形封头的球心为原点建立坐标系，使X轴与所述中心线平行且Y轴竖直向上，则理论椭球形封头对应椭圆的方程为
Figure 31728DEST_PATH_IMAGE008
Figure 469662DEST_PATH_IMAGE010
设
Figure 707922DEST_PATH_IMAGE002
（
Figure 665645DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 903728DEST_PATH_IMAGE014
），理论椭球形封头上与
Figure 891275DEST_PATH_IMAGE002
对应的点
Figure 492414DEST_PATH_IMAGE016
（
Figure 881808DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 962896DEST_PATH_IMAGE020
）,过点
Figure 939205DEST_PATH_IMAGE016
的椭圆的切线方程为
Figure 967203DEST_PATH_IMAGE022
Figure 211103DEST_PATH_IMAGE024
过点
Figure 728672DEST_PATH_IMAGE016
且垂直于方程
Figure 425232DEST_PATH_IMAGE024
所述切线的直线方程为
Figure 555125DEST_PATH_IMAGE026
Figure 919110DEST_PATH_IMAGE028
将点
Figure 607580DEST_PATH_IMAGE002
代入方程
Figure 791437DEST_PATH_IMAGE028
，得
Figure 161238DEST_PATH_IMAGE030
Figure 881195DEST_PATH_IMAGE032
将点
Figure 740567DEST_PATH_IMAGE016
代入方程
Figure 411719DEST_PATH_IMAGE010
，得
Figure 381949DEST_PATH_IMAGE034
Figure 392631DEST_PATH_IMAGE036
将方程
Figure 924369DEST_PATH_IMAGE032
代入方程
Figure 82817DEST_PATH_IMAGE036
，得
Figure 856738DEST_PATH_IMAGE038
Figure 784243DEST_PATH_IMAGE040
解关于
Figure 923100DEST_PATH_IMAGE020
的一元四次方程
Figure 82029DEST_PATH_IMAGE040
，因为
Figure 659641DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 441652DEST_PATH_IMAGE014
较为接近，可得
Figure 751411DEST_PATH_IMAGE020
的具体值，将
Figure 884452DEST_PATH_IMAGE020
的具体值代入方程
Figure 501640DEST_PATH_IMAGE032
可得
Figure 403737DEST_PATH_IMAGE018
的值；
将投射点
Figure 946714DEST_PATH_IMAGE002
与对应点
Figure 504734DEST_PATH_IMAGE016
之间的距离记为S，则
S=
Figure 158569DEST_PATH_IMAGE042
Figure 416638DEST_PATH_IMAGE044
若投射点
Figure 396095DEST_PATH_IMAGE002
在X轴负半轴，则
Figure 238149DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 633358DEST_PATH_IMAGE048
Figure 510047DEST_PATH_IMAGE050
若投射点
Figure 958609DEST_PATH_IMAGE002
在X轴正半轴，则
Figure 287959DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 486859DEST_PATH_IMAGE048
Figure 218054DEST_PATH_IMAGE054
5）、通过比较
Figure 775200DEST_PATH_IMAGE056
与
Figure 591846DEST_PATH_IMAGE058
的大小，确定
Figure 391175DEST_PATH_IMAGE002
处的凹凸：若
Figure 914560DEST_PATH_IMAGE060
，封头外凸；若
Figure 406721DEST_PATH_IMAGE062
，封头内凹；将
Figure 212129DEST_PATH_IMAGE050
或
Figure 611886DEST_PATH_IMAGE054
代入
Figure 317674DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 216622DEST_PATH_IMAGE020
后，再代入方程
Figure 945544DEST_PATH_IMAGE044
得出
Figure 86675DEST_PATH_IMAGE002
处内凹值或外凸值；例如，图1中
Figure 646969DEST_PATH_IMAGE002
处
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，封头外凸；
Figure DEST_PATH_IMAGE066
处
Figure DEST_PATH_IMAGE068
，封头正常；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
处
Figure DEST_PATH_IMAGE072
，封头内凹。
6）、采用与步骤3）-5）相同方法依次对剩余所有投射点处的封头凹凸情况进行计算，确定最大内凹值和最大外凸值。
实际情况中，封头处于同一高度的各个位置变形相差不多，所以从上述一条中心线进行投射便可得出封头的大致形状，但根据实际需要，如果需要测算的精度更高，也可选择几条中心线进行投射，最后根据所有结果对封头的形状进行模拟推算。另外，根据以上所有投射点、对应点的坐标值及对应的凹凸情况及具体偏差值，可绘制封头实际及理论轮廓图，并标注凹凸情况及具体偏差值，使得测量结果更为直观。
参照图3-图5，这里给出一种步骤3）的优选测量方案，步骤3）是基于如下装置进行测量的：包括两条导轨1，导轨1与步骤2）中选取的中心线平行，导轨1上滑动安装有移动小车，移动小车内置有驱动其沿导轨1移动的步进电机2，移动小车上集成有一个竖直测距仪3和两个水平测距仪4，竖直测距仪3和水平测距仪4的检测线路皆与步骤2中选取的中心线处于同一竖直面内，竖直测距仪3向下检测，两个水平测距仪4分别向左右两方向检测。实际操作时，竖直测距仪3检测到的距离即为投射点与封头端面之间的距离；若设两个水平测距仪4检测到的距离分别为z1和z2，则对应投射点与封头端面中心之间的距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE074
。
进一步的，移动小车包括底板5，步进电机2固定于底板5上，底板5上转动安装有滚轮7，滚轮7支撑于导轨1上，步进电机2的输出轴通过齿轮组8与滚轮7传动连接，底板5上还固定有车架，车架外设有车罩6，车罩6向下伸于导轨1下方形成安装部，水平测距仪4和竖直测距仪3皆设于安装部的下侧。
更进一步的，所述滚轮7为磁性车轮，在移动小车停止时，磁性车轮可立即吸附于导轨1上停止前行，有效避免了因惯性带来的检测偏差。本领域人员公知的，为与磁性车轮配合，导轨需采用导磁材料制成。
更进一步的，底板5上还固定有充电电池组9和控制主板10，充电电池组9保证移动小车的无线续航，通过控制面板可控制小车具体的行驶动作。
实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种椭球形封头形状偏差的测量方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
1）、将椭球形封头的端面朝上放置在地面上，使端面与地面平行，并加以支撑固定；
2）、沿椭球形封头的端面的一条中心线选取多个投射位置，椭球形封头内壁上与各个投射位置竖直对应的为投射点；
3）、测量第一个投射点
Figure DEST_PATH_IMAGE002
与椭球形封头端面的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，测量第一个投射点
Figure 904647DEST_PATH_IMAGE002
对应投射位置与椭球形封头端面中心的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，测算椭球形封头的半径为r，测量直边段的高度为h；
4）、以椭球形封头的球心为原点建立坐标系，使X轴与所述中心线平行且Y轴竖直向上，则理论椭球形封头对应椭圆的方程为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE010
设
Figure 871597DEST_PATH_IMAGE002
（
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
），理论椭球形封头上与
Figure 941053DEST_PATH_IMAGE002
对应的点
Figure DEST_PATH_IMAGE016
（
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
）,过点
Figure 981952DEST_PATH_IMAGE016
的椭圆的切线方程为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
Figure DEST_PATH_IMAGE024
过点
Figure 296739DEST_PATH_IMAGE016
且垂直于方程
Figure 796990DEST_PATH_IMAGE024
所述切线的直线方程为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE028
将点
Figure 607820DEST_PATH_IMAGE002
代入方程
Figure 378592DEST_PATH_IMAGE028
，得
Figure DEST_PATH_IMAGE030
Figure DEST_PATH_IMAGE032
将点
Figure 616676DEST_PATH_IMAGE016
代入方程
Figure 604223DEST_PATH_IMAGE010
，得
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Figure DEST_PATH_IMAGE036
将方程
Figure 454630DEST_PATH_IMAGE032
代入方程
Figure 844023DEST_PATH_IMAGE036
，得
Figure DEST_PATH_IMAGE038
Figure DEST_PATH_IMAGE040
解关于
Figure 754472DEST_PATH_IMAGE020
的一元四次方程
Figure 963737DEST_PATH_IMAGE040
，因为
Figure 54053DEST_PATH_IMAGE020
与
Figure 297952DEST_PATH_IMAGE014
较为接近，可得
Figure 753204DEST_PATH_IMAGE020
的具体值，将
Figure 216809DEST_PATH_IMAGE020
的具体值代入方程
Figure 845236DEST_PATH_IMAGE032
可得
Figure 5959DEST_PATH_IMAGE018
的值
将投射点
Figure 195894DEST_PATH_IMAGE002
与对应点
Figure 317434DEST_PATH_IMAGE016
之间的距离记为S，则
S=
Figure DEST_PATH_IMAGE042
Figure DEST_PATH_IMAGE044
若投射点
Figure 874186DEST_PATH_IMAGE002
在X轴负半轴，则
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure DEST_PATH_IMAGE048
Figure DEST_PATH_IMAGE050
若投射点
Figure 718777DEST_PATH_IMAGE002
在X轴正半轴，则
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure 141930DEST_PATH_IMAGE048
Figure DEST_PATH_IMAGE054
5）、通过比较
Figure DEST_PATH_IMAGE056
与
Figure DEST_PATH_IMAGE058
的大小，确定
Figure 937717DEST_PATH_IMAGE002
处的凹凸：若
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，封头外凸；若
Figure DEST_PATH_IMAGE062
，封头内凹；将
Figure 460010DEST_PATH_IMAGE050
或
Figure 533008DEST_PATH_IMAGE054
代入
Figure 563281DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 659413DEST_PATH_IMAGE020
后，再代入方程
Figure 934798DEST_PATH_IMAGE044
得出
Figure 127882DEST_PATH_IMAGE002
处内凹值或外凸值；
6）、采用与步骤3）-5）相同方法依次对剩余所有投射点处的封头凹凸情况进行计算，确定最大内凹值和最大外凸值。
2.根据权利要求1所述的一种椭球形封头形状偏差的测量方法，其特征在于，步骤3）是基于如下装置进行测量的：包括两条导轨（1），导轨（1）与步骤2）中选取的中心线平行，导轨（1）上滑动安装有移动小车，移动小车内置有驱动其沿导轨（1）移动的步进电机（2），移动小车上集成有一个竖直测距仪（3）和两个水平测距仪（4），竖直测距仪（3）和水平测距仪（4）的检测线路皆与步骤2）中选取的中心线处于同一竖直面内，竖直测距仪（3）向下检测，两个水平测距仪（4）分别向左右两方向检测。
3.根据权利要求2所述的一种椭球形封头形状偏差的测量方法，其特征在于：移动小车包括底板（5），步进电机（2）固定于底板（5）上，底板（5）上转动安装有滚轮（7），滚轮（7）支撑于导轨（1）上，步进电机（2）的输出轴通过齿轮组（8）与滚轮（7）传动连接，底板（5）上还固定有车架，车架外设有车罩（6），车罩（6）向下伸于导轨（1）下方形成安装部，水平测距仪（4）和竖直测距仪（3）皆设于安装部的下侧。
4.根据权利要求3所述的一种椭球形封头形状偏差的测量方法，其特征在于：所述滚轮（7）为磁性车轮。
5.根据权利要求3所述的一种椭球形封头形状偏差的测量方法，其特征在于：底板（5）上还固定有充电电池组（9）和控制主板（10）。
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Denomination of invention: A measurement method for the shape deviation of ellipsoidal heads

Effective date of registration: 20231101

Granted publication date: 20220719

Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Taiyuan Branch

Pledgor: SHANXI YANGMEI CHEMICAL MACHINERY (GROUP) Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980063774

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