CN115218856A - 一种正反螺旋弯管r角降维精准测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统及测量方法，涉及空间R角精确测量技术领域，包括：测量模具、底座支架、位置距离感应识别装置和主控制装置，测量模具固定安装于底座支架上端，测量模具上端开设有测量槽，位置距离感应识别装置安装于测量槽内部，位置距离感应识别装置和主控制装置之间电性连接；其中，测量槽用于承载定位正反螺旋弯管；位置距离感应识别装置用于检测正反螺旋弯管的相对位置及距离；主控制装置用于生成正反螺旋弯管的检测数据。本发明的优点在于：基于使用与正反螺旋弯管侧视曲线相适配的模具上端面实现对正反螺旋弯管的降维，实现对正反螺旋弯管R角的快速精准测量，极大的提高对于正反螺旋弯管的检测效率。

Description

一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及空间R角精确测量技术领域，具体是涉及一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统及测量方法。

背景技术

能源安全是发展国民经济和保障国家安全的基础之一，核能作为一种清洁能源在国际上得到广泛使用，所以近些年国家一直在大力发展核电，作为第四代核电技术CFR 600钠冷快堆正在研发建设中。

作为CFR 600钠冷快堆中间热交换器、独立热交换器的核心组件，正反螺旋弯管不仅数量大，且由于运行工况复杂和热膨胀的影响，对于单根螺旋弯管的尺寸精度和螺旋弯管整体装配要求极高。

对于螺旋弯管R角的尺寸检验，现有技术为使用三坐标测量仪进行检验，但对于螺旋弯管上的R角，三坐标测量仪存在探针与此类弧面接触，定位误差较大，无法准确测量出螺旋弯管的尺寸数据，影响后期整体装配效果，另外，三坐标测量仪是通过采集空间点的数据，经软件分析输出该点的空间坐标，测量整根管子需要一定的时间，如测量数据不合格，螺旋弯管需整形后再次测量，直到合格为止，且每根螺旋弯管的形状都不一致，需逐根进行测量，检验周期过长，检验效率极低，影响产品交货周期。

因此，现阶段需设计一种正反螺旋弯管R角的精准测量方法，来解决以上问题。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统及测量方法，本技术方案解决了上述的现有技术使用三坐标测量仪进行检验，测量整根管子需要一定的时间，如测量数据不合格，螺旋弯管需整形后再次测量，造成的检验周期过长，检验效率极低，影响产品交货周期的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，包括：测量模具、底座支架、位置距离感应识别装置和主控制装置，所述测量模具固定安装于底座支架上端，所述测量模具上端开设有测量槽，所述位置距离感应识别装置安装于测量槽内部，所述位置距离感应识别装置和主控制装置之间通过线缆实现电性连接；

其中，所述测量槽用于承载定位正反螺旋弯管；

所述位置距离感应识别装置用于检测正反螺旋弯管在测量槽内部的相对位置及距离；

所述主控制装置用于启动所述位置距离感应识别装置并接受所述位置距离感应识别装置的信号，生成正反螺旋弯管的检测数据。

优选的，所述位置距离感应识别装置设置有多个，多个所述位置距离感应识别装置间隔设置于测量槽内部。

优选的，多个所述位置距离感应识别装置与测量槽底部的距离相同。

优选的，所述正反螺旋弯管侧视呈一曲线，所述正反螺旋弯管包括正弯段、螺旋段和反弯段，所述正弯段和反弯段分别连接于螺旋段两端，所述正反螺旋弯管为一体成型结构。

优选的，所述测量模具上端面设置为与正反螺旋弯管侧视曲线相适配的曲面结构。

进一步的，提出一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，适用于如上述的正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，包括如下步骤：

将主控制装置连接电源并启动，同时由主控制装置控制启动所述位置距离感应识别装置；

将正反螺旋弯管放置在测量槽中，调整摆放位置，并保持自由状态；

主控制装置控制位置距离感应识别装置检测正反螺旋弯管在测量槽内部的相对位置及距离；

主控制装置接受位置距离感应识别装置传输的信号，生成正反螺旋弯管的检测数据；

根据主控制装置生成正反螺旋弯管的检测数据对正反螺旋弯管R角尺寸进行拟合计算。

可选的，所述根据主控制装置生成正反螺旋弯管的检测数据对正反螺旋弯管R角尺寸进行拟合计算，具体包括如下步骤：

建立水平方向上的R角检测坐标系；

根据建立的R角检测坐标系获取多个所述位置距离感应识别装置的二维坐标信息；

根据多个所述位置距离感应识别装置的坐标信息以及正反螺旋弯管的检测数据进行计算获取多个正反螺旋弯管检测点的二维坐标信息；

根据多个正反螺旋弯管检测点的二维坐标信息进行拟合获取正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线；

根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线进行计算获取正弯段和反弯段的R角尺寸数据。

可选的，所述根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线进行计算获取正弯段和反弯段的R角尺寸数据具体包括如下步骤：

根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线获取正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线；

在正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中分别取三点，并获取其在R角检测坐标系中的坐标值；

根据正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值，计算获取正弯段和反弯段的R角半径。

可选的，所述根据正弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值，计算获取正弯段的R角半径的计算方法为：

将正弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值记为（a1，b1）、（a2，b2）和（a3，b3），将a1，b1）、（a2，b2）和（a3，b3）代入

求解得到方程系数A1、B1、C1，则正弯段的R角半径为：

式中，r为正弯段的R角半径；

其中，反弯段的R角半径的计算方法与正弯段的R角半径的计算方法相同。

可选的，所述主控制装置内部集成有存储器，所述存储器内存储有计算机程序，所述计算机程序被调用时执行如上述的正反螺旋弯管R角降维精准测量方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出一种新型的正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，基于使用与正反螺旋弯管侧视曲线相适配的模具上端面实现对正反螺旋弯管的降维，进而实现对沿圆柱面正反螺旋弯管R角精准测量，在进行使用时，通过设置多个位置距离感应识别装置对设置于测量槽内部的正反螺旋弯管进行相对位置及距离的测量，之后由主控制装置接受位置距离感应识别装置传输的信号，生成正反螺旋弯管的检测数据，在使用时只需将正反螺旋弯管设置于测量槽内部，即可实现对正反螺旋弯管R角的快速精准测量，极大的提高对于正反螺旋弯管的检测效率。

附图说明

图1为本发明提出的测量系统的结构示意图；

图2为本发明中的正反螺旋弯管的立体结构示意图；

图3为本发明中的正反螺旋弯管的侧视图；

图4为本发明中的正反螺旋弯管的主视图；

图5为本发明中提出的测量方法中步骤S100-S500的流程图；

图6为本发明提出的测量方法中的步骤S501-S505的流程图；

图7为本发明提出的测量方法中的步骤S5051-S5053的流程图。

图中标号为：

1、测量模具；101、测量槽；2、底座支架；3、位置距离感应识别装置；4、主控制装置；401、线缆；5、正反螺旋弯管；501、正弯段；502、螺旋段；503、反弯段。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

参照图1所示，一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，包括：测量模具1、底座支架2、位置距离感应识别装置3和主控制装置4，测量模具1固定安装于底座支架2上端，测量模具1上端开设有测量槽101，位置距离感应识别装置3安装于测量槽101内部，位置距离感应识别装置3和主控制装置4之间通过线缆401实现电性连接；

其中，测量槽101用于承载定位正反螺旋弯管5；

位置距离感应识别装置3用于检测正反螺旋弯管5在测量槽101内部的相对位置及距离；

主控制装置4用于启动位置距离感应识别装置3并接受位置距离感应识别装置3的信号，生成正反螺旋弯管5的检测数据。

位置距离感应识别装置3设置有多个，多个位置距离感应识别装置3间隔设置于测量槽101内部，位置距离感应识别装置3为测距传感器，在进行检测时，通过位置距离感应识别装置3的测量方向和与正反螺旋弯管5上测量点之间的距离，获得正反螺旋弯管5上多个检测点的相对位置，根据多个检测点的相对位置即可拟合出正反螺旋弯管5的二维曲线。

多个位置距离感应识别装置3与测量槽101底部的距离相同，采用此设计，在进行正反螺旋弯管5上测量点的位置信息采集时，可保证测量点的高度相同，进而实现将三维的正反螺旋弯管5进行降维至二维。

请参阅图2-图4所示，本实施例中的正反螺旋弯管5侧视呈一曲线，正反螺旋弯管5包括正弯段501、螺旋段502和反弯段503，正弯段501和反弯段503分别连接于螺旋段502两端，正反螺旋弯管5为一体成型结构，可以理解的是，本实施例中待测量的为正反螺旋弯管5，然而本发明提出的测量系统不止限于针对正反螺旋弯管5进行测量，本方案提出的测量系统理论上可针对任意三维空间弯管结构进行R角尺寸测量。

测量模具1上端面设置为与正反螺旋弯管5侧视曲线相适配的曲面结构，基于使用与正反螺旋弯管5侧视曲线相适配的模具上端面实现对正反螺旋弯管5的降维，进而实现对沿圆柱面正反螺旋弯管R角精准测量。

请参阅图5所示，为进一步的说明本发明方案的设计思路，提出一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，适用于上述的正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，其特征在于，包括如下步骤：

S100、将主控制装置连接电源并启动，同时由主控制装置控制启动位置距离感应识别装置；

S200、将正反螺旋弯管放置在测量槽中，调整摆放位置，并保持自由状态；

S300、主控制装置控制位置距离感应识别装置检测正反螺旋弯管在测量槽内部的相对位置及距离；

S400、主控制装置接受位置距离感应识别装置传输的信号，生成正反螺旋弯管的检测数据；

S500、根据主控制装置生成正反螺旋弯管的检测数据对正反螺旋弯管的R角尺寸进行拟合计算。

可以理解的是，正反螺旋弯管的正弯段和反弯段的R角尺寸即为其投影到真实平面下的投影曲线上正弯段和反弯段对应部分的R角尺寸，基于此，本方法将正反螺旋弯管进行降维测量，进而实现对R角尺寸的快速精准测量。

其中，请参阅图6所示，根据主控制装置生成正反螺旋弯管的检测数据对正反螺旋弯管R角尺寸进行拟合计算，具体包括如下步骤：

S501、建立水平方向上的R角检测坐标系；

S502、根据建立的R角检测坐标系获取多个位置距离感应识别装置的二维坐标信息；

S503、根据多个位置距离感应识别装置的坐标信息以及正反螺旋弯管的检测数据进行计算获取多个正反螺旋弯管检测点的二维坐标信息；

S504、根据多个正反螺旋弯管检测点的二维坐标信息进行拟合获取正反螺旋弯管5在R角检测坐标系中的二维拟合曲线；

S505、根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线进行计算获取正弯段和反弯段的R角尺寸数据。

基于距离感应识别装置在二维R角检测坐标系中的位置坐标，配合距离感应识别装置采集到的正反螺旋弯管上多个检测点的相对位置，即可计算获得正反螺旋弯管上多个检测点在R角检测坐标系中的坐标信息，将三维的正反螺旋弯管映射到二维R角检测坐标系中，之后对二维R角检测坐标系中二维拟合曲线进行R角尺寸测量即可实现对正反螺旋弯管的降维测量，极大的提高了正反螺旋弯管的R角测量效率；

请参阅图7所示，根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线进行计算获取正弯段和反弯段的R角尺寸数据具体包括如下步骤：

S5051、根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线获取正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线；

S5052、在正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中分别取三点，并获取其在R角检测坐标系中的坐标值；

S5053、根据正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值，计算获取正弯段和反弯段的R角半径。

基于三点确定圆方程的原理，于正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中分别取三点，并根据其在其在R角检测坐标系中的坐标值中进行计算获取正弯段和反弯段的对应圆弧半径以及圆心坐标，进而得到正弯段和反弯段的R角半径尺寸。

具体的，以正弯段的R角半径的计算过程为例，详细说明计算过程：

将正弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值记为（a1，b1）、（a2，b2）和（a3，b3），将（a1，b1）、（a2，b2）和（a3，b3）代入

中，求解得到方程系数A1、B2、C2，则正弯段501的R角半径为：

式中，r为正弯段的R角半径；

正弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线的圆心坐标为

。

其中，反弯段的R角半径的计算方法与正弯段的R角半径的计算方法相同。

进一步的，可以理解的是，本方案提出的主控制装置内部集成有存储器，存储器内存储有计算机程序，计算机程序被调用时执行如上述正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，其中，可以是磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带；光介质例如，DVD；或者半导体介质例如固态硬盘SolidStateDisk，SSD等。

综上所述，本发明的优点在于：基于使用与正反螺旋弯管侧视曲线相适配的模具上端面实现对正反螺旋弯管的降维，可实现对正反螺旋弯管R角的快速精准测量，极大的提高对于正反螺旋弯管的检测效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，包括：测量模具（1）、底座支架（2）、位置距离感应识别装置（3）和主控制装置（4），其特征在于，所述测量模具（1）固定安装于底座支架（2）上端，所述测量模具（1）上端开设有测量槽（101），所述位置距离感应识别装置（3）安装于测量槽（101）内部，所述位置距离感应识别装置（3）和主控制装置（4）之间通过线缆（401）实现电性连接；

其中，所述测量槽（101）用于承载定位正反螺旋弯管（5）；

所述位置距离感应识别装置（3）用于检测正反螺旋弯管（5）在测量槽（101）内部的相对位置及距离；

所述主控制装置（4）用于启动所述位置距离感应识别装置（3）并接受所述位置距离感应识别装置（3）的信号，生成正反螺旋弯管（5）的检测数据。

2.根据权利要求1所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，其特征在于，所述位置距离感应识别装置（3）设置有多个，多个所述位置距离感应识别装置（3）间隔设置于测量槽（101）内部。

3.根据权利要求2所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，其特征在于，多个所述位置距离感应识别装置（3）与测量槽（101）底部的距离相同。

4.根据权利要求3所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，其特征在于，所述正反螺旋弯管（5）侧视呈一曲线，所述正反螺旋弯管（5）包括正弯段（501）、螺旋段（502）和反弯段（503），所述正弯段（501）和反弯段（503）分别连接于螺旋段（502）两端，所述正反螺旋弯管（5）为一体成型结构。

5.根据权利要求4所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，其特征在于，所述测量模具（1）上端面设置为与正反螺旋弯管（5）侧视曲线相适配的曲面结构。

6.一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，适用于如权利要求1-5任一项所述的正反螺旋弯管R角降维精准测量系统，其特征在于，包括如下步骤：

将主控制装置连接电源并启动，同时由主控制装置控制启动所述位置距离感应识别装置；

将正反螺旋弯管放置在测量槽中，调整摆放位置，并保持自由状态；

主控制装置控制位置距离感应识别装置检测正反螺旋弯管在测量槽内部的相对位置及距离；

主控制装置接受位置距离感应识别装置传输的信号，生成正反螺旋弯管的检测数据；

根据主控制装置生成正反螺旋弯管的检测数据对正反螺旋弯管R角尺寸进行拟合计算。

7.根据权利要求6所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，其特征在于，所述根据主控制装置生成正反螺旋弯管的检测数据对正反螺旋弯管R角尺寸进行拟合计算，具体包括如下步骤：

建立水平方向上的R角检测坐标系；

根据建立的R角检测坐标系获取多个所述位置距离感应识别装置的二维坐标信息；

根据多个所述位置距离感应识别装置的坐标信息以及正反螺旋弯管的检测数据进行计算获取多个正反螺旋弯管检测点的二维坐标信息；

根据多个正反螺旋弯管检测点的二维坐标信息进行拟合获取正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线；

根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线进行计算获取正弯段和反弯段的R角尺寸数据。

8.根据权利要求7所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，其特征在于，所述根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线进行计算获取正弯段和反弯段的R角尺寸数据具体包括如下步骤：

根据正反螺旋弯管在R角检测坐标系中的二维拟合曲线获取正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线；

在正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中分别取三点，并获取其在R角检测坐标系中的坐标值；

根据正弯段和反弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值，计算获取正弯段和反弯段的R角半径。

9.根据权利要求8所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，其特征在于，所述根据正弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值，计算获取正弯段的R角半径的计算方法为：

将正弯段在R角检测坐标系中的二维拟合曲线中的三点坐标值记为（a1，b1）、（a2，b2）和（a3，b3），将（a1，b1）、（a2，b2）和（a3，b3）代入

求解得到方程系数A、B、C，则正弯段的R角半径为：

式中，r为正弯段的R角半径；

其中，反弯段的R角半径的计算方法与正弯段的R角半径的计算方法相同。

10.根据权利要求6-9任一项所述一种正反螺旋弯管R角降维精准测量方法，其特征在于，所述主控制装置内部集成有存储器，所述存储器内存储有计算机程序，所述计算机程序被调用时执行测量方法。

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