CN217058720U - 一种管环圆度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种管环圆度测量装置，装置包括箱体和底座，所述底座上安装有驱动装置，所述驱动装置用于带动所述箱体相对于所述底座进行圆周运动；所述箱体的表面安装有第一距离检测单元和第二距离检测单元，所述第一距离检测单元的测量方向和第二距离检测单元的测量方向之间存在第一角度；所述箱体上还安装有角度检测单元；所述第一距离检测单元、第二距离检测单元和角度检测单元分别与计算装置相连，所述计算装置采用最小二乘圆拟合法计算出管环的真圆度。本实用新型能够稳定准确地解决管环圆度检测。

Description

一种管环圆度测量装置

技术领域

本实用新型涉及管环圆度测量技术领域，特别是涉及一种管环圆度测量装置。

背景技术

在盾构法施工中，隧道支护采用了预制混凝土管片拼装衬砌的方式，由于一环管环由多块管片通过螺栓连接组成，由于拼装不当或形变会导致管环整体椭变从而影响成型隧道的质量，因此管环圆度是盾构隧道验收指标、长期监测的内容之一。

管环圆度测量按施工进程可分为两个环节：当前环测量、成型管环周期性监测。当前环测量即为每次推进结束后刚拼装的管环圆度测量，在实际施工中由于当前环位置是盾构拼装机所在位置，因空间逼仄难测量通道不够理想少有测量。成型管环周期性监测即为针对不在盾构台车范围内的管环隧道进行周期性的监测，通常采用人工测量的方式，利用全站仪或扫描仪进行断面测量，人工工作量较大，仪器成本较高，测量频率较低。

另外在测量管环圆度时测量的断面是否与管环轴线垂直是影响测量精度的重要原因，在单点测量时难以保证测点中心点到待测点的连线垂直于管环轴线。如何在保证测量精度的同时做到各类场景下均能稳定实用的检测管环圆度，是业内技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种管环圆度测量装置，能够稳定准确地解决管环圆度检测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种管环圆度测量装置，包括箱体和底座，所述底座上安装有驱动装置，所述驱动装置用于带动所述箱体相对于所述底座进行圆周运动；所述箱体的表面安装有第一距离检测单元和第二距离检测单元，所述第一距离检测单元的测量方向和第二距离检测单元的测量方向之间存在第一角度，所述第一距离检测单元用于检测所述第一距离检测单元至待测管环的内环面的第一距离，所述第二距离检测单元用于检测所述第二距离检测单元至待测管环的内环面的第二距离；所述箱体上还安装有角度检测单元，所述角度检测单元用于检测箱体相对于水平面的第二角度；所述第一距离检测单元、第二距离检测单元和角度检测单元分别与计算装置相连，所述计算装置基于所述第一距离、第二距离、第一角度和第二角度采用最小二乘圆拟合法计算出管环的真圆度。

所述第一距离检测单元和第二距离检测单元均为激光测距仪。

所述角度检测单元为倾角仪。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型的测量装置不仅成本较低，还提高了测量的准确度，能够更加真实的反映管环圆度，另外，本实用新型通过两个距离检测单元能够得到测量装置到管环内环面的垂直距离，如此不会因为本身测量位置的偏差造成整体圆度误差。通过使用本装置对管环长期监测，不同时期的管环圆度情况即可反映出该管环的收敛变形信息，可满足管环收敛监测的要求。同时本实用新型适合固定安装自动检测也满足手动便携测量的需求，使用方便、应用广泛。

附图说明

图1是本实用新型实施方式的管环圆度测量装置的示意图；

图2是使用本实用新型实施方式的进行测量的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实用新型的实施方式涉及一种管环圆度测量装置，如图1所示，包括箱体1和底座 2，所述底座2上安装有驱动装置6，所述驱动装置6用于带动所述箱体1相对于所述底座2进行圆周运动。本实施方式中驱动装置6采用直流电机实现。所述箱体1的表面安装有第一距离检测单元3和第二距离检测单元4，所述第一距离检测单元3的测量方向和第二距离检测单元4的测量方向之间存在第一角度α，所述第一距离检测单元3用于检测所述第一距离检测单元3至待测管环的内环面的第一距离，所述第二距离检测单元4用于检测所述第二距离检测单元4至待测管环的内环面的第二距离。本实施方式中，第一距离检测单元3和第二距离检测单元4采用激光测距仪实现。所述箱体1上还安装有角度检测单元 5，所述角度检测单元5用于检测箱体1相对于水平面的第二角度θ。本实施方式中，角度检测单元5采用倾角仪实现。所述第一距离检测单元3、第二距离检测单元4和角度检测单元5分别与计算装置相连，所述计算装置基于所述第一距离、第二距离、第一角度和第二角度采用最小二乘圆拟合法计算出管环的真圆度。

所述计算装置在计算时包括以下计算步骤：垂直距离计算步骤，用于基于在多个第二角度θ_i下得到的第一距离SL_i和第二距离SR_i，以及第一角度α通过余弦定理可以计算出所述管环圆度测量装置至所述待测管环的内环面的垂直距离，具体计算方式为：

其中，SL_i为第i个第二角度下的第一距离，SR_i为第 i个第二角度下的第二距离，α为第一角度。坐标获取步骤，用于将所述垂直距离计算步骤得到的多个垂直距离H_i与多个第二角度θ_i进行一一对应，得到多个检测点的坐标数据 P_i(H_i,θ_i)；圆度计算步骤，用于基于所述多个检测点的坐标数据P_i(H_i,θ_i)采用最小二乘圆拟合法计算出管环的真圆度。本实施方式中计算装置可以采用工控机实现。

下面对采用上述管环圆度测量装置进行管环圆度测量进行详细说明，具体包括以下步骤：

步骤1，如图2所示，在待测管环内任意位置安置上述实施方式的管环圆度测量装置，使得管环圆度测量装置的测量放向大致对准待测管环的内环面。

步骤2，在没有遮挡的情况下即可启动测量，通过直流电机6驱动箱体1转动，每转动一定的角度，第一激光测距仪3进行距离测量，得到SL₁,SL₂，...,SL_N，第二激光测距仪4进行距离测量，得到SR₁,SR₂，...,SR_N，同时倾角仪5记录下每次转动后箱体1相对于水平面的角度，得到θ₁,θ₂,...,θ_N，依次旋转测量一周，其中，N为箱体1转动360度所需的次数，该次数越多最终测量的数据越精准，将以上数据通过接口传输给工控机。

步骤3，根据管环圆度测量装置所返回的数据，由于第一激光测距仪3与第二激光测距仪4安装的第一角度α固定且已知，第一激光测距仪3测量的距离SL_i与第二激光测距仪4测量的距离SR_i，可以计算出每次转动后测量装置中心点至管环内环面的垂直距离H_i，其计算方式为：

得到N个第二角度下的垂直距离 H₁,H₂,...,H_N。由此测量一周的数据即为管环内圆的实测数据，再配合每次测量时倾角仪输出的箱体与水平面的夹角θ_i，可以得到第一个检测点坐标P₁(H₁,θ₁)，第二个检测点坐标P₂(H₂,θ₂)，第三个检测点坐标P₃(H₃,θ₃)，……，第N个检测点坐标P_N(H_N,θ_N)。基于N 个检测点坐标即可通过最小二乘圆拟合法计算出管环的真圆度。

不难发现，本实用新型的测量装置及方法不仅成本较低，还提高了测量的准确度，能够更加真实的反映管环圆度，另外，本实用新型通过垂直距离的测量不会因为本身测量位置的偏差造成整体圆度误差。同时本实用新型适合固定安装自动检测也满足手动便携测量的需求，使用方便、应用广泛。

Claims (4)

1.一种管环圆度测量装置，其特征在于，包括箱体和底座，所述底座上安装有驱动装置，所述驱动装置用于带动所述箱体相对于所述底座进行圆周运动；所述箱体的表面安装有第一距离检测单元和第二距离检测单元，所述第一距离检测单元的测量方向和第二距离检测单元的测量方向之间存在第一角度，所述第一距离检测单元用于检测所述第一距离检测单元至待测管环的内环面的第一距离，所述第二距离检测单元用于检测所述第二距离检测单元至待测管环的内环面的第二距离；所述箱体上还安装有角度检测单元，所述角度检测单元用于检测箱体相对于水平面的第二角度；所述第一距离检测单元、第二距离检测单元和角度检测单元分别与计算装置相连，所述计算装置基于所述第一距离、第二距离、第一角度和第二角度采用最小二乘圆拟合法计算出管环的真圆度。

2.根据权利要求1所述的管环圆度测量装置，其特征在于，所述第一距离检测单元和第二距离检测单元均为激光测距仪。

3.根据权利要求1所述的管环圆度测量装置，其特征在于，所述角度检测单元为倾角仪。

4.根据权利要求1所述的管环圆度测量装置，其特征在于，所述计算装置为工控机。

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