專利名稱：一種合攏管現(xiàn)場快速測量方法
一種合攏管現(xiàn)場快速測量方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于材料成型自動化技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種用于合攏管現(xiàn)場測量的方法，更具體是采用球面坐標(biāo)系合攏管測量系統(tǒng)測量待合攏管的法蘭空間位置的實(shí)施方法。
背景技術(shù)：
船舶里到處都布滿了管路，這些管件的設(shè)計(jì)、制作及在船內(nèi)安裝后的檢查等一系列的作業(yè)被稱作“管路鋪設(shè)”。通常船舶是分段建造的，在分段合攏時分段間的管線就需要合攏管來連接，但依靠管線設(shè)計(jì)圖紙無法制造出各式各樣的合攏管，合攏管的制作通常采取取型法和現(xiàn)場焊接法。
取型法是將兩個法蘭固定到需要連接的兩個管子的法蘭上，然后用角鐵將這兩個法蘭焊接成整體，搬運(yùn)到管線加工平臺上，測量兩個法蘭的位置關(guān)系后工人憑借自己的經(jīng)驗(yàn)確定大概的直管長度和彎管角度以及彎管的數(shù)量，待直管和彎管加工好之后開始和兩個法蘭進(jìn)行裝配，在裝配時不斷地根據(jù)實(shí)際情況對直管和彎管進(jìn)行切割或者更換，直到各連接處配合合適才開始正式的焊接。這樣的加工過程沒有正規(guī)加工圖紙、制造的隨意性大可重復(fù)性差，而且工人經(jīng)驗(yàn)技術(shù)水平嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，耗時長、材料浪費(fèi)嚴(yán)重、對工人的技術(shù)要求非常高，另外這樣制作出來的合攏管精度不高，在合攏管安裝時經(jīng)常會出現(xiàn)螺栓孔位置不正確，法蘭密封面貼合不緊密，合攏管長度不合適等情況，一旦出現(xiàn)這些問題就要將合攏管吊出船艙重新修改，耽誤船舶建造時間，同時存在很大的安全隱患。目前，合攏短管的制造難題是合攏管加工過程中不可逾越的障礙，是提高合攏管制造速度和精度的瓶頸。
現(xiàn)場焊接法是指事先繪制合攏處的局部草圖，然后做出較局部草圖稍長的管材， 在安裝現(xiàn)場切割然后焊接的方法。這種方法只適合需合攏的兩個管子的法蘭空間位置比較簡單的情況。
這兩種方法存在以下缺點(diǎn)(1)精度不高，會存在5%的不合格品(2)作業(yè)時間長，在搬運(yùn)作業(yè)時意外事故多發(fā)，存在安全隱患(3)需要法蘭和角鐵等輔助工具，造成材料浪費(fèi)(4)船內(nèi)焊接、切割等操作存在火災(zāi)隱患(5)需要技術(shù)熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)技工才能完成在合攏管制作時，最常出現(xiàn)的問題就是制作好的合攏管和現(xiàn)場的待合攏管段間出現(xiàn)螺栓孔的偏差，導(dǎo)致螺栓無法穿入，以及密封面之間出現(xiàn)過大的平行度誤差，俗稱喇叭口，導(dǎo)致密封面無法緊密貼合，管道無法密封。
所以需要一種可以方便快捷的進(jìn)行現(xiàn)場法蘭測量的測量方法，簡化合攏管制作過程，提高制作效率和制作精度，進(jìn)一步減少材料浪費(fèi)。發(fā)明內(nèi)容
明為了解決合攏管制造時精度不高，工藝繁瑣、制造時間長的問題，特別是目前合攏管制造主要靠現(xiàn)場取型法、沒有簡便的現(xiàn)場測量方法的問題。發(fā)明一種采用球面坐標(biāo)合攏管測量機(jī)快速測量現(xiàn)場法蘭空間位置的測量方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的合攏管現(xiàn)場快速測量方法如附圖1所示。
本發(fā)明的合攏管現(xiàn)場快速測量方法的球面坐標(biāo)合攏管測量系統(tǒng)包括球面坐標(biāo)合攏管測量機(jī)、工業(yè)PDA和測量頭組成。
本發(fā)明的合攏管現(xiàn)場快速測量方法用到的測量工具是球面坐標(biāo)合攏管測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)據(jù)處理軟件在PC電腦上運(yùn)行。
上述的球面坐標(biāo)合攏管測量機(jī)1包括兩個軸線相互垂直的角度傳感器I 2和角度傳感器II 3，一個長度傳感器4和掛鉤6，長度傳感器上有一拉繩5，其測量的基本原理為球面坐標(biāo)原理，在三個傳感器構(gòu)成的球面坐標(biāo)中，測量得到兩個角度傳感器的角度值和長度傳感器上拉繩5的長度值，就可以唯一確定掛鉤中心點(diǎn)的坐標(biāo)值。
球面坐標(biāo)合攏管測量可以通過安裝在其底部的磁性底座7固定到現(xiàn)場任何平整的位置。
上述的工業(yè)PDA 8是手持式的，通過數(shù)據(jù)線9和球面坐標(biāo)合攏管測量1連接，主要功能是讀取兩個角度傳感器的角度值以及長度傳感器的長度值，并計(jì)算出掛鉤中心的坐標(biāo)值。
上述的測量頭10由基板13、螺紋桿14、錐形螺母15、軸承17和掛繩頭18組成，基板13的背面加工有螺紋桿14，和錐形螺母15配合使用可以將測量頭10固定到法蘭螺栓孔的中心?；?3正面加工有軸承座16，軸承17安裝在軸承座16內(nèi)，掛繩頭18安裝到軸承 17內(nèi)。掛繩頭18中部開槽，沿垂直于軸承的方向安裝一根軸19并安裝微型軸承20，上述掛鉤6在測量時要掛到微型軸承上20，這樣掛鉤6可以有兩個方向的自由轉(zhuǎn)動。
上述的數(shù)據(jù)處理軟件運(yùn)行在PC電腦21上，主要功能是將工業(yè)PDA 8的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成合攏管加工圖紙22，該合攏管加工圖紙22是三維的顯示樣式，以PDF格式輸出，包括合攏管制造所需的零件種類和數(shù)量以及尺寸和位置特征數(shù)據(jù)，依照該圖紙可以容易的制造合攏管。
本發(fā)明的合攏管現(xiàn)場快速測量方法的測量原理是，空間中的任何三個不共線的點(diǎn)可以擬合一個平面，任何3個不共線的三個點(diǎn)向空間中平面的投影在平面上可以擬合出一個圓。用球面坐標(biāo)合攏管測量系統(tǒng)分別測量兩個待測法蘭的任意三個螺栓孔中心點(diǎn)的數(shù)據(jù)就可以依據(jù)上述原理計(jì)算兩個法蘭密封面的相對位置特征和螺栓孔的相對位置關(guān)系。
本測量方法的優(yōu)點(diǎn)是可以快速測量待合攏管的法蘭位置特征，并以圖形和圖紙的方式顯示測量結(jié)果，圖紙可以直接用于生產(chǎn)。整個測量過程便捷，可測量的合攏管長度范圍大。


圖1為本發(fā)明的測量原理圖。
圖2為本發(fā)明的測量頭結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理軟件原理圖。
具體實(shí)施方式
上述的球面坐標(biāo)合攏管測量機(jī)1包括兩個軸線相互垂直的角度傳感器I 2和角度傳感器II 3，一個長度傳感器4以及拉繩5和掛鉤6，其測量的基本原理為球面坐標(biāo)原理球坐標(biāo)是一種三維坐標(biāo)，分別有原點(diǎn)、方位角、仰角、距離構(gòu)成。設(shè)P (x，y，z)為空間內(nèi)一點(diǎn)， 則點(diǎn)P也可用這樣三個有次序的數(shù)r，Φ, θ來確定，其中r為原點(diǎn)0與點(diǎn)P間的距離，θ 為有向線段與ζ軸正向所夾的角，Φ為從正ζ軸來看自χ軸按逆時針方向轉(zhuǎn)到有向線段的角，這里M為點(diǎn)P在xOy面上的投影。這樣的三個數(shù)r，Φ, θ叫做點(diǎn)P的球面坐標(biāo)，這里 r, Φ, θ的變化范圍為r e
, θ e
· r=常數(shù)，即以原點(diǎn)為心的球面；θ =常數(shù)，即以原點(diǎn)為頂點(diǎn)、ζ軸為軸的圓錐面；Φ =常數(shù)，即過ζ軸的半平面。其中 x=rsin θ cos Φ、y=rsin θ sin Φ、z=rcos θ。
角度傳感器I 2繞其軸旋轉(zhuǎn)的角度定義為Φ，將角度傳感器II 3繞其軸旋轉(zhuǎn)的角度定義為θ，將拉繩的長度定義為r，則角度傳感器I 2、角度傳感器II 3和長度傳感器4可以構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)的球面坐標(biāo)系。其中x=rsin θ C0S(j5、y=rsin θ ΗηΦ、z=rcos θ，因此測量時只要測量出角度傳感器I 2、角度傳感器II 3的旋轉(zhuǎn)角度和長度傳感器4的長度，通過上述的簡單三角變換即可以確定拉繩傳感器拉繩末端點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
本發(fā)明的合攏管現(xiàn)場快速測量方法，實(shí)施步驟如下第一，將磁性底座7安裝到現(xiàn)場適當(dāng)?shù)钠秸恢蒙?，以球面坐?biāo)合攏管測量機(jī)1不會晃動為準(zhǔn)，第二，用數(shù)據(jù)線9將球面坐標(biāo)合攏管測量機(jī)1與工業(yè)PDA 8連接， 第三，將測量頭10的螺紋桿14插入待測合攏管法蘭I 11的任意螺栓孔中，然后用錐形螺母15從法蘭背后固定，第四，啟動工業(yè)PDA 8，并拉動掛鉤6掛到測量頭10的微型軸承20上， 第五，調(diào)整角度傳感器I角度傳感器II和長度傳感器4的方向，拉繩5垂直于長度傳感器4，操作工業(yè)PDA 8讀取三個傳感器的讀數(shù)值后，工業(yè)PDA 8會自動計(jì)算測量點(diǎn)的坐標(biāo)，第六，按步驟三、四、五，在待測合攏管法蘭I 11的其他兩個任意螺栓孔中進(jìn)行上述測量操作，第七，按步驟三至六，在待測合攏管法蘭II 12的三個任意螺栓孔中進(jìn)行上述測量操作，第八，測量結(jié)束后將工業(yè)PDA 8的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC電腦21，數(shù)據(jù)處理軟件會將測量數(shù)據(jù)處理成合攏管加工圖紙22，該圖紙以PDF格式輸出，可以直接打印。
以下為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例采用了兩鋼制法蘭模擬待合攏的管子的兩個法蘭空間位置，然后用本發(fā)明的測量方法進(jìn)行測量，根據(jù)生成的加工圖紙制作合攏管模擬件后將模擬件與模型裝配，結(jié)果表明合攏管可以比較合適的進(jìn)行裝配，螺栓孔沒有出現(xiàn)偏差，密封面間也沒有出現(xiàn)喇叭口。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明的，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種合攏管現(xiàn)場快速測量方法，包含以下步驟第一，將磁性底座(7)安裝到現(xiàn)場適當(dāng)?shù)钠秸恢蒙?，以球面坐?biāo)合攏管測量機(jī)(1)不會晃動為準(zhǔn)，第二，用數(shù)據(jù)線(9)將球面坐標(biāo)合攏管測量機(jī)(1)與工業(yè)PDA (8)連接， 第三，將測量頭(10)的螺紋桿(14)插入待測合攏管法蘭I (11)的任意螺栓孔中，然后用錐形螺母(15)從法蘭背后固定，第四，啟動工業(yè)PDA ( 8)，并拉動掛鉤(6)掛到測量頭(10)的微型軸承(20)上， 第五，調(diào)整角度傳感器I (2)角度傳感器II (3)和長度傳感器(4)的方向，拉繩(5)垂直于長度傳感器(4)，操作工業(yè)PDA (8)讀取三個傳感器的讀數(shù)值后，工業(yè)PDA (8)會自動計(jì)算測量點(diǎn)的坐標(biāo)，第六，按步驟三、四、五，在待測合攏管法蘭I (11)的其他兩個任意螺栓孔中進(jìn)行上述測量操作，第七，按步驟三至六，在待測合攏管法蘭II (12)的三個任意螺栓孔中進(jìn)行上述測量操作，第八，測量結(jié)束后將工業(yè)PDA (8)的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入PC電腦(21)，數(shù)據(jù)處理軟件會將測量數(shù)據(jù)處理成合攏管加工圖紙(22)，該圖紙以PDF格式輸出，可以直接打印。
全文摘要
本發(fā)明涉及精確測量待合攏管兩法蘭的空間位置的球面坐標(biāo)系測量機(jī)。一種用于合攏管測量的球面坐標(biāo)測量機(jī)，由角度傳感器Ⅰ、基座、基座下部的磁性底座、角度傳感器Ⅰ軸、支架、角度傳感器Ⅱ、角度傳感器Ⅱ軸、長度傳感器、長度傳感器出繩頭、長度傳感器上的拉繩組成，角度傳感器Ⅰ安裝在基座的上部，角度傳感器Ⅰ軸上安裝支架，角度傳感器Ⅱ安裝在支架上，在角度傳感器Ⅱ軸上安裝長度傳感器，長度傳感器的出繩頭位于頂部，拉繩從出繩頭的中心穿過，掛鉤安裝在拉繩的末端，其中角度傳感器Ⅰ的軸心線和垂直于角度傳感器Ⅱ的軸心線以及長度傳感器出繩頭的軸心線，并且相交于一點(diǎn)A，傳感器Ⅱ的軸心線和長度傳感器出繩頭的軸心線同軸。
文檔編號G01B5/004GK102506646SQ201110323559
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月23日
發(fā)明者嚴(yán)鏗, 葉友利, 許祥平, 鄒家生, 高飛 申請人:江蘇陽明船舶裝備制造技術(shù)有限公司