專利名稱：一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法
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測量方法，尤其涉及一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法，應(yīng)用于合攏管的加工制造，更具體是涉及精確測量待合攏管兩法蘭的空間位置的三拉繩測量方案。
背景技術(shù)：
船舶里到處都布滿了管路，這些管件的設(shè)計、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。但是這兩種方法存在效率低，材料浪費嚴(yán)重，加工精度不高的諸多缺點，為解決此種現(xiàn)狀，日韓等國針對上述問題開發(fā)了合攏管再現(xiàn)系統(tǒng)，通過測量機現(xiàn)場測量兩個待合攏管的法蘭的空間位置特征，然后通過專門的擬合軟件擬合出這種空間位置特征，并且輸出控制參數(shù)，配合專用的三坐標(biāo)變位機可以再現(xiàn)兩法蘭的位置特征，將制造好的合攏短管吊裝到再現(xiàn)機上與法蘭焊接即可制造出無誤差的合攏管。其中測量設(shè)備采用的是具有兩個角度傳感器和一個長度傳感器的單拉繩測量機，其主要原理是在規(guī)定的球面坐標(biāo)系兩個角度和一個長度可以唯一確定一個點。因此，通過該測量機可以測量法蘭上特征點在指定的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。但是此種測量方法的不足之處是測量時需要反復(fù)調(diào)整出繩口的位置，以保證拉繩是直線狀態(tài)，此操作過程繁瑣。為獲得待合攏管的法蘭的特征參數(shù)，采用三座標(biāo)測量臂也是可行的方案，這種測量臂由6個轉(zhuǎn)動的臂和1個測量頭通過6個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)連接，在每個關(guān)節(jié)中都安裝有角度編碼器，測量臂的一段固定在基座上，測量過程中不可移動，而測頭可在空間自由運動， 構(gòu)成一個封閉球形測量空間，通過安裝在各關(guān)節(jié)及桿件內(nèi)部的光電角度編碼器獲得各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和桿件轉(zhuǎn)角，在結(jié)合各關(guān)節(jié)臂的臂長、關(guān)節(jié)間的夾角等，應(yīng)用坐標(biāo)模型從而獲得被測點的三維坐標(biāo)位置。使用測量臂測量法蘭的特征參數(shù)非常方便，只需在特征位置取點，然后即可通過軟件計算出所需的特征參數(shù)，而不用預(yù)先知道這些特征參數(shù)，但是這種測量臂的價格昂貴，另外測量臂的各關(guān)節(jié)都是薄弱環(huán)節(jié)，在使用中若發(fā)生碰撞則極易損壞。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前合攏管制造精度不高，工藝繁瑣、制造時間長的問題，發(fā)明通過三個拉繩位移傳感器的組合測量待合攏管的法蘭的特征點，通過一定的計算方法計算出兩法蘭的位置特征，結(jié)合再現(xiàn)機使用，提供了一種可實現(xiàn)高效、精確、低成本的三拉繩測量方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法， 包括以下步驟
步驟1 安裝測量設(shè)備
將三個可拉出繩的傳感器呈三角分布，形成一三角形平面，將該三角形平面安裝到待測法蘭I上的一個平面上，三個可拉繩傳感器的出繩口到該平面的距離相等，三角形平面與法蘭I的密封面平行，且三角形平面的中心與法蘭I密封面的中心同軸； 步驟2 確定待測法蘭II螺栓孔的坐標(biāo)點
在三角形平面上建立坐標(biāo)系，X軸和Y軸在三角形平面的表面，Z軸垂直于三角形平面的表面；此時三個可拉繩傳感器的出繩口的位置已定，若以三個出繩口的坐標(biāo)為球心，以三根拉繩從拉繩傳感器的出繩口到法蘭II螺栓孔的長度為半徑，則可以建立三個球面方程， 這三個球面有2個關(guān)于某一坐標(biāo)面對稱的交點，在此坐標(biāo)系下，交點關(guān)于坐標(biāo)面XY對稱，所以其中一個交點坐標(biāo)就是法蘭II螺栓孔的坐標(biāo)，而另一點的坐標(biāo)并不是所要求的點，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中可以將其舍去，從而得到一個數(shù)據(jù)點，在該法蘭II不同的三個螺栓孔測量各測量一次，共得到三個這樣的數(shù)據(jù)點；
步驟3 確定法蘭II的空間位置及法蘭II的特征參數(shù)
上述三個數(shù)據(jù)點構(gòu)成的平面和法蘭II的密封面是平行的；另外這三個點可以構(gòu)建一個圓，這個圓的直徑和法蘭II的孔徑相等，同時計算出這個圓的中心點，該點在法蘭II的中心線上；根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出法蘭II密封面中心點坐標(biāo)，以及各個螺栓孔在密封面上中心點坐標(biāo)，同時計算出法蘭II的孔徑，根據(jù)孔徑結(jié)合相關(guān)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)就可以確定所測量的法蘭的型號；這樣所測量的法蘭在該坐標(biāo)系下的空間位置特征以及法蘭的特征參數(shù)便可以測量出來。本發(fā)明所具有的有益效果主要體現(xiàn)在一是采用拉繩位移傳感器作為測量部件， 所要測量的數(shù)據(jù)只有拉繩的長度，在數(shù)據(jù)處理中只有三根拉繩的長度是變量，所以測量操作非常簡便。二是采用求三個球面交點的方法計算測量點的坐標(biāo)，算法簡單，計算誤差小。 三是確定密封面的數(shù)據(jù)點都是共面的，所以數(shù)據(jù)處理中不需要復(fù)雜的投影計算，簡化了計算過程。
具體實施例方式一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法的原理
在笛卡爾直角坐標(biāo)系中，三個相交的球面交點有2個，若已知三個球面相交于一點，在選定的直角坐標(biāo)系中這三個球面的球心和交點的坐標(biāo)都是確定的。若在此坐標(biāo)系中，三個球面的半徑是已知的，結(jié)合球心坐標(biāo)，可以建立三個球面方程，聯(lián)立這三個方程獲得一個方程組，這個方程的解就是交點的坐標(biāo)。若將三個拉繩傳感器的拉繩始端固定在一起，那么以拉繩傳感器的出繩口為球心，以拉繩的長度為半徑構(gòu)成的球面是相交的，且交點就是三根拉繩始端的交點。因此，從理論上就存在利用三根拉繩制造一種測量點的坐標(biāo)的可能。這種拉繩傳感器輸出的只是拉繩的長度值，在拉繩的時候不需用調(diào)節(jié)角度，以此種方案制造出的測量設(shè)備將具有測量簡單方便的特點。下面結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明做詳細的描述。一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法，包括以下步驟 步驟1 安裝測量設(shè)備
將三個可拉出繩的傳感器呈三角分布，形成一三角形平面，將該三角形平面安裝到待測法蘭I上的一個平面上，三個可拉繩傳感器的出繩口到該平面的距離相等，三角形平面與法蘭I的密封面平行，且三角形平面的中心與法蘭I密封面的中心同軸；步驟2 確定待測法蘭II螺栓孔的坐標(biāo)點
在三角形平面上建立坐標(biāo)系，X軸和Y軸在三角形平面的表面，Z軸垂直于三角形平面的表面；此時三個可拉繩傳感器的出繩口的位置已定，若以三個出繩口的坐標(biāo)為球心，以三根拉繩從拉繩傳感器的出繩口到法蘭II螺栓孔的長度為半徑，則可以建立三個球面方程， 這三個球面有2個關(guān)于某一坐標(biāo)面對稱的交點，在此坐標(biāo)系下，交點關(guān)于坐標(biāo)面XY對稱，所以其中一個交點坐標(biāo)就是法蘭II螺栓孔的坐標(biāo)，而另一點的坐標(biāo)并不是所要求的點，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中可以將其舍去，從而得到一個數(shù)據(jù)點，在該法蘭II不同的三個螺栓孔測量各測量一次，共得到三個這樣的數(shù)據(jù)點；
步驟3 確定法蘭II的空間位置及法蘭II的特征參數(shù)
上述三個數(shù)據(jù)點構(gòu)成的平面和法蘭II的密封面是平行的；另外這三個點可以構(gòu)建一個圓，這個圓的直徑和法蘭II的孔徑相等，同時計算出這個圓的中心點，該點在法蘭II的中心線上；根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出法蘭II密封面中心點坐標(biāo)，以及各個螺栓孔在密封面上中心點坐標(biāo)，同時計算出法蘭II的孔徑，根據(jù)孔徑結(jié)合相關(guān)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)就可以確定所測量的法蘭的型號；這樣所測量的法蘭在該坐標(biāo)系下的空間位置特征以及法蘭的特征參數(shù)便可以測量出來。上述計算方法都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的計算方法。因為待測法蘭I上的一個平面上總是固定在法蘭I上，并且三角形平面總是與法蘭I的密封面平行，設(shè)立的坐標(biāo)系原點在三角形平面上，所以一旦測量設(shè)備固定在法蘭上之后，該法蘭上各點在該坐標(biāo)系下的坐標(biāo)點就唯一確定，是已知的，因此只要測量另一側(cè)法蘭II的相關(guān)數(shù)據(jù)就可以確定這兩個法蘭的所有空間位置特征，包括兩法蘭的夾角，間距，螺栓孔位置等。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不限制于本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 安裝測量設(shè)備將三個可拉出繩的傳感器呈三角分布，形成一三角形平面，將該三角形平面安裝到待測法蘭I上的一個平面上，三個可拉繩傳感器的出繩口到該平面的距離相等，三角形平面與法蘭I的密封面平行，且三角形平面的中心與法蘭I密封面的中心同軸； 步驟2 確定待測法蘭II螺栓孔的坐標(biāo)點在三角形平面上建立坐標(biāo)系，X軸和Y軸在三角形平面的表面，Z軸垂直于三角形平面的表面；此時三個可拉繩傳感器的出繩口的位置已定，若以三個出繩口的坐標(biāo)為球心，以三根拉繩從拉繩傳感器的出繩口到法蘭II螺栓孔的長度為半徑，則可以建立三個球面方程， 這三個球面有2個關(guān)于某一坐標(biāo)面對稱的交點，在此坐標(biāo)系下，交點關(guān)于坐標(biāo)面XY對稱，所以其中一個交點坐標(biāo)就是法蘭II螺栓孔的坐標(biāo)，而另一點的坐標(biāo)并不是所要求的點，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理中可以將其舍去，從而得到一個數(shù)據(jù)點，在該法蘭II不同的三個螺栓孔測量各測量一次，共得到三個這樣的數(shù)據(jù)點；步驟3 確定法蘭II的空間位置及法蘭II的特征參數(shù)上述三個數(shù)據(jù)點構(gòu)成的平面和法蘭II的密封面是平行的；另外這三個點可以構(gòu)建一個圓，這個圓的直徑和法蘭II的孔徑相等，同時計算出這個圓的中心點，該點在法蘭II的中心線上；根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算出法蘭II密封面中心點坐標(biāo)，以及各個螺栓孔在密封面上中心點坐標(biāo)，同時計算出法蘭II的孔徑，根據(jù)孔徑結(jié)合相關(guān)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)就可以確定所測量的法蘭的型號；這樣所測量的法蘭在該坐標(biāo)系下的空間位置特征以及法蘭的特征參數(shù)便可以測量出來。
全文摘要
一種用于合攏管測量的三拉繩測量方法，步驟1將三個可拉出繩的傳感器呈三角成一三角形平面，將三角形平面安裝到待測法蘭Ⅰ上的一個平面上，三個可拉繩傳感器的出繩口到該平面的距離相等，三角形平面與法蘭Ⅰ的密封面平行，且中心同軸。步驟2在三角形平面上建立坐標(biāo)系，X軸和Y軸在三角形平面的表面，Z軸垂直于三角形平面的表面；若以三個出繩口的坐標(biāo)為球心，以三根拉繩從出繩口到法蘭Ⅱ螺栓孔的長度為半徑，則可建立三個球面方程，這三個球面有2個交點，在此坐標(biāo)系下，交點關(guān)于坐標(biāo)面XY對稱，所以其中一個交點坐標(biāo)就是法蘭Ⅱ螺栓孔的坐標(biāo)，而另一點的坐標(biāo)并不是所要求的點，步驟3確定法蘭Ⅱ的空間位置及法蘭Ⅱ的特征參數(shù)。
文檔編號G01B5/00GK102393169SQ20111026231
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6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