CN108444431B - 基于三个安装点的管件外形检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及管件外形检测领域，尤其涉及基于三个安装点的管件外形检测方法，包括基于三个安装点的定位方法、偏差计算方法和检测要求。基于三个安装点的定位方法，包括三个安装点和空间定位方法。三个安装点，是指与安装位置密切相关的三个点：管件两个端点PE、距离两个端点PE连线最大Lmax的弯曲切点PTmax。根据管件安装需求，对管件的轴向偏差、角度偏差进行了精确检测，确保满足安装技术要求，防止了采用“最佳拟合法”出现的合格管件无法满足安装要求现象，提高了质量可靠性与信誉度。
Description
技术领域
本发明涉及管件外形检测领域，尤其涉及基于三个安装点的管件外形检测方法。
技术背景
近十年来，在国外数字化制造技术的带动下，国内飞机、发动机、船舶、汽车、工业装备的管件数字化制造技术发展迅速，面向制造的管件三维快速建模技术、数控弯曲过程建模技术开始在各行各业开始应用，配合现有的数控弯管机、激光矢量测量机，实现了管件数字化制造，不但大大缩短了工艺准备时间，还优化了工艺参数，提高了产品质量。
目前，在管件外形检测时，首先确定被测管件1的定位基准，再测量外形，将被测管件与理论管件2外形对比，获得外形偏差，合格后交付。由于管件截面形状是标准圆，外形偏差主要考虑被测管件1与理论管件2的两个端点PE和弯曲切点PT的空间位置偏差TD，见图1。由于管件没有明确的检测定位基准点，不同检测人员在检测管件时选择的定位基准不同，且与管件的安装定位基准不统一，经常出现满足零件偏差要求管件无法满足安装要求；不满足零件偏差要求管件却能满足安装要求。主要分析如下：
（1）管件安装时定位过程
管件安装时，首先将管件1两端PE与安装接头3定位，然后在两个端PE连线垂直距离最大Lmax的一个弯曲切点PTmax处安装定位卡子4，完成管件安装工作，图2。安装时，要求管件端头两端PE处的安装角度偏差AA不大于3°，对缝间隙AL不大于0.5mm。
（2）管件零件检测时定位方式
检测实际管件外形偏差时，常用的是“最佳拟合法”，少部分使用“单端定位法”。
最佳拟合法：依据“最小二乘法”原理，计算被测管件1与理论管件2在两端点PE、弯曲切点P处的距离TD的平方和最小，将最小值状态作为最佳拟合状态，见图1，再检测被测管件1与理论管件2的两个端点PE和弯曲切点PT的位置偏差TD。采用此方法检测管件时，无法明确管件的检测定位基准位置，可能出现合格管件无法满足安装要求，出现“超差误判”现象
单端定位法：将被测管件1一端点PE与理论管件2的完全重合，见图3，依次检测另一端点PE和弯曲切点PT的位置偏差TD。采用此方法检测管件时，大部分长尺寸的管件可能出现不合格管件却满足安装要求，出现“合格误判”现象。
因此，无论采用“最佳拟合法”还是“单端定位法”方式检测管件，都没有真实反映管件的安装角度偏差、对缝间隙情况。本发明主要根据管件的安装定位情况提出的基于三个安装点的管件外形检测方法，实现管件外形偏差准确检测，满足安装技术要求，减少误判现象的发生。
发明内容
为了解决因定位基准不同导致的管件外形偏差误判问题，根据管件的安装定位情况，提出一种基于三个安装点的管件外形检测方法，实现管件角度偏差、轴向偏差准确检测，满足安装技术要求，减少误判现象的发生。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于三个安装点的管件外形检测方法，其特征在于：包括基于三个安装点的定位方法、偏差计算方法和检测要求。
所述基于三个安装点的定位方法，包括三个安装点和空间定位方法。
所述三个安装点，是指与安装位置密切相关的三个点：管件两个端点PE、距离两个端点PE连线最大Lmax的弯曲切点PTmax。
所述空间定位方法，包括三步：第一步，由理论管件的三个安装点确定空间三角形S，并确定该三角形S的重心G；第二步，由被测量管件同样的三个安装点确定空间三角形S1，并确定该三角形S的重心G1；第三步，旋转并移动三角形S1，使三角形S和S1共面、G与G1重合、理论管件两端点连线Line与被测管件两端点连线Line1平行，从而基于三个安装点实现被测量管件与理论管件的定位。
所述偏差计算方法包括轴向偏差、径向偏差、角度偏差计算方法。
所述轴向偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端点PE到理论管件端面的距离TL即为轴向偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的轴向偏差。
所述径向偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端点PE到理论管件端面中心线的距离TR即为径向偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的径向偏差。
所述角度偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端面中心线与理论管件端面中心线的夹角TA即为角度偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的角度偏差。
所述检测要求包括检测设备，计算精度、计算工具和判定准则等；所述检测设备是采用数字化的测量设备，测量精度不低于管件允许偏差的1/3；所述计算精度是计算精度不低于管件允许偏差的1/100；所述计算工具是采用计算机进行偏差计算，可配套专用软件；所述判定准则要求端头角度偏差TA不大于安装角度偏差AA；端头轴向偏差TL不大于对缝间隙AL。
本发明的有益效果主要体现在：
1、根据管件安装需求，对管件的轴向偏差、角度偏差进行了精确检测，确保满足安装技术要求，防止了采用“最佳拟合法”出现的合格管件无法满足安装要求现象，提高了质量可靠性与信誉度。
2、根据管件安装需求，对管件的轴向偏差、角度偏差进行了精确检测，确保满足安装技术要求，防止了采用“单端定位法”出现的不合格管件却能满足安装要求现象，减少误判现象的发生，降低了生产成本。
3、将管件偏差数据从单一的位置偏差分解为轴向偏差、径向偏差、角度偏差，实现管件外形偏差数据的精确描述，为产品质量的持续改进、数据统计分析提供支持。
附图说明
图1为常用的管件外形偏差检测示意图。
图2为管件安装定位示意图。
图3为单端定位的管件外形偏差检测示意图。
图4为基于三个安装点的管件检测定位示意图。
图5为基于三个安装点的管件检测偏差示意图。
图中标记：1、被测管件，2、理论管件，3、安装接头，4、定位卡子。
AA、安装角度偏差，
AL、安装轴向偏差
G、理论管件空间三角形重心，
G1、被测管件空间三角形重心，
Line、理论管件两端点的连线，
Line1、被测管件两端点的连线，
Lmax、两端点连线与弯曲切点最大的距离，
PE、管件端面中心点，
PT、管件弯曲中心切点，
PTmax、距离两端点连线最大的弯曲切点，
S、理论管件三个安装点确定的空间三角形，
S1、被测管件三个安装点确定的空间三角形，
TA、管件角度偏差，
TD、管件两点之间的位置偏差，
TL、管件轴向偏差，
TR 、管件径向偏差。
具体实施方式
实施例1
一种基于三个安装点的管件外形检测方法包括基于三个安装点的定位方法、偏差计算方法和检测要求。所述基于三个安装点的定位方法，包括三个安装点和空间定位方法。所述三个安装点，是指与安装位置密切相关的三个点：管件两个端点PE、距离两个端点PE连线最大Lmax的弯曲切点PTmax。所述空间定位方法，包括三步：第一步，由理论管件的三个安装点确定空间三角形S，并确定该三角形S的重心G；第二步，由被测量管件同样的三个安装点确定空间三角形S1，并确定该三角形S的重心G1；第三步，旋转并移动三角形S1，使三角形S和S1共面、G与G1重合、理论管件两端点连线Line与被测管件两端点连线Line1平行，从而基于三个安装点实现被测量管件与理论管件的定位。所述偏差计算方法包括轴向偏差、径向偏差、角度偏差计算方法。所述轴向偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端点PE到理论管件端面的距离TL即为轴向偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的轴向偏差。
所述径向偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端点PE到理论管件端面中心线的距离TR即为径向偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的径向偏差。所述角度偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端面中心线与理论管件端面中心线的夹角TA即为角度偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的角度偏差。
所述检测要求包括检测设备，计算精度、计算工具和判定准则等；所述检测设备是采用数字化的测量设备，测量精度不低于管件允许偏差的1/3；所述计算精度是计算精度不低于管件允许偏差的1/100；所述计算工具是采用计算机进行偏差计算，可配套专用软件；所述判定准则要求端头角度偏差TA不大于安装角度偏差AA；端头轴向偏差TL不大于对缝间隙AL。
根据管件安装需求，对管件的轴向偏差、角度偏差进行了精确检测，确保满足安装技术要求，防止了采用“最佳拟合法”出现的合格管件无法满足安装要求现象，提高了质量可靠性与信誉度。根据管件安装需求，对管件的轴向偏差、角度偏差进行了精确检测，确保满足安装技术要求，防止了采用“单端定位法”出现的不合格管件却能满足安装要求现象，减少误判现象的发生，降低了生产成本。将管件偏差数据从单一的位置偏差分解为轴向偏差、径向偏差、角度偏差，实现管件外形偏差数据的精确描述，为产品质量的持续改进、数据统计分析提供支持。
实施例2
在实施例1的基础上，某个90°弯曲管件，两端直线段分别为100mm，50mm，理论管件中心线上点空间坐标依次为T1（0,100,0）、T2（150,100,0）、T3（200,50,0）、T4（200,0,0），安装要求角度偏差为±3°，安装轴向间隙0.5mm。对被测管件进行测量时，选用测量设备精度至少为0.5/3=0.167mm，实际激光矢量测量设备，其精度为0.001mm，可用于测量管件。对被测管件中心线上点的实际测量坐标依次为P1（0.800,59.600,125.000）、P2（90.061,14.970,125.000）、P3（112.021, -52.889,125.000）、P4（88.650, -97.65,125.000）。
计算过程：使用计算机计算，计算精度至少为0.5/100=0.005mm，实际选择0.001mm。T2点距离T1T4直线距离为55.470mm，T3点距离T1T4直线距离为41.603mm，选择T2点与T1、T3组成空间三角形，其重心为（100,50,0）。同样，被测管件点P2P1P3空间三角形重心为（-67.024,-30.133,125.000）。通过平移、旋转后，使两个重心重合，两端连线平行，此时被测管件中心线上点的点坐标依次为（0.152, 99.680,0.000）、（99.944, 100.645,0.000）、（150.422, 50.258,0.000）、（150.025, -0.236,0.000）。计算被测管件的偏差，端点P1轴向偏差0.152 mm，径向偏差0.320mm，角度偏差0.554°。切点P2轴向偏差0.056 mm，径向偏差0.645mm，角度偏差0.554°。切点P3轴向偏差0.258 mm，径向偏差0.422mm，角度偏差0.450°。端点P4轴向偏差0.236 mm，径向偏差0.025mm，角度偏差0.450°。
检测结果：端头P1角度偏差0.554°不大于安装角度偏差3°，轴向偏差0.152mm不大于对缝间隙0.5 mm；°端头P4角度偏差0.450°不大于安装角度偏差3°，轴向偏差0.236mm不大于对缝间隙0.5 mm；管件合格。
Claims (5)
1.一种基于三个安装点的管件外形检测方法，其特征在于：包括基于三个安装点的定位方法、偏差计算方法和检测要求；
所述基于三个安装点的定位方法，包括三个安装点和空间定位方法；
所述三个安装点，是指与安装位置密切相关的三个点：管件两个端点PE、距离两个端点PE连线最大Lmax的弯曲切点Ptmax；
所述空间定位方法，包括三步：第一步，由理论管件的三个安装点确定空间三角形S，并确定该三角形S的重心G；第二步，由被测量管件同样的三个安装点确定空间三角形S1，并确定该三角形S1的重心G1；第三步，旋转并移动三角形S1，使三角形S和S1共面、G与G1重合、理论管件两端点连线Line与被测管件两端点连线Line1平行，从而基于三个安装点实现被测量管件与理论管件的定位；
所述偏差计算方法包括轴向偏差、径向偏差、角度偏差计算方法。
2.根据权利要求1所述的基于三个安装点的管件外形检测方法，其特征在于：
所述轴向偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端点PE到理论管件端面的距离TL即为轴向偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的轴向偏差。
3.根据权利要求1所述的基于三个安装点的管件外形检测方法，其特征在于：所述径向偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端点PE到理论管件端面中心线的距离TR即为径向偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的径向偏差。
4.根据权利要求1所述的基于三个安装点的管件外形检测方法，其特征在于：所述角度偏差计算方法是用三个安装点将理论管件与被测管件定位后，被测管件端面中心线与理论管件端面中心线的夹角TA即为角度偏差，同理依次确定出被测管件所有弯曲切点的角度偏差。
5.根据权利要求1所述的基于三个安装点的管件外形检测方法，其特征在于：所述检测要求包括检测设备，计算精度、计算工具和判定准则；所述检测设备是采用数字化的测量设备，测量精度不低于管件允许偏差的1/3；所述计算精度是计算精度不低于管件允许偏差的1/100；所述计算工具是采用计算机进行偏差计算，所述判定准则要求端头角度偏差TA不大于安装角度偏差AA；端头轴向偏差TL不大于对缝间隙AL。
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