CN109655017A - 一种管道同轴度测量*** - Google Patents

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Abstract

一种管道同轴度测量***，属于激光应用和同轴度测量技术领域。所述管道同轴度测量***，包括激光发射器、激光接收器、PSD信号存储模块、通信模块和测量处理模块，激光接收器设置在被测管道的端部，激光发射器发射光束到激光接收器的输入端，激光接收器的输出端与PSD信号存储模块的输入端连接，PSD信号存储模块采集并记录激光接收器上激光点的位置坐标，PSD信号存储模块的输出端与测量处理模块的输入端连接，测量处理模块对所述激光点的位置坐标进行球面拟合得到被测管道圆心坐标，并比较所述被测管道圆心坐标与基准圆心坐标的偏离情况。所述管道同轴度测量***能够实现非接触式的测量，能够进行高效、高精度的管道同轴度测量。

Description

一种管道同轴度测量***
技术领域
本发明涉及激光应用和同轴度测量技术领域，特别涉及一种管道同轴度测量***。
背景技术
管道在精密仪器制造、航空、航天和武器、测试等领域都有较为广泛的用途。如蒸汽管道、枪管、火炮身管、平行光管、蒸汽管道等，这些管道往往用于交换热能，输送高压流体，还可以制造支架，在加工或装配过程中往往会出现较大误差，目前我国的管道同轴度测量基本使用的使手工测量，测量精度和自动化程度低，难以满足现代高精度和高自动化的要求，而常用的直接利用光学象限仪测量精度较差，且成本较高。
发明内容
为了解决现有技术存在的测量精度低、自动化程度低、成本较高等技术问题，本发明提供了一种管道同轴度测量***，能够实现非接触式的测量，能够进行高效、高精度的管道同轴度测量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种管道同轴度测量***，包括激光发射器、激光接收器、PSD信号存储模块、通信模块和测量处理模块，所述激光接收器设置在被测管道的端部，所述激光发射器发射光束到激光接收器的输入端，所述激光接收器的输出端与PSD信号存储模块的输入端连接，所述PSD信号存储模块采集并记录激光接收器上激光点的位置坐标，PSD信号存储模块的输出端与测量处理模块的输入端连接，所述测量处理模块对所述激光点的位置坐标进行球面拟合得到被测管道圆心坐标，并比较所述被测管道圆心坐标与基准圆心坐标的偏离情况。
所述激光发射器发射的光束与被测管道的端部平面垂直。
所述激光接收器的输出端与PSD信号存储模块的输入端通过通信模块连接，所述PSD信号存储模块的输出端与测量处理模块的输入端通过通信模块连接。
所述通信模块为串口通信。
所述PSD信号存储模块设有显示屏。
所述激光接收器采用PSD位置传感器。
所述测量处理模块采用PC机。
上述管道同轴度测量***的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、所述激光发射器发射光束，使光束作用在所述激光接收器上得到激光点一，所述PSD信号存储模块记录激光点一的位置坐标(x1，y1)；
步骤二、将被测管道同轴旋转3-5°，重复步骤一，得到激光点二的位置坐标(x2，y2)，依次将被测管道同轴旋转一周，所述PSD信号存储模块记录所有激光点的位置坐标(xi，yi)；
步骤三、将PSD信号存储模块记录的所有激光点的位置坐标(xi，yi)设定z坐标为0，得到所有激光点的三维位置坐标(xi，yi，0)，对三维位置坐标(xi，yi，0)进行球面拟合，得到被测管道圆心三维坐标(x0，y0，0)，进而得到被测管道圆心坐标(x0，y0)；
步骤四、计算被测管道圆心坐标(x0，y0)与基准圆心坐标(x01，y01)的偏离情况(△x，△y)，其中，△x＝x0-x01，△y＝y0-y01。
本发明的有益效果：
本发明能够实现自动化测量，提高了自动化程度，并且测量精度高，成本低；还能够实现非接触式的测量，即在不用直接用仪器或者人工接触管道的情况下进行高效，高精度的管道同轴度测量，适用于对安装尺寸精度要求较高的管道直线度测量与对实时性要求较高的场所。
附图说明
图1是本发明提供的管道同轴度测量***的流程图；
图2是本发明提供的管道同轴度测量***的结构示意图；
图3是本发明提供的管道同轴度测量***的原理图。
其中，
1-激光发射器，2-激光接收器，3-被测管道，4-通信模块，5-PSD信号存储模块，6-测量处理模块，7-被测管道圆心坐标，8-基准圆心坐标，9-激光点的位置坐标(xi，yi)，10-支架，11-调整螺栓。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图3所示，本发明提供了一种管道同轴度测量***，包括激光发射器1、激光接收器2、PSD信号存储模块5、通信模块4和测量处理模块6，激光接收器2设置在被测管道3的端部，激光发射器1发射光束到激光接收器2的输入端，激光接收器2的输出端与PSD信号存储模块5的输入端连接，PSD信号存储模块5采集并记录激光接收器2上激光点的位置坐标，PSD信号存储模块5的输出端与测量处理模块6的输入端连接，测量处理模块6对激光点的位置坐标进行球面拟合得到被测管道圆心坐标7，并比较被测管道圆心坐标7与基准圆心坐标8的偏离情况。
如图2所示，激光发射器1发射的光束与被测管道3的端部平面垂直，被测管道3通过调整螺栓11固定，激光接收器2的输出端与PSD信号存储模块5的输入端通过通信模块4连接，PSD信号存储模块5的输出端与测量处理模块6的输入端通过通信模块4连接，通信模块4为串口通信，PSD信号存储模块5设有显示屏，激光接收器2采用PSD位置传感器，型号为PSD-W203，测量处理模块6采用PC机。
本实施例中，如图1所示，激光发射器1的型号为BA_T250_1070_E，固定在支架10上，激光发射器1包括激光管和准直构件，激光管所发出的激光通过准直构件形成准直性较好的光束，PSD信号存储模块5为与激光接收器2配套使用的现有技术，包括PSD信号存储***和周边电路，PSD信号存储模块5能够实时采集并记录激光接收器2上激光点的位置坐标，PSD信号存储模块5设有显示屏，进行数据实时显示，操作者能够在现场查看坐标信息，PSD信号存储模块5采集的位置坐标通过通信模块4传递给测量处理模块6进行分析，并显示结果，测量处理模块6采用PC机，PSD信号存储模块5和测量处理模块6都可以实时显示，只是一个在PC机显示，一个在现场显示，方便操作者和处理数据的工作者同时掌握数据。本发明中的测量处理模块6对激光点的位置坐标进行球面拟合得到被测管道圆心坐标7是通过Labview软件实现的，基于Labview软件的球面拟合模块对PSD信号存储模块5记录的位置坐标进行处理得到被测管道圆心坐标7，计算被测管道圆心坐标7与基准圆心坐标8的偏离情况，以便实时调整被测管道3的轴心。
上述管道同轴度测量***的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、激光发射器1发射光束，使光束作用在激光接收器2上得到激光点一，PSD信号存储模块5记录激光点一的位置坐标(x1，y1)；
步骤二、将被测管道3同轴旋转3-5°，重复步骤一，得到激光点二的位置坐标(x2，y2)，依次将被测管道3同轴旋转一周，PSD信号存储模块5记录所有激光点的位置坐标(xi，yi)9，其中，i＝1，2，3，4，5…；
步骤三、将PSD信号存储模块5记录的所有激光点的位置坐标(xi，yi)9设定z坐标为0，得到所有激光点的三维位置坐标(xi，yi，0)，对三维位置坐标(xi，yi，0)进行球面拟合，得到被测管道圆心三维坐标(x0，y0，0)，从三维坐标(x0，y0，0)中选取二维坐标(x0，y0)，进而得到被测管道圆心坐标7(x0，y0)；
步骤四、计算被测管道圆心坐标7(x0，y0)与基准圆心坐标8(x01，y01)的偏离情况(△x，△y)，其中，△x＝x0-x01，△y＝y0-y01。
所述步骤三中将PSD信号存储模块5记录的所有激光点的位置坐标(xi，yi)9进行球面拟合时，设定z坐标为0。本发明中，记录的激光点的位置坐标均为二维坐标，在进行球面拟合时，需要用三维坐标，因此，设定设定z坐标为0，进行球面拟合。
为了测量管道安装位置与实际基准位置的同轴情况，即被测管道圆心坐标7与基准圆心坐标8的偏离情况，采用本发明的管道同轴度测量***进行测量，如图3所示，工作原理为：激光发射器1发射光束，使光束作用在激光接收器2上，PSD信号存储模块5记录当前激光点为位置坐标；将被测管道3同轴旋转一个角度，本发明中该角度为3-5°，激光发射器1发射光束，使光束作用在激光接收器2上，PSD信号存储模块5记录当前激光点为位置坐标，得到当前激光点的位置坐标，如图3中所示，箭头表示被测管道3旋转，依次将被测管道3同轴旋转一周，重复以上步骤，PSD信号存储模块5记录得到的位置坐标(xi，yi)，其中，i＝1，2，3，4，5…；此时，PSD信号存储模块5将数据通过通信模块4传输给测量处理模块6，并通过球面拟合的方法求出被测管道圆心坐标7(x0，y0)，在进行球面拟合时，需要设定z坐标为0，用以得到平面坐标；并计算出被测管道圆心坐标7(x0，y0)与基准圆心坐标8(x01，y01)的偏离情况(△x，△y)，其中，△x＝x0-x01，△y＝y0-y01，基准圆心坐标8(x01，y01)是已知的，即为需要对准的坐标，再对被测管道3同轴度进行调整。
本实施例中，发射器1发射光束，使光束作用在激光接收器2上，PSD信号存储模块5记录当前激光点为位置坐标，得到当前激光点的位置坐标，如图3中所示，箭头表示被测管道3旋转，每次旋转角度为3-5°，依次旋转将被测管道3同轴旋转一周，PSD信号存储模块5记录得到的位置坐标(xi，yi)，其中，i＝1，2，3，4，5…，其中部分位置坐标(xi，yi)如表1所示，此时，PSD信号存储模块5将数据通过通信模块4传输给测量处理模块6，通过Labview软件球面拟合出被测管道圆心坐标7(4.28102，3.22267)，在进行球面拟合时，需要设定z坐标为0，得到平面坐标，并计算出被测管道圆心坐标7(4.28102，3.22267)与已知的基准圆心坐标8(0，0)的偏离情况(4.28102，3.22267)，其中，4.28102＝4.28102-0，3.22267＝3.22267-0，最后根据偏离情况(4.28102，3.22267)对被测管道3同轴度进行调整。
表1PSD信号存储模块记录的部分位置坐标(xi，yi)
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 …
x<sub>i</sub> 4.824 4.41 3.332 0.959 -5.172 -2.479 -4.282 -5.691 -5.949 -4.627 -3.959 …
y<sub>i</sub> 0.893 1.874 2.328 2.62 -0.723 -5.074 -3.555 -1.644 -2.501 -9.221 -9.826 …
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道同轴度测量***，其特征在于，包括激光发射器、激光接收器、PSD信号存储模块、通信模块和测量处理模块，所述激光接收器设置在被测管道的端部，所述激光发射器发射光束到激光接收器的输入端，所述激光接收器的输出端与PSD信号存储模块的输入端连接，所述PSD信号存储模块采集并记录激光接收器上激光点的位置坐标，PSD信号存储模块的输出端与测量处理模块的输入端连接，所述测量处理模块对所述激光点的位置坐标进行球面拟合得到被测管道圆心坐标，并比较所述被测管道圆心坐标与基准圆心坐标的偏离情况。
2.根据权利要求1所述的管道同轴度测量***，其特征在于，所述激光发射器发射的光束与被测管道的端部平面垂直。
3.根据权利要求1所述的管道同轴度测量***，其特征在于，所述激光接收器的输出端与PSD信号存储模块的输入端通过通信模块连接，所述PSD信号存储模块的输出端与测量处理模块的输入端通过通信模块连接。
4.根据权利要求3所述的管道同轴度测量***，其特征在于，所述通信模块为串口通信。
5.根据权利要求1所述的管道同轴度测量***，其特征在于，所述PSD信号存储模块设有显示屏。
6.根据权利要求1所述的管道同轴度测量***，其特征在于，所述激光接收器采用PSD位置传感器。
7.根据权利要求1所述的管道同轴度测量***，其特征在于，所述测量处理模块采用PC机。
8.一种管道同轴度测量***的使用方法，采用权利要求1所述的管道同轴度测量***，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、所述激光发射器发射光束，使光束作用在所述激光接收器上得到激光点一，所述PSD信号存储模块记录激光点一的位置坐标(x1，y1)；
步骤二、将被测管道同轴旋转3-5°，重复步骤一，得到激光点二的位置坐标(x2，y2)，依次将被测管道同轴旋转一周，所述PSD信号存储模块记录所有激光点的位置坐标(xi，yi)；
步骤三、将PSD信号存储模块记录的所有激光点的位置坐标(xi，yi)设定z坐标为0，得到所有激光点的三维位置坐标(xi，yi，0)，对三维位置坐标(xi，yi，0)进行球面拟合，得到被测管道圆心三维坐标(x0，y0，0)，进而得到被测管道圆心坐标(x0，y0)；
步骤四、计算被测管道圆心坐标(x0，y0)与基准圆心坐标(x01，y01)的偏离情况(△x，△y)，其中，△x＝x0-x01，△y＝y0-y01。
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