CN111992601B - 一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法 - Google Patents

一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法，包括以下步骤：在卷板机的侧面设基础平台，在基础平台上安装两个滑动轨道，将两组测量单元通过连接装置安装到滑动轨道上，调整两组测量单元的位置，使其分别位于待加工管节的前端和后端，调整激光测距仪的角度，测量并记录两组测量单元中两激光测距传感器到待卷钢板的距离，计算，判定。本发明测量结果客观，标准统一，满足测量精度，使用方便，可以通过调整测量单元位置得到管节后端外形数据，避免卷制过程中出现钢板偏斜，无法合口等情况。

Description

一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法
技术领域：
本发明涉及金属加工技术领域，特别是一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法。
背景技术：
大直径钢管桩作为港口及海洋工程中的重要组成部分，广泛应用于海上风力发电等项目。钢管桩管节直径范围在5-10m，每节管节长度范围在2-3m，重量约为40-50吨，由于体积与重量过大、卷制过程中变量(卷板机三辊位置)难以控制，若无对管桩前后两端的形成的轴线进行实时准确监测的方法，可能导致管桩圆度过大、卷板偏斜、甚至出现无法合口的情况。因此，需要设计一款自动测量设备，实时对卷板过程中管桩前后两端形成的轴线与理想轴线进行对比监控。
目前的测量方式多为接触式测量，即使用靠尺人工测量。靠尺长度约为一米，形状与待测管节的理想弧度一致，卷板过程中，卷板工人将靠尺贴近钢板，观察靠尺与钢板缝隙大小，从而判断卷制钢板的弧度是否符合要求。这种测量方法人工主观程度较高，没有统一标准判断钢板卷制是否合格；针对不同直径的钢管桩需要单独生产不同靠尺，造成一定程度的材料浪费；与此同时，工人测量时一般只能选取钢管桩前端作为参考，导致后端偏差较大，严重时可能出现钢板偏斜，无法合口。
本测量设备能够同时对钢管桩前后两端数据进行监测，并将测量结果数字化，统一标准，从而判断钢板卷制是否达到要求。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，提供一种能够同时对待加工管节前后两端数据进行检测，并将测量结果数字化，统一标准的测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法，包括以下步骤：
a)在卷板机的侧面设基础平台，基础平台的台面与卷板机两个下辊初始位置形成的平面平行；
b)在基础平台上安装两个滑动轨道，滑动轨道与卷板机的下辊初始位置形成的直线平行；
c)将两组测量单元通过连接装置安装到滑动轨道上，每组测量单元包括两个激光测距仪，
d)调整两组测量单元的位置，使其分别位于待加工关节的前端和后端；
e)调整激光测距仪的角度：保证其中一个激光测距仪发射出的激光与基础平台台面呈30°夹角，另一个激光测距仪发射出的激光与基础平台台面呈45°夹角；
f)测量并记录两组测量单元的间距；
g)计算：设测距仪为C点，卷板机两个下辊圆心为A点和B点，A点距C点水平距离为a，垂直距离为b，AB两点距离为d；下辊半径为r；O点为半径为R的理想管节的圆心，O点距AB两点连线的距离为l，则有式(1)：
Figure GDA0003391234990000021
设测距仪射出的激光与和基础平台平行的水平面分别夹α1,α2，两束激光分别射于待卷钢板上的M点与N点，测得M、N点距C点距离分别为l1,l2，O′点为此时待卷钢板的实际圆心，通过M、N两点计算拟合得来，其中O′点与M、N两点距离均为理想管节半径R，计算方法如下：
设C点为坐标原点(0,0)，则A点坐标为(a,b)，O点坐标为
Figure GDA0003391234990000031
M点坐标为(l1 sinα1,l1 cosα1)，N点坐标为(l2 sinα2,l2 cosα2)，O′点坐标为(x,y)，则有式(2)
Figure GDA0003391234990000032
式(2)几何含义为分别以M和N点为圆心以R为半径画圆，两圆相交于O′点，由图形的几何特征可知式(2)有两个实数解，选取O′点时遵循(3)的原则
Figure GDA0003391234990000033
h)判定：一组测量单元可以得到一个拟合圆心，管节前后两端各安装一组测量单元，距离为c，则可以得到两个拟合圆心，以前端测量单元为原点建立空间直角坐标系，则可得到两拟合圆心坐标为O’1(x,y,0)，O’2(x’,y’,c)，连接两拟合圆心得到待测钢板此时的拟合轴线，理想圆心坐标为
Figure GDA0003391234990000034
两点连接可得理想轴线，则当两拟合圆心与理想圆心重合时，拟合轴线与理想轴线重合，待卷钢板卷曲程度符合标准，可以继续卷制，否则应及时调整卷板参数，重新卷制。
本发明的进一步改进在于：在所述轨道上标有刻度，方便测量测距仪位置。
本发明的进一步改进在于：所述α1为45°，所述α2为30°，计算方便，角度过大，量程过大，会影响。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.结果客观，标准统一：相较于传统靠尺的方法，本方法通过机器测量得到准确数据，排除了人为因素的干扰，并将卷板合格这一难以得到空间立体标准转化为数字标准，方便现场工人使用，也对后续质检工作提供了数据基础；
2.满足测量精度：现有钢管桩管外形尺寸允许偏差标准约为3mm-5mm，测量距离在10m至40m范围内时，激光测距仪测距精度可达0.1mm，该测量精度满足生产要求；
3.使用方便：滑轨上的刻度可以快速准确地得出两测量单元距离；卷板工人无需手持靠尺，方便操作；
4.可以对管节两端数据进行实时监控：由于钢板尺寸限制，管节后端难以用靠尺测量，该方法可以通过调整测量单元位置得到管节后端外形数据，避免卷制过程中出现钢板偏斜，无法合口等情况。
附图说明：
图1为测量方法原理图；
图2为测量装置安装示意图；
图3为测量单元示意图；
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-3示出了一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法的具体实施方式：
一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法，包括以下步骤：
a)在卷板机的侧面设基础平台，基础平台的台面与卷板机两个下辊初始位置形成的平面平行；
b)在基础平台上安装两个滑动轨道，滑动轨道与卷板机的下辊初始位置形成的直线平行，在所述轨道上标有刻度，方便测量测距仪位置；
c)将两组测量单元通过连接装置安装到滑动轨道上，每组测量单元包括两个激光测距仪，
d)调整两组测量单元的位置，使其分别位于待加工关节的前端和后端；
e)调整激光测距仪的角度：保证其中一个激光测距仪发射出的激光与基础平台台面呈30°夹角，另一个激光测距仪发射出的激光与基础平台台面呈45°夹角；
f)测量并记录两组测量单元的间距；
g)计算：设测距仪为C点，卷板机两个下辊圆心为A点和B点，A点距C点水平距离为a，垂直距离为b，AB两点距离为d；下辊半径为r；O点为半径为R的理想管节的圆心，O点距AB两点连线的距离为l，则有式(1)：
Figure GDA0003391234990000051
设测距仪射出的激光与和基础平台平行的水平面分别夹α1,α2，其中α1为45°，α2为30°，两束激光分别射于待卷钢板上的M点与N点，测得M、N点距C点距离分别为l1,l2，O′点为此时待卷钢板的实际圆心，通过M、N两点计算拟合得来，其中O′点与M、N两点距离均为理想管节半径R，计算方法如下：
设C点为坐标原点(0,0)，则A点坐标为(a,b)，O点坐标为
Figure GDA0003391234990000052
M点坐标为(l1 sinα1,l1 cosα1)，N点坐标为(l2 sinα2,l2 cosα2)，O′点坐标为(x,y)，则有式(2)
Figure GDA0003391234990000053
式(2)几何含义为分别以M和N点为圆心以R为半径画圆，两圆相交于O′点，由图形的几何特征可知式(2)有两个实数解，选取O′点时遵循(3)的原则
Figure GDA0003391234990000061
h)判定：一组测量单元可以得到一个拟合圆心，管节前后两端各安装一组测量单元，距离为c，则可以得到两个拟合圆心，以前端测量单元为原点建立空间直角坐标系，则可得到两拟合圆心坐标为O’1(x,y,0)，O’2(x’,y’,c)，连接两拟合圆心得到待测钢板此时的拟合轴线，理想圆心坐标为
Figure GDA0003391234990000062
两点连接可得理想轴线，则当两拟合圆心与理想圆心重合时，拟合轴线与理想轴线重合，待卷钢板卷曲程度符合标准，可以继续卷制，否则应及时调整卷板参数，重新卷制。
使用时保证两个激光测距仪发射的激光与基础平台台面分别夹30°与45°角，此时
Figure GDA0003391234990000063
sinα2＝sin30°＝1/2，
Figure GDA0003391234990000064
每组测量单元可在滑动导轨范围内移动，使用时需根据不同钢管桩管节长度，调整测量单元位置，使得两组测量单元分别位于管节前端与后端，调整结束后根据滑轨上刻度记录得到两测量单元距离，将该距离通过上位机终端作为计算参数之一输入至PLC；4个激光测距仪信号端连接至PLC，由PLC控制发射激光、距离采样、信号回传并进行数据处理，距离采样频率可根据实际需求通过上位机调整，以保证卷板过程中可以实时得到测量数据；处理过的数据与测量结果通过PLC传输至上位机终端，卷板工人可通过该数据调整卷板参数，进行卷板质量控制。
本发明测量结果客观，标准统一：相较于传统靠尺的方法，本方法通过机器测量得到准确数据，排除了人为因素的干扰，并将卷板合格这一难以得到空间立体标准转化为数字标准，方便现场工人使用，也对后续质检工作提供了数据基础；满足测量精度：现有钢管桩管外形尺寸允许偏差标准约为3mm-5mm，测量距离在10m至40m范围内时，激光测距仪测距精度可达0.1mm，该测量精度满足生产要求；使用方便：滑轨上的刻度可以快速准确地得出两测量单元距离；卷板工人无需手持靠尺，方便操作；可以对管节两端数据进行实时监控：由于钢板尺寸限制，管节后端难以用靠尺测量，该方法可以通过调整测量单元位置得到管节后端外形数据，避免卷制过程中出现钢板偏斜，无法合口等情况。
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a)在卷板机的侧面设基础平台，基础平台的台面与卷板机两个下辊初始位置形成的平面平行；
b)在基础平台上安装两个滑动轨道，滑动轨道与卷板机的下辊初始位置形成的直线平行；
c)将两组测量单元通过连接装置安装到滑动轨道上，每组测量单元包括两个激光测距仪，
d)调整两组测量单元的位置，使其分别位于待加工管节的前端和后端，记录两组测量单元的间距；
e)调整激光测距仪的角度：保证其中一个激光测距仪发射出的激光与基础平台台面呈30°夹角，另一个激光测距仪发射出的激光与基础平台台面呈45°夹角；
f)记录激光测距仪到待卷钢板距离；
g)计算：设测距仪为C点，卷板机两个下辊圆心为A点和B点，A点距C点水平距离为a，垂直距离为b，AB两点距离为d；下辊半径为r；O点为半径为R的理想管节的圆心，O点距AB两点连线的距离为l，则有式(1)：
Figure FDA0003391234980000011
设测距仪射出的激光与和基础平台平行的水平面分别夹α1,α2，两束激光分别射于待卷钢板上的M点与N点，测得M、N点距C点距离分别为l1,l2，O′点为此时待卷钢板的实际圆心，通过M、N两点计算拟合得来，其中O′点与M、N两点距离均为理想管节半径R，计算方法如下：
设C点为坐标原点(0,0)，则A点坐标为(a,b)，O点坐标为
Figure FDA0003391234980000021
M点坐标为(l1sinα1,l1cosα1)，N点坐标为(l2sinα2,l2cosα2)，O′点坐标为(x,y)，则有式(2)
Figure FDA0003391234980000022
式(2)几何含义为分别以M和N点为圆心以R为半径画圆，两圆相交于O′点，由图形的几何特征可知式(2)有两个实数解，选取O′点时遵循(3)的原则
Figure FDA0003391234980000023
h)判定：一组测量单元可以得到一个拟合圆心，管节前后两端各安装一组测量单元，距离为c，则可以得到两个拟合圆心，以前端测量单元为原点建立空间直角坐标系，则可得到两拟合圆心坐标为O’1(x,y,0)，O’2(x’,y’,c)，连接两拟合圆心得到待测钢板此时的拟合轴线，理想圆心坐标为
Figure FDA0003391234980000024
两点连接可得理想轴线，则当两拟合圆心与理想圆心重合时，拟合轴线与理想轴线重合，待卷钢板卷曲程度符合标准，可以继续卷制，否则应及时调整卷板参数，重新卷制。
2.根据权利要求1所述的一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法，其特征在于：在所述轨道上标有刻度。
3.根据权利要求1所述的一种测量大直径钢管桩卷制过程中轴线偏心度的方法，其特征在于：所述α1为45°，所述α2为30°。
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