一種基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置及測量方法，應(yīng)用于合攏管的加工制造。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代船舶制造中，處都鋪滿了管道，這些管件的設(shè)計、制造及在船內(nèi)安裝后的檢查等一系列的作業(yè)被稱作“管道鋪設(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)計圖紙制造出各式各樣的合攏管，合攏管的制作通常采用取型法和現(xiàn)場焊接法。
[0003]在管道制作中最困難的是“保證成品良好的精度”。但是采用上面兩種方法經(jīng)常會出現(xiàn)制造出的合攏管法蘭螺栓空位置不正確，導致無法安裝的情況發(fā)生。這兩種方法存在效率低、材料浪費嚴重和加工精度不高的諸多缺點。目前，日韓等國針對上述問題開發(fā)了合攏管再現(xiàn)系統(tǒng)，通過策略機現(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)，配合專用的三坐標變位機可以再現(xiàn)兩法蘭的位置特征，將制造好的合攏管吊裝到再現(xiàn)機上與法蘭焊接即可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系中的位標。但是此種測量方法的不足之處是測量時需要反復調(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。為解決此種現(xiàn)狀，開發(fā)了合攏管再現(xiàn)系統(tǒng)201110309478.9，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)，配合專用的三坐標變位機可以再現(xiàn)兩法蘭的位置特征，將制造好的合攏管吊裝到再現(xiàn)機上與法蘭焊接即可制造出無誤差的合攏管。為獲得待合攏管的法蘭的特征參數(shù)，采用三坐標測量臂也是可行的方案，這種測量臂由6個轉(zhuǎn)動的臂和I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)中安裝有角度的編碼器，測量臂的一段固定在基座上，測量過程中不可移動，而測量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)角和構(gòu)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)用坐標模型從而獲得被測點的三維坐標位置。使用測量臂測量法蘭的特征參數(shù)非常方便，只需要在特征位置取點，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)，但是這種測量臂的長度有限以及測量臂的價格昂貴，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。201110323558.X中的合攏管測量機的基本原理是采用呈三角分布的三個拉繩長度傳感器作為測量原件，在笛卡爾直角坐標系下，以三個拉繩長度傳感器的出繩頭作為球面方程，通過高精度的測量設(shè)備輔助測量待合攏管法蘭的空間位置的球面坐標。由于拉繩與拉繩頭之間存在一定的間隙，保證拉繩可以順暢的拉出，從而導致拉繩頭作為球心的中心軸線位置產(chǎn)生微小的偏差，使得待測合攏管的空間位置產(chǎn)生偏差；而且由于拉繩長久的拉繩作用，拉繩的彈性伸縮導致合攏的精度大大降低，以及拉繩產(chǎn)生磨損導致拉繩的損壞，影響測量的性能和工作效率以及增大成本的投入，為此研究開發(fā)一種更為簡單、測量精度更高和不易受干擾的便攜式合攏管測量方法及裝置是管道制造企業(yè)和安裝企業(yè)樂于期待的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置及測量方法，通過激光測距和各種角度傳感器測量兩個法蘭的相對位置，測量精度高。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置，包括機箱、激光發(fā)射器和紅外激光瞄準器，所述機箱的上方安裝有旋轉(zhuǎn)基座，所述旋轉(zhuǎn)基座繞圓盤旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，所述圓盤旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機連接，在旋轉(zhuǎn)基座上安裝有支架，在支架上安裝有可以轉(zhuǎn)動的角度轉(zhuǎn)動軸，角度轉(zhuǎn)動軸與翻轉(zhuǎn)驅(qū)動電機連接，角度轉(zhuǎn)動軸上固定連接有激光發(fā)射器，激光發(fā)射器上的發(fā)射口安裝有反射薄膜片，在激光發(fā)射器的頂部設(shè)有紅外激光瞄準器；所圓盤旋轉(zhuǎn)軸上安裝有旋轉(zhuǎn)傳感器，在激光發(fā)射器上安裝有光學位移傳感器，角度轉(zhuǎn)動軸上安裝有角度傳感器。
[0006]作為優(yōu)選，所述角度轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動范圍為一 45°?90°，圓盤旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動范圍為360。。
[0007]作為優(yōu)選，所述機箱底部設(shè)有具有磁性的支撐腳架。
[0008]作為優(yōu)選，所述激光發(fā)射器為YAG激光光源，反射薄膜片為氯乙烯聚合膜。
[0009]作為優(yōu)選，所述旋轉(zhuǎn)傳感器、角度傳感器和光學位移傳感器均與機箱中的主板處理器連接，主板處理器通過藍牙將測量數(shù)據(jù)傳輸給移動終端和連接帶有藍牙系統(tǒng)的PDA機，移動終端通過WiFi連接局域網(wǎng)直接傳輸云端服務(wù)器，遠程實時共享和分析處理測量數(shù)據(jù)。
[0010]一種上述的基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置的測量方法，利用激光測距技術(shù)測量前進行校零，以激光發(fā)射源為零點位置，當激光發(fā)射器與旋轉(zhuǎn)基座平行位置時，沿激光發(fā)射器發(fā)射激光方向為X軸矢量正方向，以激光發(fā)射器轉(zhuǎn)動90°方向為z軸矢量正方向，根據(jù)右手定律，則確定y軸方向，P(x，y，z)為空間內(nèi)一點，則P點利用r，Φ，Θ依次來確定，其中r為原點O與點P見的距離，Φ為從正z軸來看自X軸按逆時針方向轉(zhuǎn)到有向線段的角，Θ為有向線段于z軸正向所夾的角，包括以下步驟:
[0011](I)將裝有磁性支撐角架的測量裝置安裝于現(xiàn)場適當?shù)钠秸恢蒙?，開啟電源總開關(guān);
[0012](2)利用PAD機或移動終端中的App測量軟件調(diào)節(jié)控制進行校零，確定零點極坐標；
[0013](3)先調(diào)節(jié)圓盤旋轉(zhuǎn)軸于初步位置，在調(diào)節(jié)控制角度轉(zhuǎn)動軸于一定角度，利用紅外激光瞄準器對測量位置進行矯正，確保發(fā)射的激光展現(xiàn)于待測法蘭的密封面上，同時進行調(diào)整激光發(fā)射器測量的合理位置；
[0014](4)開啟激光發(fā)射器，從第一法蘭外輪廓一側(cè)開始通過調(diào)整角度轉(zhuǎn)動軸，在第一法蘭密封面?zhèn)葤呙枰粭l直線空間位置坐標，適當調(diào)整圓盤旋轉(zhuǎn)軸，同樣掃描一條第一法蘭密封面上的直線空間坐標位置；
[0015]同理，沿著第一法蘭任意一個螺栓孔利用激光測距技術(shù)至少掃描2條直線空間位置，以及沿著第一法蘭密封面?zhèn)鹊膬?nèi)輪廓至少掃描2條直線空間位置測量結(jié)束關(guān)閉激光發(fā)射器；
[0016]調(diào)整旋轉(zhuǎn)基座于第二法蘭，以測量第一法蘭的方法同樣測量第二法蘭，測量全部結(jié)束關(guān)閉激光發(fā)射器；整個調(diào)節(jié)過程通過PDA機或移動終端App測量軟件控制操作，自動實時保存所有測量數(shù)據(jù)；
[0017](5)測量結(jié)束后將PDA機或移動終端的測量數(shù)據(jù)導入PC電腦，通過三維空間數(shù)據(jù)處理軟件自動將測量數(shù)據(jù)處理成第一法蘭和第二法蘭的空間位置及輪廓數(shù)據(jù)，利用Geomagic軟件擬合第一法蘭和第二法蘭，并利用三維繪圖繪制加工圖紙，以PDF格式輸出，直接打印。
[0018]所述步驟4)中，測量使用的數(shù)據(jù)均為空間三維坐標，測量后均通過利用三維空間數(shù)據(jù)處理軟件自動測量提取掃描線的線性位置關(guān)系，確定通過掃描的直線在密封面上的端點位置，即端點為法蘭的外輪廓、螺栓孔和內(nèi)輪廓上的點，利用輪廓上的點和圓周角定律，確定法蘭和螺栓孔圓心以及法蘭內(nèi)外徑和螺栓孔半徑。
[0019]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0020](I)本發(fā)明的一種基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置的測量范圍只跟激光發(fā)射器發(fā)射激光強度有關(guān)，選用的YAG激光可以擴大測量范圍和測量精度；
[0021](2)利用YAG激光光源以及利用反射薄膜片和紅外激光瞄準器，測量的精度極高，抗干擾能力極強，測量過程不會將測量誤差擴大；
[0022](3)本發(fā)明采用的測量裝置和方法簡單快捷，以及精確的直接測量所需測量的空間位置和合攏管的制造數(shù)據(jù)，并直接通過數(shù)據(jù)處理軟件自動快捷的繪制加工圖紙；
[0023](4)采用藍牙或WiFi作為無線數(shù)據(jù)傳輸以及無線測量控制，數(shù)據(jù)處理終端便攜方便，測量數(shù)據(jù)可以快速及時傳輸和保存，安全可靠；
[0024](5)設(shè)備加工制造簡單，適合各種行業(yè)的合攏管的制造，設(shè)備通用性好，便于大規(guī)模生產(chǎn)于應(yīng)用。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的基于激光測距技術(shù)的合攏管現(xiàn)場測量裝置，包括機箱9、激光發(fā)射器3和紅外激光瞄準器2，所述機箱9的上方安裝有旋轉(zhuǎn)基座18，所述旋轉(zhuǎn)基座18繞圓盤旋轉(zhuǎn)軸7轉(zhuǎn)動，所述圓盤旋轉(zhuǎn)軸7與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機連接，在旋轉(zhuǎn)基座18上安裝有支架，在支架上安裝有可以轉(zhuǎn)動的角度轉(zhuǎn)動軸6，角度轉(zhuǎn)動軸6與翻轉(zhuǎn)驅(qū)動電機連接，角度轉(zhuǎn)動軸6上固定連接有激光發(fā)射器3，激光發(fā)射器3上的發(fā)射口安裝有反射薄膜片4，在激光發(fā)射器3的頂部設(shè)有紅外激光瞄準器2 ;所圓盤旋轉(zhuǎn)軸7上安裝有旋轉(zhuǎn)傳感器，在激光發(fā)射器3上安裝有光學