專利名稱：壓力容器封頭形狀偏差測量方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于壓力容器技術領域，具體涉及一種基于激光傳感器技術的壓力容器封頭形狀偏差測量方法及裝置。
背景技術：
封頭是構成壓力容器等承壓設備的主要部件之一，常見的形式有球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭等凸形封頭及錐形封頭、變徑段、平板形，其中所述的三種凸形封頭是最常用的封頭。不同形狀的封頭在壓力作用下，應力分布大不一樣，應力水平相差較大；封頭形狀超差，會引起應力增量，從而可能造成其局部應力超過許用極限值，導致封頭失效。現行的壓力容器標準規范都對封頭的形狀偏差提出了規定和要求，封頭和壓力容器的生產廠家必須對成形封頭的形狀進行嚴格的檢查，以確保用于壓力容器的封頭形狀符合標準和規范的要求。由于封頭形狀的不規則性，目前封頭形狀偏差通常采用樣板進行檢查，即按封頭內表面規定形狀，采用O. 5 lmm鍍鋅鐵皮或厚度為remm的鋁板設計制作內樣板，將內樣板放入封頭通過直尺或塞尺測量樣板與封頭間隙是否符合要求。我國GB150《鋼制壓力容器》和GB/T25198《壓力容器封頭》均規定采用帶間隙的全尺寸的內樣板檢查橢圓形、碟形和球形封頭內表面的形狀偏差。采用樣板來檢查封頭的形狀偏差，雖然簡單易行但并不能直觀和準確量化地反映封頭各處的形狀偏差，且封頭規格不同所需樣板眾多，實際應用中存在很多不便利性。
發明內容
針對現有技術中存在的上述問題，本發明旨在提供一種基于激光距離傳感器和角度傳感器的壓力容器封頭形狀偏差測量方法及裝置的技術方案，以直觀、準確、量化地檢測封頭各處的形狀偏差，為封頭形狀偏差檢測提供可靠的科學手段。所述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法，其特征在于基于激光距離傳感器和角度傳感器獲取目標點二維極坐標值，經直角坐標值轉化和最小二乘法擬合處理后實施繪圖，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差，自動進行合格與否判定，具體包括以下步驟
1)將激光距離傳感器和角度傳感器安置于封頭的連接端口圓截面的中心位置；
2)調整激光距離傳感器使測量目標點為步驟I)所述連接端口圓截面的內表面位置，將此封頭邊緣位置作為測量起點，同時校準角度傳感器的起始角度，使激光距離傳感器測量目標點處于測量起點位置時角度傳感器反饋的旋轉角度為O ;
3)同時啟動激光距離傳感器和角度傳感器開始測量，激光距離傳感器從步驟2)所確定的測量起點開始掃描，旋轉激光距離傳感器使其測量目標點沿封頭斷面的內表面直至到達步驟I)所述的連接端口圓截面的對向內表面位置時結束，由激光距離傳感器測量傳感器到封頭4斷面內表面的間距r，由角度傳感器反饋距離傳感器相應的旋轉角度Θ，獲得封頭內表面目標點二維極坐標值；4)由計算機程序實時記錄封頭內表面測量目標點二維極坐標值，并通過計算機程序將二維極坐標值轉換為直角坐標值，而后進行最小二乘擬合處理；
5)將最小二乘法擬合獲得的數據實施繪圖處理，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差，并自動進行合格與否的判定。所述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法，其特征在于所述的激光距離傳感器測量過程通過步進電機驅動旋轉，角度傳感器與步進電機同軸旋轉，角度傳感器通過測量轉動軸的旋轉角度來反饋激光距離傳感器測量過程相應的旋轉角度。所述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法，其特征在于步驟3)所述的激光距離傳感器每旋轉一個角度，激光距離傳感器測量封頭斷面內表面上的目標點與其之間的距離，角度傳感器同步測量激光距離傳感器此時的反饋角度。實現上述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法的裝置，其特征在于包括與封頭配合連接的定位裝置，定位裝置由導向桿、定位桿、固定桿配合構成，定位桿與導向桿十字相交固定連接，固定桿與導向桿十字相交活動連接，定位裝置上活動連接傳感器裝置，傳感器裝置包括分別與含有程序的計算機控制連接的激光距離傳感器、角度傳感器、步進電機，角度傳感器與步進電機同軸對接，激光距離傳感器與步進電機同軸轉動。所述的裝置，其特征在于所述的角度傳感器與步進電機通過轉動連接工件同軸對接，激光距離傳感器配合設置在轉動連接工件外表面與轉動連接工件構成同軸轉動。所述的裝置，其特征在于所述的固定桿與導向桿滑動配合。所述的裝置，其特征在于所述定位桿、固定桿的兩端分別采用凹槽結構用于與封頭邊緣卡接配合。所述的裝置，其特征在于所述的導向桿配合設置長度指示刻度。所述的裝置，其特征在于所述的角度傳感器與步進電機分別安裝于固定支架上， 固定支架活動連接在定位裝置的導向桿上。上述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法和裝置，構思新穎、結構合理，基于激光測量技術，利用激光距離傳感器和角度傳感器的有機結合測定目標點二維極坐標值，經計算機程序實施直角坐標轉化和最小二乘擬合處理以及與封頭標準形狀比對確定形狀偏差的封頭形狀偏差，實現封頭形狀偏差的直觀、準確、量化檢測，為壓力容器封頭形狀偏差測量提供可靠的科學手段。
圖I為應用本發明所述方法實施檢測時的檢測狀態示意圖2為本發明所述裝置的結構示意圖； 圖3為圖2的俯視結構意圖4為所述傳感器裝置的結構示意圖中1 一傳感器裝置、101 —步進電機、102 —轉動連接工件、103 —角度傳感器、 104 一激光距離傳感器、105 —固定支架、2 —定位裝置、201 —導向桿、202 —定位桿、203 — 固定桿、3 —計算機、4 一封頭。
具體實施方式
現結合說明書附圖，詳細說明本發明的
具體實施例方式
壓力容器封頭形狀偏差測量方法，基于激光距離傳感器和角度傳感器獲取目標點二維極坐標值，經直角坐標值轉化和最小二乘擬合處理后實施繪圖，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差，自動進行合格與否判定，具體包括了以下步驟
1)計算確定封頭的連接端口圓截面的中心位置，將激光距離傳感器和角度傳感器安置于此中心位置；
2)調整激光距離傳感器使測量目標點為步驟I)所述連接端口圓截面的內表面位置，將此封頭邊緣位置作為測量起點，同時校準角度傳感器的起始角度，使激光距離傳感器測量目標點處于測量起點位置時角度傳感器反饋的旋轉角度為0 ;
3)同時啟動激光距離傳感器和角度傳感器開始測量，激光距離傳感器從步驟2)所確定的測量起點開始掃描，旋轉激光距離傳感器使其測量目標點沿封頭斷面的內表面直至到達步驟I)所述的連接端口圓截面的對向內表面位置時結束，掃描軌跡如圖I所示，測量過程中由激光距離傳感器測量傳感器到封頭內表面的間距r，由角度傳感器反饋距離傳感器相應的旋轉角度9，獲得封頭內表面目標點二維極坐標值；
4)由計算機程序實時記錄封頭內表面測量目標點二維極坐標值，并通過計算機程序將二維極坐標值轉換為直角坐標值，而后進行最小二乘擬合；
5)將最小二乘擬合獲得的數據實施繪圖處理，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差， 并自動進行合格與否的判定。上述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法的步驟3)中，激光距離傳感器測量過程通過步進電機驅動旋轉，角度傳感器與步進電機同軸旋轉，角度傳感器通過測量轉動軸的旋轉角度來反饋激光距離傳感器測量過程相應的旋轉角度。
上述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法的步驟3)中，激光距離傳感器每旋轉一個角度，激光距離傳感器測量封頭斷面內表面上的目標點與其之間的距離，角度傳感器同步測量激光距離傳感器此時的反饋角度；每一次改變測量點時旋轉激光距離傳感器的角度足夠小，就可以實現沿封頭斷面內表面連續測量。實現上述壓力容器封頭形狀偏差測量方法的裝置包括定位裝置2、傳感器裝置I、 計算機3，定位裝置2和所測量的封頭4連接并用于安裝傳感器裝置I ;定位裝置2由導向桿201、定位桿202、固定桿203配合構成，導向桿201配合設置長度指示刻度，定位桿202與導向桿201十字相交固定連接，固定桿203與導向桿201十字相交活動連接，固定桿203可在導向桿201上滑動，定位桿202、固定桿203的兩端分別采用凹槽結構用于與所測量的封頭4邊緣卡接，從而使定位裝置2以自緊方式固定于封頭4上。傳感器裝置I包括激光距離傳感器104、角度傳感器103、步進電機101，角度傳感器103與步進電機101分別安裝于固定支架105上，固定支架105活動連接在定位裝置2的導向桿201上；角度傳感器103與步進電機101通過轉動連接工件102同軸對接，激光距離傳感器104配合設置在轉動連接工件102外表面與轉動連接工件102構成同軸轉動，激光距離傳感器104、角度傳感器103 和步進電機101分別與含有程序的計算機3控制連接。應用所述裝置實施測量時，將定位裝置2的導向桿201沿封頭斷面方向擱置在封頭4上，移動導向桿201使定位桿202兩端的凹槽與封頭4的邊緣卡接配合，再移動固定桿 203使其兩端凹槽也與封頭4的邊緣卡接配合，從而使定位裝置2以自緊方式固定于封頭4.內；通過導向桿201的長度指示刻度確定封頭4連接端口圓截面直徑，計算并確定封頭4連接端口圓截面的圓心刻度值，將傳感器裝置I移動至圓心刻度值位置，即完成測量方法中所述步驟I)。計算機3控制步進電機101旋轉,角度傳感器103與步進電機101通過轉動連接工件102同軸對接，激光距離傳感器104配合設置在轉動連接工件102外表面與轉動連接工件102構成同軸轉動，角度傳感器103測量轉動連接工件102的旋轉角度及獲得激光距離傳感器104的旋轉角度，計算機3同步控制激光距離傳感器104、角度傳感器103的測量并實施記錄相應的測量值r和Θ，即獲得了測量目標點的二維極坐標值。 本發明所述壓力容器封頭形狀偏差測量方法和裝置可廣發應用于半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭等各種凸形封頭的形狀偏差測量。
權利要求
1.壓力容器封頭形狀偏差測量方法，其特征在于基于激光距離傳感器和角度傳感器獲取目標點二維極坐標值，經直角坐標值轉化和最小二乘法擬合處理后實施繪圖，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差，自動進行合格與否判定，具體包括以下步驟 1)將激光距離傳感器和角度傳感器安置于封頭的連接端口圓截面的中心位置； 2)調整激光距離傳感器使測量目標點為步驟I)所述連接端口圓截面的內表面位置，將此封頭邊緣位置作為測量起點，同時校準角度傳感器的起始角度，使激光距離傳感器測量目標點處于測量起點位置時角度傳感器反饋的旋轉角度為O ; 3)同時啟動激光距離傳感器和角度傳感器開始測量，激光距離傳感器從步驟2)所確定的測量起點開始掃描，旋轉激光距離傳感器使其測量目標點沿封頭斷面的內表面直至到達步驟I)所述的連接端口圓截面的對向內表面位置時結束，由激光距離傳感器測量傳感器到封頭內表面的間距r，由角度傳感器反饋距離傳感器相應的旋轉角度Θ，獲得封頭內表面目標點二維極坐標值； 4)由計算機程序實時記錄封頭內表面測量目標點二維極坐標值，并通過計算機程序將二維極坐標值轉換為直角坐標值，而后進行最小二乘擬合處理； 5)將最小二乘法擬合獲得的數據實施繪圖處理，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差，并自動進行合格與否的判定。
2.如權利要求I所述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法，其特征在于所述的激光距離傳感器測量過程通過步進電機驅動旋轉，角度傳感器與步進電機同軸旋轉，角度傳感器通過測量轉動軸的旋轉角度來反饋激光距離傳感器測量過程相應的旋轉角度。
3.如權利要求I所述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法，其特征在于步驟3)所述的激光距離傳感器每旋轉一個角度，激光距離傳感器測量封頭斷面內表面上的目標點與其之間的距離，角度傳感器同步測量激光距離傳感器此時的反饋角度。
4.實現如權利要求I所述的壓力容器封頭形狀偏差測量方法的裝置，其特征在于包括與封頭(4)配合連接的定位裝置(2),定位裝置(2)由導向桿(201)、定位桿(202)、固定桿(203)配合構成，定位桿(202)與導向桿(201)十字相交固定連接，固定桿(203)與導向桿(201)十字相交活動連接，定位裝置(2 )上活動連接傳感器裝置(I)，傳感器裝置(I)包括分別與含有程序的計算機(3)控制連接的激光距離傳感器(104)、角度傳感器(103)、步進電機(101)，角度傳感器(103)與步進電機(101)同軸對接，激光距離傳感器(104)與步進電機(101)同軸轉動。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的角度傳感器(103)與步進電機(101)通過轉動連接工件(102)同軸對接，激光距離傳感器(104)配合設置在轉動連接工件(102)外表面與轉動連接工件(102)構成同軸轉動。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的固定桿(203)與導向桿(201)滑動配入口 ο
7.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述定位桿(202)、固定桿(203)的兩端分別采用凹槽結構用于與封頭(4)邊緣卡接配合。
8.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的導向桿(201)上配合設置長度指示刻度。
9.如權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的角度傳感器(103)與步進電機(101)分別安裝于固定支架(105)上， 固定支架(105)活動連接在定位裝置(2)的導向桿(201)上。
全文摘要
壓力容器封頭形狀偏差測量方法和裝置，屬于壓力容器技術領域，基于激光距離傳感器和角度傳感器獲取目標點二維極坐標值，經直角坐標值轉化和最小二乘擬合處理后實施繪圖，并與封頭標準形狀比對確定形狀偏差，自動進行合格與否判定；相應的測量裝置包括定位裝置、傳感器裝置、計算機，定位裝置用于和所測量的封頭連接并安裝傳感器裝置，傳感器裝置包括分別與含有程序的計算機控制連接的激光距離傳感器、角度傳感器、步進電機，角度傳感器與步進電機同軸對接，激光距離傳感器隨步進電機同軸轉動。所述的方法和裝置，構思新穎，基于激光測量技術，可實現封頭形狀偏差的直觀、準確、量化檢測，為壓力容器封頭形狀偏差測量提供可靠的科學手段。
文檔編號G01B11/24GK102620682SQ20121009493
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者盛水平, 邢璐, 陳海云, 韓樹新 申請人:杭州市特種設備檢測院