[发明专利]一种基于激光测距技术的合拢管现场测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光测距技术的合拢管现场测量装置及测量方法，应用于合拢管的加工制造。

背景技术

现代船舶制造中，处都铺满了管道，这些管件的设计、制造及在船内安装后的检查等一系列的作业被称作“管道铺设”。通常船舶是分段建造的，在分段合拢时分段间的管线就需要合拢管来连接，但依靠管线设计图纸制造出各式各样的合拢管，合拢管的制作通常采用取型法和现场焊接法。

在管道制作中最困难的是“保证成品良好的精度”。但是采用上面两种方法经常会出现制造出的合拢管法兰螺栓空位置不正确，导致无法安装的情况发生。这两种方法存在效率低、材料浪费严重和加工精度不高的诸多缺点。目前，日韩等国针对上述问题开发了合拢管再现系统，通过策略机现场测量两个待合拢管的法兰的空间位置特征，然后通过专门的拟合软件拟合出这种空间位置特征，并且输出控制参数，配合专用的三坐标变位机可以再现两法兰的位置特征，将制造好的合拢管吊装到再现机上与法兰焊接即可造出无误差的合拢管。其中测量设备采用的是具有两个角度传感器和一个长度传感器的单拉绳测量机，其主要原理是在规定的球面坐标系两个角度和一个长度可以唯一确定一个点。因此，通过该测量机可以测量法兰上特征点在指定的坐标系中的位标。但是此种测量方法的不足之处是测量时需要反复调整出绳口的位置，以保证拉绳是直线状态，此操作过程繁琐。为解决此种现状，开发了合拢管再现系统201110309478.9，通过测量机现场测量两个待合拢管的法兰的空间位置特征，然后通过专门的拟合软件拟合出这种空间位置特征，并且输出控制参数，配合专用的三坐标变位机可以再现两法兰的位置特征，将制造好的合拢管吊装到再现机上与法兰焊接即可制造出无误差的合拢管。为获得待合拢管的法兰的特征参数，采用三坐标测量臂也是可行的方案，这种测量臂由6个转动的臂和1个测量头通过6个旋转关节串联连接，在每个关节中安装有角度的编码器，测量臂的一段固定在基座上，测量过程中不可移动,而测量头可在空间自由运动，构成一个封闭球形测量空间，通过安装在各关节及杆件内部的光电角度编码器获得各关节转角和构件转角，在结合各关节臂的臂长、关节间的夹角等，应用坐标模型从而获得被测点的三维坐标位置。使用测量臂测量法兰的特征参数非常方便，只需要在特征位置取点，然后即可通过软件计算出所需的特征参数，而不用预先知道这些特征参数，但是这种测量臂的长度有限以及测量臂的价格昂贵，外测量臂的各关节都是薄弱环节，在使用中若发生碰撞则极易损坏。201110323558.X中的合拢管测量机的基本原理是采用呈三角分布的三个拉绳长度传感器作为测量原件，在笛卡尔直角坐标系下，以三个拉绳长度传感器的出绳头作为球面方程，通过高精度的测量设备辅助测量待合拢管法兰的空间位置的球面坐标。由于拉绳与拉绳头之间存在一定的间隙，保证拉绳可以顺畅的拉出，从而导致拉绳头作为球心的中心轴线位置产生微小的偏差，使得待测合拢管的空间位置产生偏差；而且由于拉绳长久的拉绳作用，拉绳的弹性伸缩导致合拢的精度大大降低，以及拉绳产生磨损导致拉绳的损坏，影响测量的性能和工作效率以及增大成本的投入，为此研究开发一种更为简单、测量精度更高和不易受干扰的便携式合拢管测量方法及装置是管道制造企业和安装企业乐于期待的。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于激光测距技术的合拢管现场测量装置及测量方法，通过激光测距和各种角度传感器测量两个法兰的相对位置，测量精度高。

技术方案：为实现上述目的，本发明的基于激光测距技术的合拢管现场测量装置，包括机箱、激光发射器和红外激光瞄准器，所述机箱的上方安装有旋转基座，所述旋转基座绕圆盘旋转轴转动，所述圆盘旋转轴与旋转驱动电机连接，在旋转基座上安装有支架，在支架上安装有可以转动的角度转动轴，角度转动轴与翻转驱动电机连接，角度转动轴上固定连接有激光发射器，激光发射器上的发射口安装有反射薄膜片，在激光发射器的顶部设有红外激光瞄准器；所圆盘旋转轴上安装有旋转传感器，在激光发射器上安装有光学位移传感器，角度转动轴上安装有角度传感器。

作为优选，所述角度转动轴的转动范围为－45°～90°，圆盘旋转轴转动范围为360°。

作为优选，所述机箱底部设有具有磁性的支撑脚架。

作为优选，所述激光发射器为YAG激光光源，反射薄膜片为氯乙烯聚合膜。