[发明专利]一种用于大口径钢质弯管椭圆度的校正方法及专用电子尺

权利要求书

1.一种用于大口径钢质弯管椭圆度的校正方法，其特征在于：步骤一、大口径弯管椭圆度形变检测前的定位：将固定板与大口径弯管的端面水平贴紧，距离大口径钢质弯管内径一定距离（这个距离可以是任意高度）使传感器一与大口径钢质弯管的圆心垂直对准；此时固定板对应EG，传感器一底部与固定板连接处对应F点，传感器一的底部与大口径钢质弯管底部垂直对应点为A点，传感器二底部与固定板连接处对应H点，传感器三底部与固定板连接处对应K点；最后实现了固定板与大口径弯管端面建立几何关系；步骤二、大口径钢质弯管椭圆度形变的检测：检测前首先将大口径钢质弯管的直径、壁厚、材质、特性和工艺条件初始数据通过人机智能交互界面显示器输入到控制箱中单片机中，单片机控制启动传感器三发送脉冲信号，从传感器三所发出的脉冲信号在B点会分成两部分，一部分脉冲信号原路返回，另一部分脉冲信号反射（根据声光学反射原理）到C点，并依次反射到D点、H点，在K点测出d=Kb的值，由于AB=AK+KB，根据AK的计算公式即可计算出OB值，由语音播报器播报OB的值，同时与理想半径R值比较即可判断该方向大口径弯管的伸、缩形变情况；例如在H点单片机接受的信号，理想情况应该为AB+BC+CD+DH+HA=4AB；单片机根据接收的信号和前面检测的AB、AC值即可计算出DA（DA=DH+AH），从而计算出OD值，由语音播报器播报OD的值；传感器一在单片机的控制下启动向C点发射脉冲信号，传感器一发射的脉冲信号由单片机接收，并通过单片机计算出FC的值，语音播报器播报FC的值；由于AC=FC+AF，根据AF的计算公式可以得到AC的值；由于管道的周长值是个常数，因此不可能出现水平、垂直方向同时大于理想值的情况；如果水平（东西方向）、垂直方向（南北方向）同时小于理想值；说明长轴应该位于西北、或东南方向，根据AB和AD的值即可判断具体方位，其大口径钢质弯管椭圆度形变位置的判断过程为：

（1）理想状态：正圆、没有形变；AC经过圆心，其实际测量值AC=FC+AF=FC+=2R，，BC=CD=DA=AB；这也是最后校正的目标；

如果AC、AB于上述等式不成立，则说明发生了形变：

根据OB=,如果等式成立（OB、OA中大的为长轴a，小的为短轴b）,则说明形变是一个正椭圆（长轴呈水平或垂直状态），且AB等于AD、长轴形变量=a-R；

（3）如果等式不成立，且ABAD长轴处于东北方向，根据AB与AD的比值可以求出长轴大约倾斜的角度；反之，则长轴处于西北方向，根据AB与AD的比值可以求出长轴倾斜的角度；步骤三、大口径钢质弯管椭圆度形变检测数据的验证：单片机控制启动传感器二发送脉冲信号，从传感器二所发出的脉冲信号在D点会分成两部分，一部分脉冲信号原路返回，另一部分脉冲信号反射（根据声光学反射原理）到C点，并依次反射到B点、K点，在K点测出d=HD的值；然后重复上述步骤二中方法对大口径钢质弯管椭圆度形变所有计算数值的验证以及长轴或短轴形变位置的验证；步骤四、矫圆算法专家库算法模型的建立：（1）矫圆行程公式的拟合：本算法从弹塑性弯曲理论出发,以压力矫正过程中弯管载荷—椭圆度模型为基础，矫圆过程分为3个阶段：OA 段为弹性加载阶段，A为材料的最大弹性变形点；AB段为弹塑性变形阶段，加载到B点后开始卸载；BC段为弹性回弹阶段，卸载后管口弹性回弹到C点；根据虎克定律，弹性回弹阶段与弹性加载阶段的斜率相同，根据弯管载荷—椭圆度曲线图可知，如果管口的初始椭圆度X等于OC段长度，则管口被矫圆,对应的矫圆行程为Y；同时根据弯管载荷—椭圆度曲线拟合得到：公式一、公式二、公式三和公式四；

在弹性形变OA段，应力与形变之间呈一一对应的关系，而在塑性形变AB段，应力与形变之间不再是单值关系，同一个应力状态，所对应的形变不同；

上述公式中：Ft为材料最大弹性变形时的载荷；Fm为矫圆行程最大处的载荷；δA材料最大弹性变形量时的椭圆度；δB为矫圆行程最大处的椭圆度；X为管口初始椭圆度；Z为管口弹性回复量；Y为矫圆行程；k1为OA段斜率，也就是材料的弹性系数；k2为AB段拟合的斜率，是一个经验值；

将上述公式一、公式二、公式三和公式四联立拟合可以得到矫圆行程Y的计算公式：

从上式中可以看出要得到压力矫圆行程与管口初始椭圆度的关系，就必须先获得弹性变形阶段的弹性系数 k1和弹塑性变形阶段系数 k2的初始值，K1、k2是由材料的性质所决定的已知值；（2）矫圆行程的计算：将矫圆行程Y的计算公式所需的已知变量，代入到矫圆行程Y的计算公式中计算出矫圆行程Y；（3）矫圆行程最大处的载荷计算：矫圆行程计算所得到的数值代入到公式二中计算出矫圆行程最大处的载荷Fm值；矫圆算法专家库算法模型以单片机为载体集成，将已知相应的数值通过显示器的交互界面输入到单片机中，单片机自动计算出矫圆行程Y和矫圆行程最大处载荷Fm值，同时在单片机中储存；单片机向语音播报器发送语音播报控制信号，语音播报器播报矫圆作业所需矫圆行程Y和矫圆行程最大处载荷Fm参考值以及操作频次建议；步骤五、大口径钢质弯管椭圆度的矫圆：校圆设备将单片机获得的大口径钢质弯管椭圆度形变的位置数值、矫圆行程Y数值和矫圆行程最大处载荷Fm数值转变为控制信号，并向校圆设备发送控制信号，使校圆设备自动调整大口径弯管椭圆度形变的位置，校圆设备的液压机构输出矫圆行程Y等量的行程和矫圆行程最大处载荷Fm等量的载荷，实现对大口径弯管椭圆度形变（长轴和短轴）的矫圆。