一种用于合拢管的球形雷达测量坐标机及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种用于合拢管的球形雷达测量坐标机及测量方法，该坐标机包括第一法兰、第二法兰、雷达传感器和主板处理器，所述第一法兰和第二法兰的密封面、内边缘、外边缘和螺栓孔中各至少3处安装有信号感应片，雷达传感器安装在机箱的顶部，主板处理器位于机箱内，主板处理器通过数据线与工业PDA机连接，机箱底部设有调平装置，雷达传感器通过发射脉冲载波到信号感应片，信号感应片将信号反射到雷达传感器中，计算信号感应片的位置。本发明专利技术可实现高效、精确、经久耐用和便以携带，通过雷达信号和各种传感器组成测量机测量合拢管的精确坐标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于合拢管的球形雷达测量坐标机及测量方法，属于材料成型自动化

技术介绍
船舶里面到处都铺满了管道，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I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是设备制造企业设备使用企业乐于期待的。
技术实现思路
专利技术目的:为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供，可实现高效、精确、经久耐用和便以携带，通过雷达信号和各种传感器组成测量机测量合拢管的精确坐标。技术方案:为解决上述技术问题，本专利技术的一种用于合拢管的球形雷达测量坐标机，包括第一法兰、第二法兰、雷达传感器和主板处理器，所述第一法兰和第二法兰的密封面、内边缘、外边缘和螺栓孔中各至少3处安装有信号感应片，雷达传感器安装在机箱的顶部，主板处理器位于机箱内，主板处理器通过数据线与工业PDA机连接，机箱底部设有调平装置，雷达传感器通过发射脉冲载波到信号感应片，信号感应片将信号反射到雷达传感器中，计算信号感应片的位置。作为优选，所述调平装置包含水平和垂直尺和支撑脚架调节旋钮，所述水平和垂直尺位于机箱的侧面，所述机箱底部设有支撑脚架，支撑脚架调节旋钮安装在支撑脚架上。作为优选，所述雷达传感器为整体结构，包括发射机、发射天线、接收机、接受天线和抗干扰系统设备，利用频率40?60GHz的脉冲载波测量合拢管坐标位置。—种上述的用于合拢管的球形雷达测量坐标机的测量方法，其测量的利用多普勒雷达的工作原理和笛卡尔坐标系原理，利用三维坐标，分别由原点、方向角、仰角、距离构成，P(x，y，z)为空间内一点，则P点利用r，Φ，Θ依次来确定，其中r为原点O与点P见的距离，Φ为从正z轴来看自X轴按逆时针方向转到有向线段的角，Θ为有向线段于z轴正向所夹的角，以雷达信号发射点为O点，以设备的垂直向上竖直位置中心轴为z轴正方向，以电源总开关方向为X轴正方向，根据右手法则，则得到I轴的方向，包括以下步骤:(I)将机箱安装于现场适当的平整位置上，微调支撑脚架调节旋钮，以水平和垂直尺为准，保持机箱水平和垂直；(2)通过数据线将机箱和工业PDA机连接；(3)将信号感应片分别贴于第一法兰和第二法兰的密封面、内边缘、外边缘和螺栓孔各至少3处；(4)开启电源总开关和PDA机，调节确定零点坐标；(5)通过PDA机控制雷达传感器的运行工作，自动搜集待测合拢管第一法兰和第二法兰的空间位置关系数据，并自动处理测量数据，计算相对空间位置；(6)测量结束后将PDA机的测量数据导入PC电脑，通过数据处理软件将测量数据处理成合拢管加工图纸，该图纸以PDF格式输出，直接打印或保存。有益效果:与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:(I)测量范围大，本专利技术的球形雷达测量坐标机的测量范围只于在信号感应片于雷达传感器的接受信号强度有关，选用的脉冲载波的传播频率可以扩大测量范围；(2)测量精度高，利用脉冲载波抗干扰能力强和精度高，计算点的坐标法只是简单的三角变换，没有将误差扩大；(3)测量效率极高，在待测法兰上贴用感应芯片，通过信号发射与接受快速测量信号空间位置，并直接通过数据处理软件快速绘制加工图纸；(4)采用PDA机作为测量控制器和数据处理终端便携方便，安全可靠；(5)设备加工制造简单，便于大规模生产于应用。【附图说明】图1为本专利技术的测量原理结构图。图2为本专利技术的数据处理软件原理结构图。【具体实施方式】如图1和图2所示，一种用于合拢管测量的球形雷达测量坐标机，由第一法兰1、信号感应片2、雷达传感器3、第二法兰4、主板处理器5、机箱6、USB接口 7、充电接头8、蓄电池9、数据线10、PDA机11、支撑脚架12、支撑脚当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于合拢管的球形雷达测量坐标机，其特征在于：包括第一法兰、第二法兰、雷达传感器和主板处理器，所述第一法兰和第二法兰的密封面、内边缘、外边缘和螺栓孔中各至少3处安装有信号感应片，雷达传感器安装在机箱的顶部，主板处理器位于机箱内，主板处理器通过数据线与工业PDA机连接，机箱底部设有调平装置，雷达传感器通过发射脉冲载波到信号感应片，信号感应片将信号反射到雷达传感器中，计算信号感应片的位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹家生，许祥平，严铿，杨骏，高飞，叶友利，施志强，黄晓龙，
申请(专利权)人：江苏阳明船舶装备制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32