一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法技术

本发明专利技术公开了一种空间复杂薄壁碳钢管线姿态测量方法，方法包括：采用机械手携带激光测量仪，沿着管线的平行线对薄壁碳钢工艺管线进行测量，将测量数据输入到计算机中进行数据提取，对提取数据采用椭圆拟合的方法进行拟合，根据最小二乘法对管道i各个椭圆拟合时的截面中心坐标进行空间直线拟合，得到管线i的理想轴线的方向向量，得到所有相邻管线的空间向量夹角α

【技术实现步骤摘要】
一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法


[0001]本专利技术主要涉及管线结构焊接领域，具体涉及一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法。

技术介绍

[0002]薄壁管线是管线焊接过程中非常重要的一部分，薄壁管线通常应用在空间管线部分的焊接，在空间薄壁管线的焊接过程中，薄壁管线的空间姿态以及弯头的角度测量是非常关键的问题，如果不能精准的测量出薄壁管线的空间姿态以及弯头的角度在焊接完成后就会造成焊接后的管线产生错位的现象，且极易产生焊接变形，这对薄壁管线的对接精度产生非常大的影响，无法保证管线对接过程中的精度。现阶段对于空间薄壁管线仍然需要采用人工测量的方式，在很大的程度上需要依靠工人的测量经验，这很容易造成空间薄壁管线对接过程中出现误差，进行需要重新切割重新焊接或者重新矫正，造成空间薄壁管线使用性能变差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法，通过对空间薄壁管线的对接模型的测量与求解，实现对空间薄壁管线的弯头的正确选用，实现了空间薄壁管线的精准对接，减少焊接变形，提高了焊接效率，保证了操作安全。
[0004]实现本专利技术的目的技术方案如下：
[0005]本专利技术的一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、将待检测的空间复杂薄壁碳钢工艺管线夹持在工作台上，将空间复杂薄壁碳钢工艺管线分段处理，标记为l1、l2…
l
n
，在工作台上建立基准空间直角坐标系o
‑
xyz，以工作台的垂直方向为y轴，水平向右为x轴，水平向前为z轴；
[0007]步骤二、在工作台上选择空间直角坐标系o
‑
xyz的固定点o1点为零点坐标固定机械手，用机械手携带激光测量仪，沿着管线的平行线对薄壁碳钢工艺管线进行测量；
[0008]步骤三、对薄壁碳钢工艺管线测量完成后，将测量得到的管线坐标值输出到计算机中，提取出第i个管线各个测量点的坐标(x
i1
,y
i1
,z
i1
)、(x
i2
,y
i2
,z
i2
)
…
(x
in
,y
in
,z
in
)；
[0009]步骤四、过(x
i1
,y
i1
,z
i1
)、(x
i2
,y
i2
,z
i2
)、(x
i3
,y
i3
,z
i3
)三个测量点做管线的切割平面x
’
o
’
y
’
，将提取出第i个管线各个测量点投影到x
’
o
’
y
’
平面上，得到测量点的平面坐标值，(x
i1
’
,y
i1
’
)、(x
i2
’
,y
i2
’
)
…
(x
in
’
,y
in
’
)，以椭圆为拟合约束条件，对步骤三得到的各个测量点的坐标值进行拟合；
[0010]步骤五、将步骤四管线i的平面坐标值(x
i1
’
,y
i1
’
)、(x
i2
’
,y
i2
’
)
…
(x
in
’
,y
in
’
)带入步骤四椭圆公式中，求解管线i的数据平方和Q；
[0011]步骤六、根据极值原则，对管线i的数据平方和Q的各参数{A、B、C、D、E、F}进行求导并令求导后的值等于零，得到各个参数的最优解，再根据椭圆的标准式求解得到管道i各个
椭圆拟合时的截面中心坐标；
[0012]步骤七、根据最小二乘法对管道i各个椭圆拟合时的截面中心坐标进行空间直线拟合，得到管线i的理想轴线的方向向量P
i
；
[0013]步骤八、分别做管线l
i+1
、l
i+2
的切割面x
’
o
’
z
’
、y
’
o
’
z
’
，重复步骤三至步骤七，得到所有管线的理想轴线的方向向量P1、P2…
P
n
；
[0014]步骤九、根据相邻管线的方向向量P
i
(a
i
，b
i
，c
i
),P
i+1
(a
i+1
，b
i+1
，c
i+1
)求得所有相邻管线的空间向量夹角α
i
；
[0015]步骤十、根据空间向量夹角α
i
的值确定弯头的角度，选用夹角α
i
的弯头，将选用的弯头的拐角处中心点放置在方向向量P
i
,P
i+1
与P
i
,P
i+1
的公垂向量m的中心点处或者方向向量P
i
,P
i+1
延伸线的交叉点处；
[0016]步骤十一、以弯头的拐角处中心点为中心，调整偏转角度θ
i
，当弯头两侧的中心线的延长线与管线P
i
,P
i+1
的中心线或者延长线相交时，停止调整偏转角度θ
i
，提取出管线中心线相交得到的整体中心线；
[0017]步骤十二、根据步骤十一得到的整体中心线，以设计管线的设计半径R0为约束条件获得管线的三维模型，以及弯头的三维模型；
[0018]步骤十三、以管线以及弯头的三维模型中心线的相交点为分割点，将三维模型分割，分别得到各个管线、弯头的长度以及斜切角度。
[0019]本专利技术的有益效果是：采用本方法能够对空间薄壁管线实现精准对接，选用正确的对接弯头，从而提高了焊接效率，并且能够保证空间薄壁管线的焊接质量，提升薄壁管线制造加工效率，减少焊接变形。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的一种空间复杂薄壁碳钢管线姿态测量方法流程示意图；
[0021]图2为本专利技术的一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法示意图；
[0022]图3为本专利技术切割平面x
’
o
’
y
’
示意图；
[0023]图4为本专利技术管线li的测量数据拟合示意图；
[0024]图5为本专利技术管线li+1的测量数据拟合示意图；
[0025]图6为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间复杂薄壁碳钢工艺管线姿态测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、将待检测的空间复杂薄壁碳钢工艺管线夹持在工作台上，将空间复杂薄壁碳钢工艺管线分段处理，标记为l1、l2…
l
n
，在工作台上建立基准空间直角坐标系o
‑
xyz，以工作台的垂直方向为y轴，水平向右为x轴，水平向前为z轴；步骤二、在工作台上选择空间直角坐标系o
‑
xyz的固定点o1点为零点坐标固定机械手，用机械手携带激光测量仪，沿着管线的平行线对薄壁碳钢工艺管线进行测量；步骤三、对薄壁碳钢工艺管线测量完成后，将测量得到的管线坐标值输出到计算机中，提取出第i个管线各个测量点的坐标(x
i1
,y
i1
,z
i1
)、(x
i2
,y
i2
,z
i2
)
…
(x
in
,y
in
,z
in
)；步骤四、过(x
i1
,y
i1
,z
i1
)、(x
i2
,y
i2
,z
i2
)、(x
i3
,y
i3
,z
i3
)三个测量点做管线的切割平面x
’
o
’
y
’
，将提取出第i个管线各个测量点投影到x
’
o
’
y
’
平面上，得到测量点的平面坐标值，(x
i1
’
,y
i1
’
)、(x
i2
’
,y
i2
’
)
…
(x
in
’
,y
in
’
)，以椭圆为拟合约束条件，对步骤三得到的各个测量点的坐标值进行拟合；步骤五、将步骤四管线i的平面坐标值(x
i1
’
,y
i1
’
)、(x
i2
’
,y
i2
’

【专利技术属性】
技术研发人员：韩兴凯，李延林，信朝曦，王真，
申请(专利权)人：中天智能装备天津有限公司，
类型：发明
国别省市：