一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置及方法

1.本发明属于构件测量技术领域，涉及一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置，特别是一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量方法。


背景技术：

2.钢管等圆柱形轴向受力构件，因其具有轻质高强以及施工便捷等优点在土木工程中得到了广泛的应用。但是，钢管在焊接和冷却的过程中由于焊接受热和冷却的不均匀，会产生一定的残余变形。薄壁空心钢管由于其管壁的面外刚度较小，容易产生较大的残余变形，形成一定的几何初始缺陷。初始缺陷的存在对空心钢管的力学性能有着相当大的影响，使得钢管提前产生局部屈曲。
3.现有的缺陷测量系统均采用直线位移传感器或其他类型的接触式传感器，且各类传感器的测量精度受温度变化影响很大，忽略了传感器所在轨道的自身形状不规则对所测的试件外观造成的误差，测量方式单一，测量方法算法效率低、不够精确。
4.经检索，如中国专利文献公开了无缝钢管表面圆柱度监测仪【申请号：cn202121009435.4；公开号：cn214793087u】。这种监测仪，包括底座和固定在底座上的支撑架，还包括夹持机构、检测机构，以及传动机构，通过夹持机构将无缝钢管固定在支撑架上，然后在升降组件作用下，调整接触组件的位置，从而使得接触组件与无缝钢管表面接触贴合，启动电机，从而带动无缝钢管进行转动，从而使得接触组件对无缝钢管表面圆柱度进行检测，虽然该监测仪相对于人工检测效率更高，且避免由于人工手持检测装置不稳定所导致的检测结果不准，但是，不能实现对轴向构件外观形状进行快速、准确测量，从而为高质量的结构屈曲试验奠定基础。
5.基于此，我们提出一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置可实现圆柱形轴向受力构件放置竖直；可实现稳定调节探针检测机构和激光测量机构的高度，满足两次检测圆柱形轴向受力构件的表面外轮廓线进行对比；实现对圆柱形轴向受力构件的外观形状进出快速、准确测量。本发明测量方法对轨道的自身形状不规则对所测的试件外观不会造成误差，利用了迭代算法，从而可实现对圆柱形轴向受力构件的外观和轨道的精确测量。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置及方法，该发明要解决的技术问题是：如何实现对轨道的自身形状不规则对所测的试件外观不会造成误差，利用了迭代算法，从而可实现对圆柱形轴向受力构件的外观和轨道的精确测量。
7.本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
8.一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置，包括升降基座组件，所述升降基座组件的上方设有转动机构，升降基座组件的上方设有若干升降调节机构，转动机构位于若干升降调节机构的中部，若干升降调节机构的上端设有固定环，其中相对的两个升降
调节机构上设有激光测量机构，另外相对的两个升降调节机构上分别设有纵向抵触检测仪和探针检测机构，升降基座组件上设有操控主机组件，操控主机组件与升降基座组件、激光测量机构、纵向抵触检测仪和探针检测机构电性连接。
9.本发明的工作原理：将待检测的圆柱形轴向受力构件，从固定环放入，放置在转动机构上方，并固定圆柱形轴向受力构件(中空杆和实心杆均可)，根据待检测的圆柱形轴向受力构件的尺寸，调节升降调节机构的位置，从而调节纵向抵触检测仪和探针检测机构以及两个激光测量机构的高度，将纵向抵触检测仪和探针检测机构调整抵触在圆柱形轴向受力构件的外表面，两个激光测量机构的高度一致且正对；
10.升降基座组件带动转动机构进行升降，从而带动待检测的圆柱形轴向受力构件升降，转动机构带动圆柱形轴向受力构件转动，纵向抵触检测仪检查待检测的圆柱形轴向受力构件的垂直度，可手动调整圆柱形轴向受力构件的位置，保证圆柱形轴向受力构件放置竖直；
11.假设圆柱形轴向受力构件的轨道为圆，初步确定圆直径；
12.根据该圆直径，通过探针检测机构和两个激光测量机构配合检测，获得一个不准确的被测圆柱形轴向受力构件的外轮廓线；
13.求出形心；
14.利用形心及已知的标准试件轮廓，通过操控主机组件进行反推，反推轨道曲线，获得极坐标表示的轨道曲线函数(函数1)。
15.利用获得的轨道曲线函数(函数1)，通过探针检测机构和两个激光测量机构配合检测，测试获得新被测物体的外轮廓线；
16.求出形心；
17.利用形心及已知的标准试件轮廓，通过操控主机组件进行反推，反推轨道曲线，获得极坐标表示的轨道曲线函数(函数2)；
18.反复重复上述步骤，直至两次获得的轨道函数曲线接近，小于1e-4，最终给出被测圆的准确外形及准确轨道。
19.所述升降基座组件包括基座主体和升降板，基座主体上设有若干直线轴承和螺座，升降板的下侧固定有若干滑杆和螺杆，滑杆滑动设置在对应位置的直线轴承内部，螺杆与螺座传动连接，基座主体上固定有升降电机，升降电机的输出轴与螺座之间设有皮带轮副。
20.采用以上结构，升降电机的输出轴通过皮带轮副带动螺座转动，螺杆与螺座传动连接，从而带动螺杆升降，从而带动升降板的升降，升降板升降时，带动滑杆在对应位置的直线轴承内部滑动，保证升降板平稳地进行升降。
21.所述转动机构包括转动支架，转动支架固定在升降板的上侧，转动支架的内侧设有转动电机，转动电机的输出轴上固定有转盘，转动支架的上侧设有检测传感器和若干支撑转珠，转盘抵触在支撑转珠上方，检测传感器正对于转盘，转盘上端固定有电动卡盘，电动卡盘上设有若干圆周均布的台阶卡座。
22.采用以上结构，将待检测的圆柱形轴向受力构件放置在台阶卡座上，台阶卡座根据待检测的圆柱形轴向受力构件的尺寸，通过电动卡盘带动台阶卡座移动，将待检测的圆柱形轴向受力构件夹持住，转动电机的输出轴带动转盘抵触在若干支撑转珠上进行平稳地
转动，从而带电动卡盘转动，进而带动待检测的圆柱形轴向受力构件转动，检测转动角度(即检测距离)。
23.所述升降调节机构包括竖杆，竖杆上设有齿条，竖杆上滑动设有竖杆滑座，竖杆滑座上转动设有转动主轴，转动主轴上固定有齿轮，齿轮与齿条啮合，转动主轴的端部设有手轮，竖杆滑座上螺接设有紧定螺栓，紧定螺栓抵触在竖杆上，竖杆滑座上转动设有竖杆角度转轴，角度转轴上固定有安装板。
24.采用以上结构，转动手轮，手轮带动转动主轴转动，从而带动齿轮转动，齿轮与齿条啮合，带动竖杆滑座在竖杆滑动，调节完成后，拧动紧定螺栓，紧定螺栓抵触在竖杆上，锁定竖杆滑座的高度，然后通过角度转轴转动安装板的角度，继而调节激光测量机构、纵向抵触检测仪和探针检测机构的高度和角度。
25.所述探针检测机构包括固定板，固定板固定在对应位置的安装板，固定板上固定有横杆，横杆上滑动设有横杆滑座，横杆滑座上设有锁定螺杆，锁定螺杆抵触在横杆上，横杆滑座上设有锁定转轮，锁定转轮的端部设有夹持杆，夹持杆上设有抵触探针。
26.采用以上结构，根据待检测的圆柱形轴向受力构件的位置尺寸，调节横杆滑座在横杆上的位置，再调节夹持杆的转轴角度，再调节抵触探针在夹持杆上移动的位置和张合角度，使得抵触探针的端部抵触在待检测的圆柱形轴向受力构件外表面。
27.所述激光测量机构包括安装轴，安装轴固定在在对应位置的安装板，安装轴上固定有固定卡座，固定卡座上转动设有转动卡盒，转动卡盒上固定有激光探测仪。
28.采用以上结构，根据待检测的圆柱形轴向受力构件的位置尺寸，转动调节转动卡盒在固定卡座的转动角度，从而调节激光探测仪的角度，进行激光检测。
29.所述操控主机组件包括固定连接座，固定连接座固定在基座主体上，固定连接座上设有角度调节杆，角度调节杆上设有放置板，放置板上设有主机、鼠标和键盘。
30.采用以上结构，根据使用者的身材，调节角度调节杆的位置，从而调节放置板的位置，便于使用者通过鼠标和键盘操作。
31.与现有技术相比，本圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置具有以下优点：
32.通过升降基座组件、转动机构与纵向抵触检测仪配合，检测的圆柱形轴向受力构件的垂直度，可手动调整圆柱形轴向受力构件的位置，实现圆柱形轴向受力构件放置竖直；
33.通过升降调节机构与探针检测机构及激光测量机构配合，实现稳定调节探针检测机构和激光测量机构的高度，且位置稳定不会晃动，满足两次检测圆柱形轴向受力构件的表面外轮廓线；
34.通过操控主机组件与探针检测机构及激光测量机构配合，实现轨道曲线函数的精准对比，最终给出被测圆的准确外形及准确轨道，实现对圆柱形轴向受力构件的外观形状进出快速、准确测量。
35.本圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量方法，通过探针检测机构及激光测量机构配合，对轨道的自身形状不规则对所测的试件外观不会造成误差，利用了迭代算法，从而可实现对圆柱形轴向受力构件的外观和轨道的精确测量。
附图说明
36.图1是本发明的立体结构示意图。
37.图2是本发明中升降基座组件的立体结构示意图。
38.图3是本发明中转动机构的立体结构示意图。
39.图4是本发明中升降调节机构的立体结构示意图。
40.图5是本发明中探针检测机构的立体结构示意图。
41.图6是本发明中激光测量机构的立体结构示意图。
42.图7是本发明中操控主机组件的立体结构示意图。
43.图8是本发明的方法流程框图。
44.图中，1、升降基座组件；2、转动机构；3、升降调节机构；4、激光测量机构；5、纵向抵触检测仪；6、固定环；7、探针检测机构；8、操控主机组件；9、基座主体；10、滑杆；11、螺杆；12、直线轴承；13、升降板；14、皮带轮副；15、升降电机；16、转动电机；17、转动支架；18、支撑转珠；19、检测传感器；20、台阶卡座；21、电动卡盘；22、转盘；23、竖杆；24、齿条；25、竖杆滑座；26、手轮；27、安装板；28、角度转轴；29、齿轮；30、固定板；31、横杆；32、横杆滑座；33、锁定螺杆；34、锁定转轮；35、夹持杆；36、抵触探针；37、安装轴；38、固定卡座；39、转动卡盒；40、激光探测仪；41、固定连接座；42、角度调节杆；43、主机；44、放置板；45、鼠标；46、键盘。
具体实施方式
45.以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
46.如图1-图7所示，本圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量装置，包括升降基座组件1，升降基座组件1的上方设有转动机构2，升降基座组件1的上方设有若干升降调节机构3，转动机构2位于若干升降调节机构3的中部，若干升降调节机构3的上端设有固定环6，其中相对的两个升降调节机构3上设有激光测量机构4，另外相对的两个升降调节机构3上分别设有纵向抵触检测仪5和探针检测机构7，升降基座组件1上设有操控主机组件8，操控主机组件8与升降基座组件1、激光测量机构4、纵向抵触检测仪5和探针检测机构7电性连接。
47.本发明的工作原理：将待检测的圆柱形轴向受力构件，从固定环6放入，放置在转动机构2上方，并固定圆柱形轴向受力构件(中空杆和实心杆均可)，根据待检测的圆柱形轴向受力构件的尺寸，调节升降调节机构3的位置，从而调节纵向抵触检测仪5和探针检测机构7以及两个激光测量机构4的高度，将纵向抵触检测仪5和探针检测机构7调整抵触在圆柱形轴向受力构件的外表面，两个激光测量机构4的高度一致且正对；
48.升降基座组件1带动转动机构2进行升降，从而带动待检测的圆柱形轴向受力构件升降，转动机构2带动圆柱形轴向受力构件转动，纵向抵触检测仪5检查待检测的圆柱形轴向受力构件的垂直度，可手动调整圆柱形轴向受力构件的位置，保证圆柱形轴向受力构件放置竖直；
49.假设圆柱形轴向受力构件的轨道为圆，初步确定圆直径；
50.根据该圆直径，通过探针检测机构7和两个激光测量机构4配合检测，获得一个不准确的被测圆柱形轴向受力构件的外轮廓线；
51.求出形心；
52.利用形心及已知的标准试件轮廓，通过操控主机组件8进行反推，反推轨道曲线，获得极坐标表示的轨道曲线函数(函数1)。
53.利用获得的轨道曲线函数(函数1)，通过探针检测机构7和两个激光测量机构4配合检测，测试获得新被测物体的外轮廓线；
54.求出形心；
55.利用形心及已知的标准试件轮廓，通过操控主机组件8进行反推，反推轨道曲线，获得极坐标表示的轨道曲线函数(函数2)；
56.反复重复上述步骤，直至两次获得的轨道函数曲线接近，小于1e-4，最终给出被测圆的准确外形及准确轨道。
57.升降基座组件1包括基座主体9和升降板13，基座主体9上设有若干直线轴承12和螺座，升降板13的下侧固定有若干滑杆10和螺杆11，滑杆10滑动设置在对应位置的直线轴承12内部，螺杆11与螺座传动连接，基座主体9上固定有升降电机15，升降电机15的输出轴与螺座之间设有皮带轮副14；升降电机15的输出轴通过皮带轮副14带动螺座转动，螺杆11与螺座传动连接，从而带动螺杆11升降，从而带动升降板13的升降，升降板13升降时，带动滑杆10在对应位置的直线轴承12内部滑动，保证升降板13平稳地进行升降。
58.转动机构2包括转动支架17，转动支架17固定在升降板13的上侧，转动支架17的内侧设有转动电机16，转动电机16的输出轴上固定有转盘22，转动支架17的上侧设有检测传感器19和若干支撑转珠18，转盘22抵触在支撑转珠18上方，检测传感器19正对于转盘22，转盘22上端固定有电动卡盘21，电动卡盘21上设有若干圆周均布的台阶卡座20；将待检测的圆柱形轴向受力构件放置在台阶卡座20上，台阶卡座20根据待检测的圆柱形轴向受力构件的尺寸，通过电动卡盘21带动台阶卡座20移动，将待检测的圆柱形轴向受力构件夹持住，转动电机16的输出轴带动转盘22抵触在若干支撑转珠18上进行平稳地转动，从而带电动卡盘21转动，进而带动待检测的圆柱形轴向受力构件转动，检测传感器19检测转动角度(即检测距离)。
59.升降调节机构包括竖杆23，竖杆23上设有齿条24，竖杆23上滑动设有竖杆滑座25，竖杆滑座25上转动设有转动主轴，转动主轴上固定有齿轮29，齿轮29与齿条24啮合，转动主轴的端部设有手轮26，竖杆滑座25上螺接设有紧定螺栓，紧定螺栓抵触在竖杆23上，竖杆滑座25上转动设有竖杆23角度转轴28，角度转轴28上固定有安装板27；转动手轮26，手轮26带动转动主轴转动，从而带动齿轮29转动，齿轮29与齿条24啮合，带动竖杆滑座25在竖杆23滑动，调节完成后，拧动紧定螺栓，紧定螺栓抵触在竖杆23上，锁定竖杆滑座25的高度，然后通过角度转轴28转动安装板27的角度，继而调节激光测量机构4、纵向抵触检测仪5和探针检测机构7的高度和角度。
60.探针检测机构7包括固定板30，固定板30固定在对应位置的安装板27，固定板30上固定有横杆31，横杆31上滑动设有横杆滑座32，横杆滑座32上设有锁定螺杆33，锁定螺杆33抵触在横杆31上，横杆滑座32上设有锁定转轮34，锁定转轮34的端部设有夹持杆35，夹持杆35上设有抵触探针36；根据待检测的圆柱形轴向受力构件的位置尺寸，调节横杆滑座32在横杆31上的位置，再调节夹持杆35的转轴角度，再调节抵触探针36在夹持杆35上移动的位置和张合角度，使得抵触探针36的端部抵触在待检测的圆柱形轴向受力构件外表面，待检测的圆柱形轴向受力构件转动时，抵触探针36检测其外轮廓线。
61.激光测量机构4包括安装轴37，安装轴37固定在在对应位置的安装板27，安装轴37上固定有固定卡座38，固定卡座38上转动设有转动卡盒39，转动卡盒39上固定有激光探测
仪40；根据待检测的圆柱形轴向受力构件的位置尺寸，转动调节转动卡盒39在固定卡座38的转动角度，从而调节激光探测仪40的角度，进行激光检测，检测圆柱形轴向受力构件的外轮廓线。
62.操控主机组件8包括固定连接座41，固定连接座41固定在基座主体9上，固定连接座41上设有角度调节杆42，角度调节杆42上设有放置板44，放置板44上设有主机43、鼠标45和键盘46；根据使用者的身材，调节角度调节杆42的位置，从而调节放置板44的位置，便于使用者通过鼠标45和键盘46操作。
63.如图8所示，一种圆柱形轴向受力构件表面形状迭代测量方法，具体步骤如下：
64.第一步，放置圆柱形轴向受力构件，通过升降基座组件1和转动机构2配合，从而带动圆柱形轴向受力构件进行升降转动，纵向抵触检测仪5检查待检测的圆柱形轴向受力构件的垂直度，可手动调整圆柱形轴向受力构件的位置，保证圆柱形轴向受力构件竖直放置；
65.第二步，假设圆柱形轴向受力构件的轨道为圆，初步确定圆直径；
66.第三步，根据该圆直径，通过探针检测机构7和两个激光测量机构4配合检测，进行对比检测，获得一个不准确的被测物体外轮廓线；
67.第四步，求出形心；
68.第五步，利用形心及已知的标准试件轮廓，通过操控主机组件8进行反推，反推轨道曲线，获得极坐标表示的轨道曲线函数(函数1)；
69.第六步，利用获得的轨道曲线函数(函数1)，测试获得新被测物体的外轮廓线；
70.第七步，求出形心；
71.第八步，利用形心及已知的标准试件轮廓，通过操控主机组件8进行反推，反推轨道曲线，获得极坐标表示的轨道曲线函数(函数2)；
72.第九步，反复重复第一至第八步，直至两次获得的轨道函数曲线接近，小于1e-4，最终给出被测圆的准确外形及准确轨道。
73.综上，通过升降基座组件1、转动机构2与纵向抵触检测仪5配合，检测的圆柱形轴向受力构件的垂直度，可手动调整圆柱形轴向受力构件的位置，实现圆柱形轴向受力构件放置竖直；
74.通过升降调节机构3与探针检测机构7及激光测量机构4配合，实现稳定调节探针检测机构7和激光测量机构4的高度，且位置稳定不会晃动，满足两次检测圆柱形轴向受力构件的表面外轮廓线；
75.通过操控主机组件8与探针检测机构7及激光测量机构4配合，实现轨道曲线函数的精准对比，最终给出被测圆的准确外形及准确轨道，实现对圆柱形轴向受力构件的外观形状进出快速、准确测量。
76.本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。