一种海洋平台桩腿圆度测量工具的制作方法

本发明涉及一种测量工具，具体涉及一种海洋平台桩腿圆度测量工具，属于船舶与海洋工程制造业技术领域。

背景技术：

在很多制造行业和技术领域中，大型圆筒结构制成的产品被广泛应用，例如船舶与海洋工程、化工、航天、建筑等技术领域。特别是在机械工程、材料力学等多个研究领域中，均使用大型圆度仪对圆环、圆柱等大型回转体的圆筒结构工件的圆度进行测量。现有大型圆度仪一般主要由大承重高精度气浮主轴、精密调平调心工作台、花岗岩台面、电动花岗岩立柱、高精度电感侧头、精密旋转编码器、驱动控制电箱、高精度测量电箱、空气过滤干燥系统构成，并且结合基于Windows XP的专用测量分析软件的使用。该仪器对于圆度的测量数据精准、操作方便、智能化高，但其测量的最大有效直径为1000mm，无法测量直径大于1000mm的圆筒、测量对象较为局限。

在船舶制造业中，直径大于1000mm的圆筒结构较多，如桩腿。桩腿作为海洋平台只上的一个重要构件之一，其圆度直径可达3-5m、甚至更大。为确保生产出的桩腿达到安全规范要求，当船厂按照桩腿设计图纸上的规格生产出桩腿成品后，相关工作部门还需对该桩腿成品进行圆度检测工作。由于桩腿的直径较大，检测工作困难较大。现有技术中，暂未有专门的桩腿圆度测量工具，国内各大船厂一般是采用钢丝线来测量圆筒两端开口圆的直径，其虽然操作简单，但由于钢丝线具有一定延展性和弯曲度、若钢丝线未被拉直，或测量工作人员在读取数据时出现偏差等情况，得到的桩腿圆度数据就会出现较大的偏差，大大影响桩腿圆度测量的准确性。

技术实现要素：

针对上述的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作简便且测量精确的海洋平台桩腿圆度测量工具。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种海洋平台桩腿圆度测量工具，包括检测尺、第一连接机构、第二连接机构和用于确定待测圆筒的圆度圆心的左尺、右尺及竖尺，左尺、右尺和竖尺通过第一连接机构两两相互垂直连接，其中，左尺与右尺安装于同一水平上，竖尺的上端垂直安装于左、右尺所在直线的中心处，竖尺的下端通过底座固定于待测圆筒的壁体上；所述检测尺与第二连接机构的一端相铰接后安装于与竖尺相对的竖直方向上，所述第二连接机构的另一端与第一连接机构连接；

所述左尺、右尺和竖尺上标识的刻度尺长度均相同，所述检测尺的自由端安装有一微调刻度尺。

上述方案中，所述第一连接机构可以包括安装于同一直线上的E臂、F臂，与E臂和F臂相互垂直的G臂，以及呈T形结构的第一铰支机构，第一铰支机构的第一端与E臂连接、第二端与F臂连接、第三端与G臂连接；E臂、F臂和G臂上均标识有长度相同的刻度，并通过固定件分别与左尺、右尺和竖尺相连接。

上述方案中，所述第二连接机构可包括H臂和第二铰支机构，H臂上标识有与E臂、F臂和G臂长度相同的刻度，第二铰支机构的一端与第一铰支机构相轴接、其另一端与H臂的下端连接，H臂的上端通过固定件与检测尺连接。

上述方案中，所述左尺、右尺和竖尺均主要由端部刻度尺和中间刻度尺依次相连接构成，所述中间刻度尺的两端面板上均开设有螺栓孔，端部刻度尺的一端开设有螺栓孔、另一端作为自由端设有一微调刻度尺。

上述方案中，进一步地，所述微调刻度尺可包括刻度板和调节螺栓，所述调节螺栓与刻度板连接，所述刻度板安装于端部刻度尺上开设的滑槽内、并在调节螺栓的控制下进行滑动。

上述方案中，所述微调刻度尺的量程可以为±10mm。

上述方案中，所述检测尺可以由端部刻度尺和中间刻度尺依次相连接而成，所述中间刻度尺的两端面板上均开设有螺栓孔，在端部刻度尺的一端设有螺栓孔，所述螺栓孔与自由端上的微调刻度尺相对。

上述方案中，所述底座包括用于调整底座的水平平面度的调节件，所述底座为长方形盒体，在盒体的一侧外部壳体上设有用于固定竖尺的卡件，靠近卡件一端的长方形盒体的顶面水平安装有一底座刻度尺。

上述方案中，所述调节件为具体可以2个以上的微调螺栓，每个微调螺栓配合2个螺母使用，其中一个螺母安装于长方体盒体内部，另一个螺母作为活动螺母、通过调节该螺母来调整微调螺栓的高度。

上述海洋平台桩腿圆度测量工具，还包括用于检测竖尺安装垂直度的垂直检验尺，所述垂直检验尺包括细钢丝和铅坠，细钢丝的上端连接在第一连接机构上、其下端与铅坠连接，所述铅坠为倒置圆锥体。

本结构圆度测量工具的设计原理：是基于等腰直角三角形的斜边长度等于外接圆直径D，斜边的高为外接圆半径R，确定出外接圆圆心，半径R围绕圆心旋转，若该圆筒为标准的圆，则半径R在旋转过程与圆筒的内壁重合或两者之间的距离在误差范围内，反之不是圆。即通过设计相同长度的左、右尺同水平安装得到圆的直径D，再设计与左、右尺相同长度的竖尺，并且竖尺与左、右尺两两垂直，从而确定待检测圆筒的圆心；然后，通过设计的检测尺铰接于竖尺的顶端，旋转检测尺、并调节检测尺自由端上的微调刻度尺，通过检测尺和微调刻度尺构成的数值来判断待检测圆筒的圆度是否合格。

本发明的有益效果为：

本结构的海洋平台桩腿圆度测量工具主要由左、右尺、竖尺和检测尺构成，并配合第一连接机构、第二连接机构和底座的使用，能够对直径大于1000mm的圆筒进行圆度检测，即能够实现圆度直径为达3-5m、甚至更大的船舶桩腿进行圆度检测。该圆度检测工具结构简单、安装使用简便，且圆度检测快捷准确，实用性强，填补了现有海洋平台桩腿圆度测量工具的空白。当然，本圆度检测工具也可应用于其他领域的大型圆筒的圆度检测工作。

附图说明

图1为本海洋平台桩腿圆度测量工具测量时的一种安装结构示意图。

图2为图1中的横面A-A剖视结构示意图。

图3为所述端部刻度尺的一种结构示意图。

图4为所述微调刻度尺的一种结构示意图。

图5为所述中间刻度尺的结构示意图。

图6为所述根尺A的一种结构示意图。

图7为所述根尺B的一种结构示意图。

图8为所述底座的一种结构示意图。

图9为图8的侧视结构示意图。

图10为所述底座安装时的俯视结构示意图。

图11为所述第一铰支机构的结构示意图。

图12为所述第二铰支机构的结构示意图。

图13为第一铰支机构与第二铰支机构安装时的侧面结构示意图。

图中标号为：1、左尺，2、右尺，3、竖尺，4、底座，4-1、壳体，4-2、微调螺栓，4-3、底座刻度尺，5、检测尺，6、垂直检验尺，7、第一铰支机构，8、端部刻度尺，9、微调刻度尺，9-1、调节螺栓，9-2、刻度板，10、螺栓孔，11、中间刻度尺，12、E臂，13、F臂，14、G臂，15、轴孔，16、H臂，17、第二铰支机构，18、轴承，19、圆轴，20、第一连接机构，21、第二连接机构，22、桩腿圆筒壁，23、水平尺。

具体实施方式

如图2所示，一种海洋平台桩腿圆度测量工具，包括检测尺5、第一连接机构20、第二连接机构21和用于确定待测圆筒的圆度圆心的左尺1、右尺2及竖尺3，左尺1、右尺2和竖尺3通过第一连接机构20两两相互垂直连接。其中，左尺1与右尺2安装于同一水平上，竖尺3的上端垂直安装于左、右尺(1、2)所在直线的中心处，竖尺3的下端通过底座4固定于待测圆筒的壁体上。所述检测尺5与第二连接机构21的一端相铰接后安装于与竖尺3相对的竖直方向上，所述第二连接机构21的另一端与第一连接机构20连接。

如图6所示，第一连接机构20包括安装于同一直线上的E臂12、F臂13，与E臂12和F臂相13互垂直的G臂14，以及呈T形结构的第一铰支机构7。第一铰支机构7的第一端与E臂12连接、第二端与F臂13连接、第三端与G臂14连接，E臂12、F臂13和G臂14上均标识有长度相同的刻度，并通过固定件分别与左尺1、右尺2和竖尺3相连接。本实施例中，E臂12、F臂13和G臂14上的刻度量程均为200mm，当然也可以根据待检测圆筒的半径R的大小来选择其他量程。在E臂12、F臂13和G臂14的端部上均开设有螺栓孔10，E臂12与左尺1、F臂13与右尺2、G臂14与竖尺3的连接均通过螺栓孔10与之配合使用的螺丝、螺母进行安装。所采用的螺丝、螺母即为所述固定件。

如图7所示，所述第二连接机构21包括H臂16和第二铰支机构17，H臂16上标识有与E臂12、F臂13和G臂14长度相同的刻度，即本实施例中H臂16上的刻度量程为200mm，当然也可以根据待检测圆筒的半径R的大小来选择其他量程。第二铰支机构17的一端与第一铰支机构7相轴接、其另一端与H臂16的下端连接，H臂16的上端通过固定件与检测尺5连接。

如图11所示，第一铰支机构7为T形结构的连接工件，各端的中空圆筒内均设有轴承18。如图12所示，第二铰支机构17为一根中空圆杆，其内部设有轴承18。如图13所示，第一铰支机构7和第二铰支机构17上均开设有一轴孔15，第一、第二铰支机构(7、17)通过圆轴19和设置的轴承18进行轴接。所述圆度检测工具，还包括用于检测竖尺3安装垂直度的垂直检验尺6，所述垂直检验尺6包括细钢丝和铅坠，细钢丝的上端连接在第一连接机构20上、其下端与铅坠连接，所述铅坠为倒置圆锥体。

根据圆的特性，所述左尺1、右尺2和竖尺3上标识的刻度尺长度均相同。本实施例中，所述左尺1、右尺2和竖尺3均主要由端部刻度尺和中间刻度尺依次相连接构成。如图3所示，端部刻度尺8的一端开设有螺栓孔10、另一端作为自由端设有一微调刻度尺9。本实施例中，所述端部刻度尺8的量程为为300mm，当然也可以根据待检测圆筒的半径R的大小来选择其他量程。如图5所示，所述中间刻度尺11的两端面板上均开设有螺栓孔10，令中间刻度尺11的量程为L，L的长度可根据待检测桩腿圆筒的半径R的大小来进行选择，L＝R-200mm-300mm＝L-500mm，例如当待检测桩腿圆筒的半径为3m时，则中间刻度尺11的量程L＝3m-500mm＝2500mm。当然，在端部刻度尺8以及E臂12、F臂13、G臂14、H臂16的刻度改变时，中间刻度尺11的量程L也相应改变。

如图4所示，所述微调刻度尺9包括刻度板9-2和调节螺栓9-1，所述调节螺栓9-1与刻度板9-2连接，所述刻度板9-2安装于端部刻度尺8上开设的滑槽内、并在调节螺栓9-1的控制下进行滑动。本实施例中，所述微调刻度尺9的量程具体为-10mm-10mm。其中，竖尺3上的微调刻度尺9在安装使用时，可无需设置，因为竖尺3的长度+G臂14的长度＝待测桩腿圆筒的半径R，并作为标准参照值固定在底座4上。而左、右尺(1、2)上设置微调刻度尺9的目的在于：当左尺1、右尺2、竖尺3的长度均相同的情况下，则左尺1+E臂12＝右尺2+F臂13在理论上均等于待测桩腿圆筒的半径R，然而实际船厂造出的圆筒结构的桩腿圆度半径R偏大或偏小，需通过微调刻度尺9来进行调节。

所述检测尺5由端部刻度尺8和中间刻度尺11依次相连接而成，并在检测尺5的自由端安装有一微调刻度尺9。所述中间刻度尺11的两端面板上均开设有螺栓孔10，在端部刻度尺8的一端设有螺栓孔10，所述螺栓孔10与自由端上的微调刻度尺9相对。本实施例中，所述检测尺5上的端部刻度尺8和中间刻度尺11的长度分别与左、右尺(1、2)和竖尺3上的中间刻度尺11的长度相同。

如图8、图9所示，所述底座4包括用于调整底座4的水平平面度的调节件，所述底座4为长方形盒体，在盒体的一侧外部壳体上设有用于固定竖尺的卡件，靠近卡件一端的长方形盒体的顶面水平安装有一底座刻度尺4-3。本实施例中，底座刻度尺4-3的量程为0-110mm。进一步地，所述调节件为2个以上的微调螺栓4-2，每个微调螺栓4-2配合2个螺母使用，其中一个螺母安装于长方体盒体内部，另一个螺母作为活动螺母、通过调节该螺母来调整微调螺栓4-2的高度。本实施例中，所述微调螺栓4-2为6个，分为两排对称安装于长方形盒体上。

如图1所示，本发明的使用方法如下：

1)固定底座4：并借助两个水平尺23来调整底座的平面度，其中一个水平尺23水平安装于长方形盒体顶面的长度方向、另一个水平尺23水平安装于长方形盒体顶面的宽度方向，如图10所示；先通过调整6个微调螺栓4-2，使长度和宽度上的水平尺23液泡在刻度0位置上；然后将竖尺3上的端部刻度尺8安装于底座4的侧部上；

2)组装左尺1、右尺2、竖尺3：通过螺栓将第一连接机构20上的E臂12依次与中间刻度尺11、端部刻度尺8连接起来，同样地，通过螺栓将F臂13依次与中间刻度尺11、端部刻度尺8连接起来，完成左、右尺(1、2)的组装；通过螺栓将第一连接机构20上的G臂14与中间刻度尺11相连接后、再与底座4上的端部刻度尺8进行连接，完成竖尺3的组装；由于组装好的左、右尺(1、2)和竖尺3的长度均等于待测圆筒的半径R，则通过以上结构能够确定桩腿圆筒的圆心位置；

3)组装检测尺5：通过螺栓将第二连接机构21的H臂16与中间刻度尺11、端部刻度尺8依次连接起来，完成检测尺5的组装；

4)将第一连接机构20内部嵌套的轴承18与第二连接机构21内部嵌套的轴承18通过圆轴19连接起来，且第一连接机构20与第二连接机构21的接触面最大间隙为1mm；

5)安装垂直检验尺5：细钢丝上端连接在第一连接机构20上，其下端连接铅坠，铅坠为倒置圆锥体；

6)进一步确定底座4的平面度后，接着检验垂直检验尺6的读数，使铅坠圆锥体尖端对准底座刻度尺上的100mm刻度，以确保竖尺3与底座4垂直；

7)调整左尺1、右尺2、竖尺3端部刻度尺8上的微调刻度尺9，使各微调刻度尺9的指针数为10mm，从而确定待测圆筒的圆心位置，若不满足要求继续进行调整底座4位置，直至满足左尺1，右尺2，竖尺3的长度均等于待测量圆筒圆的半径R为止；

8)调整竖尺3端部刻度尺8上的微调刻度尺9，使指针数为10mm，以确保检测尺5长度为待测圆筒的半径R；然后旋转检测尺5，通过检测尺5上的微调刻度尺9的指针偏移量来读取数据。例如指针数为8mm，偏移量为：△＝10mm-8mm＝2mm，表示该圆实际半径比理论半径小2mm；反之为大2mm；但只要得到的偏移量在生产的误差范围，均视为桩腿的圆度合格，反之为不合格产品。

上述步骤7)中，无论怎样通过调节左、右尺(1、2)上的微调刻度尺9均不能满足：左尺1刻度+E臂12长度+微调刻度9尺刻度＝半径R或右尺2刻度+F臂13长度+微调刻度尺9刻度＝半径R这一条件时，则表明该桩腿的圆度已不符合要求，那么无需再进行步骤8)的操作，即可直接得到检测结果。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。