一种管状结构内表面粗糙度测量计算方法与流程

本发明涉及管状内表面粗糙度测量问题，具体涉及一种管状结构内表面粗糙度测量计算方法。

背景技术：

众所周知，粗糙度值的确定是工程应用中必不可少的环节，特别是涉及管路运输的石油化工类行业，对于管路的内表面粗糙度的确定更是十分关注。对于尺寸较大、粗糙度仪可伸入的管状结构，可采用表面粗糙度仪直接测量的方式，但这一方式有很大的局限性，如结构弯曲处难以测量，特别是管状结构的尺寸比较小，无法伸入测量，或者当所要测量的结构尺寸比较长时，粗糙度仪亦无法很好地发挥作用。工程上对此的处理方式是采用已有数据，直接应用总粗糙度值理论，定性地分析，并不能准确测量某一截面位置处的粗糙度值，如何定量地确定某一位置的内表面粗糙度值，是值得研究的问题。

哈尔滨理工大学的谢勇刚等人提出了用于具有表面深谷信号的表面粗糙度测量的高斯滤波方法(申请号:201610907699.9)，通过引入回归理论和稳健估计理论，获得用于开放轮廓的开环高斯滤波模型；确定上述用于开放轮廓的开环高斯滤波模型所使用的稳健估计权函数；利用当前获得的用于开放轮廓的开环高斯滤波模型，对具有表面深谷信号的表面粗糙度测量数据进行高斯滤波。

中国工程物理研究院材料研究所帅茂兵等人提出了一种表征超精密切削表面晶界浮凸的新方法(申请号:201610859259.0)，利用带阻滤波能有效降低切削刀痕信号干扰、突出晶界浮凸信息，而分形维数概念中尺码法又能有效表示表面轮廓的曲折程度，本发明解决了当超精密切削无氧铜表面同时存在加工刀痕与晶界浮凸信息时，传统的粗糙度测量无法区分其差异的问题，能够有效识别晶界浮凸特点，定量地反映微观尺度下超精加工表面的形貌特征信息。

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所张春雷等人提出了一种光学元件粗糙度在线检测系统(申请号:201610957048.0)，其方案实现了对光学元件的在线粗糙度的检测工作，有效提高了加工效率。

虽然上述提出了多种粗糙度值测量方法，但很少有涉及到管状结构内表面粗糙度值的测量方法，仍然需要对于管状结构内表面粗糙度值测量方法进行探究。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过一种简单可行的测量方式，来测量并计算管状结构内表面粗糙度值，提供能用于解决工程问题的具体操作方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

1、一种管状结构内表面粗糙度测量计算方法，其特征在于，利用现有表面粗糙度测量技术和厚度测量技术，对管状结构内表面粗糙度进行测量，由测量结果求内表面粗糙度值，具体步骤如下：

(1)建立位置模型

A、沿s方向，用表面粗糙度仪测量距离长度为w的管状结构外表面粗糙度值，将所测得数值在计算机中绘制成平面坐标曲线，生成外表面的轮廓线a，设沿管状结构延长方向为X轴，垂直于X轴且由内表面指向外表面为Y轴方向。

B、由粗糙度定义，建立坐标系时，使X轴与已绘制的外表面粗糙度轮廓的算术平均中线重合,原点为中线与端面的交点。

C、与步骤A相同，沿s方向，用带有探头的表面粗糙度仪测量距离长度也为w的内表面，且测量位置与外表面测量位置对齐，同时将结果也绘制平面坐标中，得到这一段的内表面粗糙度轮廓曲线b，曲线的X轴方向与A步骤中所述一致，Y轴方向与A步骤中所述方向相反。

D、用厚度仪测量管状结构的厚度，沿s方向，测量距离长度为w，将测量的数值绘制在D步骤所绘制的坐标系内，得到厚度分布线c。

E、将两坐标系的轮廓图绘制在同一坐标系内，两轮廓图的起点相对位置由端面处管状结构的厚度确定，两轮廓线起点和末尾的端点相连可得到区域p。

F、将各个位置处对应的厚度值在外表面粗糙度轮廓线上出来，连接各个点，得到内表面粗糙度轮廓线b1，连接轮廓线a和b1两端点，得到区域q。

G、对比q与p的相对位置，计算两区域重合度t，当t不符合精度要求时，重新调整测量位置，重复C、D、E、F，直至符合精度要求为止；当精度符合要求时，则可判断最终F所得的位置模型是正确的，进入下一步骤：

(2)测量计算：

H、按F所确定的正确位置模型，对管状结构外表面粗糙度和结构的厚度同时测量，将所测粗糙度结果绘制在坐标系中，同时在轮廓线上各个点处，向下作线段，线段长度为所在点处的管状结构厚度值，最后将所有线段的端点连接起来，得出内表面轮廓线。

I、由H步骤所得内表面轮廓线，计算出内表面粗糙度。

J、一横截面上，可旋转不同角度，多次测量，取平均值，得出某一横截面处的粗糙度值。

2、步骤F所述精度要求具体为重合度t范围95％以上。

通过说明附图及简要说明，来详细阐述该发明方法的实施方式，将对该发明有更深的理解。

附图说明

图1是本发明用于测量计算管状结构内表面粗糙度值的实施步骤流程图；

图2是粗糙度仪测量外表面粗糙度示意图；

图3是绘制出的外表面粗糙度轮廓线；

图4是粗糙度仪测量内表面粗糙度示意图；

图5是绘制出的内表面粗糙度轮廓线；

图6是厚度仪测量厚度示意图；

图7是厚度分布线；

图8是外表面粗糙度轮廓线和内表面粗糙度轮廓线组成的区域；

图9是外表面粗糙度轮廓线和厚度线组成的区域。

图中标号：1.管状结构；2.粗糙度仪；3.计算机；4.带探头的粗糙度仪；5.厚度仪。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段、达成的目的和优点更加清楚表达，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考附图1，是本发明方法的操作流程图。首先建立位置模型，通过如附图2的测量方式测量外表面粗糙度，粗糙度仪2在管状结构1外表面上沿s所表示的方向，测量一小段w长度，将测得的数据在计算机3中绘制出来，得到如附图3所示的外表面粗糙度轮廓线a。其次，按附图4所示的测量方法测量管状结构1内表面粗糙度，带有探头的粗糙度仪4在管状结构1的内表面上沿s所示的方向，测量长度也为w的长度，同时将所得的数据在计算机3中绘制出来，得到如附图5所示的内表面粗糙度轮廓线。接着按如附图6所示的测量方式测量管状结构1的厚度，用厚度仪5沿着s方向，测量长度为w的管状结构1的厚度，并将测得的结果在计算机3中绘制出来，得到如附图7所示的厚度分布线c。需要说明的是，粗糙度仪2与厚度仪5测量的起点在同一点处，带探头的粗糙度仪4测量起点与粗糙度仪2的测量起点在同一半径线上。

将外表面粗糙度轮廓线a与内表面粗糙度轮廓线b绘制在同一坐标系中，得到区域p，将外表面粗糙度轮廓线a与厚度分布线c合并，得到区域q和计算内表面粗糙度轮廓线b1，计算p与q的重合度t，如果t＜95％，则需调整测量位置，重新进行精确定位，再次测量，如附图1流程图中所示；当t≥95％，认为所得的计算内表面粗糙度轮廓线b1可作为实际内表面粗糙度轮廓线b，直接由b1计算出内表面粗糙度值。若要提高测量结果的可信性，可将管状结构1旋转一定角度，取同一截面的其他位置，多次测量取平均值，最终确定某一截面处的内表面粗糙度值。

因此应该理解通过实施例方式引用了上述实施方式，并且本发明不限于具体显示和以上描述的内容。相反，本发明的范围包括上述各种特征的组合以及变形，以及熟悉本领域的技术人员在看到以上描述对本发明进行的修改和变形和现有技术中未公开的修改和变形。