一种压力容器封头圆度测量方法与装置

本发明涉及承压类容器检测的一种圆度测量方法与装置，特别是涉及一种压力容器封头呈旋转对称端面的圆度测量方法与装置。

背景技术：

1、封头是压力容器的常用主要受压元件之一，在容器制作过程中广泛使用。封头端面的圆度是封头参数检验中的一个重点。现行的gb/t25198-2010《压力容器封头》标准规范对封头的圆度提出了规定和要求，封头生产厂家必须对封头端面圆度进行检测。

2、通常在封头圆度检测时，常采用人工的方法，使用钢卷尺过端面圆心量取多个直径，记录直径差值并据此得到圆度。这种方法导致工作强度大，需要多人协助；由于圆心的判断，以及卷尺数据的读取都依靠人工的方法，因此这种方法精度较低，存在诸多弊端。

3、此外也有多种专利提出用于封头或类似呈旋转对称对象的圆度测量方法或装置。专利cn102706260通过对钢卷尺改进，采用卡块将钢卷尺和被测对象接触进行测量；专利cn113358054采用可伸缩支架根据被测物内径，将旋转中心定位至圆心，再进行圆度测量。专利cn202994105采用全站仪通过非接触方式对被测对象进行三维数据采集，并据此进行圆度数据的提取。这些专利或者采用非接触测量获取三维数据进行圆度检测，此时数据量大且复杂；或者通过接触式进行被测物圆度的检测，此时需要将检测装置定位至圆心再进行测量，所带来的问题是接触误差大，以及检测过程比较繁琐，使用不方便。

技术实现思路

1、针对现有压力容器封头圆度检测方法的不足，本发明提出了一种面向压力容器封头圆度的测量方法与装置，可用于对封头端面的圆度测量，解决了现有圆度检测方法所存在的检测过程繁琐、使用不便，解决了现有圆度检测装置需要定位以及定位所带来的误差等问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一、一种压力容器封头圆度测量方法，方法步骤如下：

4、1)利用距离扫描检测组件沿封头端面的圆周从初始位置旋转扫描一周，在角度旋转扫描一周的多处获取距离扫描检测组件至封头内壁表面对应检测点之间的距离，及其到初始位置对应的检测点之间的累计圆心夹角角度值；

5、2)选取距离扫描检测组件扫描的一个检测点作为基准点，从步骤1)获得的多处距离中选取换算到基准点之间的累计圆心夹角角度值分别为0°、90°、180°、270°时所获取的距离扫描检测组件至封头内壁表面对应检测点之间的四个距离值o'a,o'b,o'a',o'b'；

6、3)根据所述步骤2)所得到的四个距离值，确定封头端面的圆心位置；

7、4)根据步骤1)获得的多处距离及其对应换算到基准点之间的累计圆心夹角角度值处理获得各处距离的检测点至所述步骤3)所获得的圆心之间的距离；

8、5)根据各处距离的检测点至步骤3)所得圆心之间的距离确定得到封头端面的圆度。

9、通过调节垫块的不同高度，使得距离扫描检测组件沿封头端面旋转扫描时，扫描到封头内壁表面对应的检测点处于封头直边区域内。封头直边区域和端面同圆度，基本呈同直径。

10、所述步骤2)中，选取距离扫描检测组件初始位置至封头内壁表面的点为基准点。基准点可以是距离检测设备初始位置时所对应的检测点，也可以是距离检测设备旋转扫描中的任意一个位置时所对应的检测点。

11、圆度检测时，压力容器封头圆度测量装置通过支撑杆及垫块任意放于封头端面上，无定位要求。

12、支撑杆底面通过等高垫块和压力容器封头端面平行，距离检测设备旋转扫描方向和支撑杆底面平行，进而和压力容器封头端面平行。

13、所述步骤3)中，按照以下公式确定封头端面的圆心o至距离检测设备测量的基准点o'的方向与方向o'a之间的夹角θ以及封头端面的圆心o至距离检测设备测量的基准点o'的距离l：

14、

15、其中，o'点为距离检测设备测量时的基准点，a,b,a',b'点依次为距离检测设备顺时针方向或逆时针方向转角间隔90°时沿压力容器封头端面方向封头内壁上的四个检测点；

16、然后根据夹角θ和距离l实时确定封头端面的圆心位置。

17、所述步骤4)具体按照以下公式获得任一检测点c至封头端面的圆心o点之间的距离r，作为检测点处的半径r：

18、

19、式中，m为距离扫描检测组件测量基准点o'至检测点c的检测距离，l为距离扫描检测组件测量基准点o'至端面圆心o的距离，θ为距离扫描检测组件测量基准点o'至端面圆心o方向与方向o'a的夹角，ω为距离扫描检测组件自基准点o'旋转至检测点c时的累计角度。

20、所述步骤5)的圆度计算为：

21、δ＝(rmax-rmin)/rave

22、式中，rmax为距离扫描检测组件沿封头端面旋转扫描一周中各检测点最大的半径，rmin为各检测点最小的半径，rave为各检测点的平均半径。

23、二、一种压力容器封头圆度测量装置：

24、所述压力容器封头圆度测量装置包括支撑杆、垫块和距离扫描检测组件；支撑杆两端通过垫块支撑置于封头端面的两侧之上，支撑杆底部安装有可旋转的距离扫描检测组件。

25、所述的支撑杆每一端底面均放置在垫块上，垫块再放置在封头端面上。

26、所述的距离扫描检测组件主要由距离检测设备和旋转设备组成，距离检测设备通过旋转设备可旋转地装于支撑杆上。

27、所述的旋转设备的转轴垂直于与支撑杆底面，也垂直于距离检测设备的光轴，且两轴相交于一点。

28、本发明装置下是将距离检测设备沿压力容器封头的端面平行布置，距离检测设备沿压力容器封头的端面旋转扫描方向和支撑杆平行，而支撑杆又平行于压力容器封头的端面，这使得无论压力容器封头姿态如何，距离检测设备的旋转扫描方向始终压力容器封头的端面，能够准确获得压力容器封头的准确圆度，不受支撑杆和压力容器封头的姿态影响。

29、由此，本发明方案下无需测量压力容器封头的绝对姿态，解决了压力容器封头随意摆放需要测量压力容器封头姿态的问题和缺陷。

30、本发明包括压力容器封头圆度测量方法和圆度测量装置。所述压力容器封头圆度测量方法利用圆度测量装置沿封头端面每隔一小角度旋转扫描，并依次获取旋转至各小角度时圆度测量装置中的距离检测装置至封头内壁对应检测点之间的距离，以及至基准点之间的累计圆心夹角角度值，旋转扫描一周，选取四个特定检测点的距离来获得封头端面圆心位置，将圆度测量装置中的距离检测装置至封头内壁各检测点之间的距离转换成封头内壁各检测点至封头端面圆心之间的距离，进而实现圆度的测量。

31、所述压力容器封头圆度测量装置包括支撑杆、垫块和距离扫描检测组件组成。距离扫描检测组件由旋转装置以及距离检测装置组成。距离扫描检测组件中的旋转装置装于支撑杆上，距离检测装置装于旋转装置上。

32、本发明具有的有益效果是：

33、1)该压力容器封头圆度测量方法与装置在压力容器封头的圆度检测时，只需将检测装置任意放于封头端面上即可检测圆度，无定位要求，使用简单、方便，检测效率高；无需复杂的设备安装，保证精度的同时也消除了由此带来的误差；

34、2)该压力容器封头圆度测量方法与装置适用于不同直径、不同直边高度的压力容器封头端面圆度的检测，同时也能用于类似圆形且具有平整端面的对象的圆度检测，适用范围广。

35、综合而言，本发明的测量方法和装置在封头中无定位要求，且是非接触测量，省掉了传统压力容器封头圆度检测需要定位、接触方式的测量，操作非常简单、方便，检测效率高；并避免了定位、接触等所带来的误差，精度更高且可靠。