一种大直径管桩垂直度测量装置以及测量方法与流程

本发明涉及风电桩，具体为一种大直径管桩垂直度测量装置以及测量方法。

背景技术：

1、本发明的大直径管桩为风电桩，风电桩通常指的是风力发电场中的风力发电机支撑结构，其外形呈现为大直径的管桩管体，也称为风力发电塔或风力发电机塔。这些结构起着支撑风力发电机的作用，同时提供高度，使得风力发电机能够更好地捕捉高空中的风能。风电桩的基础是确保结构稳定性和安全性。风电桩制作完成后，需要对其结构尺寸进行测量、核查，确保每根出厂的风电桩均能满足设计要求。为了提高风电桩的高度且保证其安全性，因而每根风电桩的垂直度均有极高的要求，若偏差较大，则风电桩容易产生偏斜，具有侧倒的危险。

2、在现有技术中，风电桩产品检测时，采用垂直测量仪来进行管桩的垂直度检测，但是其测量时仅有限次地对管桩两端测点进行偏移分析，常忽略管桩的中间段的垂直度偏移，因而测量结果不精确，不能很好地反映出管桩的垂直度是否可靠。

3、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种大直径管桩垂直度测量装置以及测量方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种大直径管桩垂直度测量方法，具体步骤包括：

4、s1、为整个风电桩定义三维坐标系，风电桩横向放置，风电桩的中轴线为x轴，风电桩的一端定义为x轴的0点，y轴与水平面平行，通过右手系准则确定z轴；

5、s2、以n+1个等距的平行于y-z轴的截面将整个风电桩截为n段，第0个截面与风电桩的一端重合，第n个截面为风电桩的另一端重合，其n+1截面编号依次为0、1、2、……、n；

6、s3、对每个编号为i的风电桩截面内圆上的点位坐标数据进行采集，每个截面上采集点数不少于八点，且这些点位坐标均匀分布，记为(xi，yi，zi)，其中xi表示第0-i截面的风电桩的x轴长度数值，yi表示第i截面的风电桩内表面点位的y轴数值，zi表示第i截面的风电桩内表面点位的z轴数值；

7、s4、使用or igin软件对采集的点位坐标数据进行椭圆函数拟合，生成对应编号为i的风电桩截面椭圆函数；

8、s5、对所有采集生成的对应编号为i的风电桩截面椭圆函数进行分析处理生成椭圆度评估指数th和偏心距评估指数ph，所述椭圆度评估指数th用于反映风电桩设计轮廓与拟合的椭圆函数曲线的离散度，椭圆度评估指数th越小，表示风电桩的轮廓垂直性越好，所述偏心距评估指数ph用于反映风电桩与设计垂线的离散度，偏心距评估指数ph越小，表示风电桩的中心垂线垂直度越好；

9、s6、对椭圆度评估指数th和偏心距评估指数ph进行进一步数据分析处理生成综合评估指数zpz，用于反映风电桩整体的中心垂线与整体轮廓的垂直性，zpz的数值越小，风电桩整体垂直性越好；

10、s7、根据综合评估指数zpz与阈值的数值比较将风电桩的垂直度分为三个质量评估层级。

11、进一步地，所述s4中，or igin软件通过l-m迭代算法对椭圆函数进行拟合，所生成的函数表达式为

12、

13、其中，ai和bi表示风电桩第i个内表面截面形成的椭圆长半轴长度和短半轴长度，(hi,ki)表示编号为i的风电桩剖切面椭圆的中心位于y-z轴上的坐标。

14、进一步地，每个编号为i的风电桩的内表面纵剖面截面设计参数为圆形，将其内半径定义为ri，定义编号为i截面的y-z坐标系原点到椭圆中心的距离为di，将其称作偏心距，其公式为

15、

16、进一步地，以y轴为基准，定义编号为i截面的y-z坐标系原点到椭圆中心的偏心角θi，其表达式为

17、

18、进一步地，所述s5中，偏心距评估指数ph的表达式为

19、

20、其中，ρ为偏心角系数，取值范围为[0.01,1]，σ为偏心距系数，取值范围为[0.01,0.5]。

21、进一步地，所述s5中，椭圆度评估指数th的表达式为

22、

23、进一步地，所述s6中，综合评估指数zpz的表达式为

24、

25、其中τ为评估系数，取值范围为[0.0001,1]。

26、进一步地，所述s7中，当zpz的数值大于阈值时，表示风电桩的垂直度不佳，定义为b类质量评级，具有一般的危险性，需要进一步对风电桩的具体性能进行测试分析；

27、当zpz的数值大于双倍阈值时，表示风电桩的垂直度性能极差，定义为b类质量评级，具有很高的危险性，建议将该风电桩定义为不良品；

28、当zpz的数值小于阈值时，表示风电桩的垂直度极佳，定义为a类质量评级，该风电桩为优良品。

29、本发明还提供了一种大直径管桩垂直度测量装置，用于执行一种大直径管桩垂直度测量方法，包括：

30、坐标系定义模块，所述坐标系定义模块用于对横向放置的风电桩定义三维坐标系，便于计算数据；

31、虚拟截面模块，所述虚拟截面模块用于以n+1个等距的平行于y-z轴的截面将整个风电桩截为n段；

32、数据采集模块，所述数据采集模块用于对每个编号为i的内表面纵剖面截面点位坐标数据(xi，yi，zi)进行采集，采集点数不少于八点，且这些点位坐标均匀分布；

33、数据处理分析模块a，用于接收数据采集模块采集的坐标数据(xi，yi，zi)，通过对采集的坐标数据进行分析处理生成对应编号为i的截面椭圆函数，并对该i组截面椭圆函数进行数值分析处理，生成椭圆度评估指数th和偏心距评估指数ph；

34、数据处理分析模块b，用于接收数据处理分析模块a所处理生成的椭圆度评估指数th和偏心距评估指数ph进行综合分析，生成综合评估指数zpz。

35、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

36、本发明通过提出具体的风电桩垂直度测量方法，并将其分为s1-s7，定义坐标系，对整根风电桩进行等距的剖切分析，对每个剖切面的点位数据进行数据采集、数据分析、数据处理，通过拟合生成多组椭圆函数，该椭圆函数直观地表示了风电桩每个剖切面的中心点与边缘点数值，并将该数值与预设的中轴线进行比对、数据处理，形成综合评估指数zpz，通过综合评估指数zpz与阈值的大小对比生成对应三种风电桩质量层次，通过数据可以更为准确地判断风电桩的垂直度优良性。

技术特征：

1.一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：所述s4中，origin软件通过l-m迭代算法对椭圆函数进行拟合，所生成的函数表达式为

3.根据权利要求2所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：每个编号为i的风电桩的内表面纵剖面截面设计参数为圆形，将其内半径定义为ri，定义编号为i截面的y-z坐标系原点到椭圆中心的距离为di，将其称作偏心距，其公式为

4.根据权利要求3所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：以y轴为基准，定义编号为i截面的y-z坐标系原点到椭圆中心的偏心角θi，其表达式为

5.根据权利要求4所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：所述s5中，偏心距评估指数ph的表达式为

6.根据权利要求4所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：所述s5中，椭圆度评估指数th的表达式为

7.根据权利要求5或6任意一项所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：所述s6中，综合评估指数zpz的表达式为

8.根据权利要求1所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于：所述s7中，当zpz的数值大于阈值时，表示风电桩的垂直度不佳，定义为b类质量评级，具有一般的危险性，需要进一步对风电桩的具体性能进行测试分析；

9.一种大直径管桩垂直度测量装置，用于执行权利要求1-8所述的一种大直径管桩垂直度测量方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种大直径管桩垂直度测量装置以及测量方法，涉及风电桩技术领域，具体步骤包括：为整个风电桩定义三维坐标系，风电桩横向放置，风电桩的中轴线为X轴，风电桩的一端定义为X轴的0点，Y轴与水平面平行，通过右手系准则确定Z轴；以n+1个等距的纵剖面将整个风电桩截为n段，编号为i的风电桩边侧横截面均处于三维坐标系上；本发明通过提出风电桩垂直度测量方法，对风电桩进行等距的剖切分析，对每个剖切面的点位数据进行数据采集、数据分析、数据处理，通过拟合生成多组椭圆函数，该椭圆函数直观地表示了风电桩每个剖切面的中心点与边缘点数值，形成综合评估指数ZPz，通过数据可以更为准确地判断风电桩的垂直度优良性。

技术研发人员：沈群,叶炼冰,徐立奇,余胜财,张斌,陈峰,高红燕,黄艳慧,王磊,张大为,傅丽军
受保护的技术使用者：中交第三航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10