Способ измерения косины реза
METHOD OF MEASURING CUTTING SLANT

Изобретение относится к области измерительной техники, к средствам измерения геометрических параметров протяженных объектов, а именно может быть использовано для выходного контроля сварных и бесшовных круглых труб, сортового металлопроката, заготовок, отливок, поковок и т.п.
Из ГОСТ 26877-91 известен способ измерения косины реза торцов металлопродукции, заключающийся в определении наибольшего расстояния от плоскости торца металлопродукции до плоскости, перпендикулярной продольным плоскостям металлопродукции и проходящей через крайнюю точку кромки торца или углом между ними. В настоящее время для осуществления данного метода используется угольник поверочный типа УШ (ГОСТ 3749-77), который прислоняют одной из сторон к поверхности объекта вдоль его оси, а косину реза определяют по расстоянию от противоположного торца объекта до второй стороны угольника.
Недостатком данного метода является его трудоемкость, наличие человеческого фактора, высокие требования на жесткость измерительного угольника, например, для труб большого диаметра, а также то, что для поиска наибольшего расстояния необходимо выполнять движение измерительного угольника вручную вдоль периметра торца объекта. Все эти факторы усложняют определение косины и приводят к ошибкам ее измерения.
Из патента на полезную модель (RU №48407) известен измеритель косины реза торца трубы, включающий стойку, выполненную с возможностью установки перпендикулярно образующей внутренней поверхности трубы, и жестко связанный с ней стержень, перпендикулярный стойке. Стержень снабжен измерительной шкалой. С торца стержня, противоположного его креплению к стойке, установлены ножка с возможностью вращения на оси стержня и перемещения вдоль него и два указателя, выполненные с возможностью перемещения вдоль шкалы стержня и контактирующие с ножкой. Измерение косины реза по полезной модели осуществляется следующим образом. Стойка с жестко закрепленным на ней стержнем устанавливается так, чтобы стержень был направлен вдоль образующей внутренней поверхности трубы. Ножка перемещается по стержню до контакта с торцом трубы, а указатели - до контакта с ножкой. Удерживая ножку в постоянном контакте с торцом трубы, делается один оборот ножки вокруг оси стержня. При этом указатели отклоняются по стержню от исходного положения. Измеритель извлекается из трубы. Ножку перемещают по стержню до контакта с одним из торцов указателей. По шкале определяется расстояние между другим торцом ножки и торцом указателя, находившимся в контакте с ножкой. Это расстояние и есть косина реза торца трубы.
Главным недостатком измерения по полезной модели является то, что для труб большой длины с большой кривизной оси имеется несовпадение продольной оси трубы с осью концевой части трубы, что приведет к ошибке в измерении косины.
В основу настоящего изобретения положена задача создания способа для высокоточного измерения косины реза.
Задача решается за счет того, что способ измерения косины реза заключается в том, что по всему периметру обоих торцов трубы с выбранным шагом одновременно находят расстояния от двух прямых, параллельных образующей трубы, до двух диаметрально противоположных точек, определяют центры обоих торцов и положение продольной оси объекта по ним и для каждого торца измеряют расстояние вдоль образующих трубы от плоскостей, перпендикулярных им, до этих же точек и определяют их координаты и проекции на продольную ось, фиксируют и определяют косину реза каждого торца как Cosina=(MaxD-MinD)/2, где MaxD, MinD - максимальное и минимальное расстояние между проекциями измеряемых точек торца на продольную ось объекта.
Техническим результатом заявленного способа является повышение точности измерения косины реза.
Технический результат изобретения достигается тем, что измерение косины осуществляется относительно фактического положения продольной оси трубы, которая находится путем определения координат диаметрально противоположных точек ее торцов и нахождения центров каждого торца.
Способ измерения косины реза труб поясняется фиг. 1, на которой изображена схема осуществления способа измерения косины реза на примере измерения косины реза трубы с использованием оптических бесконтактных датчиков измерения расстояния.
На схеме осуществления способа измерения косины реза изображен контролируемый объект - труба 1 с торцами 2 и 3. Измерения для определения косины реза объекта выполняются по всему периметру с выбранным шагом для каждого торца. Для наибольшей точности измерения шаг выбирается минимальным. Сначала осуществляется измерение бесконтактными датчиками расстояния поперек трубы для определения положения продольной оси. Датчики 4 и 4ʹ предназначены для измерения расстояния поперек образующих трубы до пары диаметрально противоположных точек 5 и 5ʹ торца 2, бесконтактные датчики 6 и 6ʹ - до пары диаметрально противоположных точек 7 и 7ʹ торца 3. Они могут быть расположены как внутри, так и снаружи объекта. Нахождение точек 5, 5ʹ, 7 и 7ʹ, до которых проводят измерения, в одной плоскости повышает точность измерения косины. По измеренным расстояниям определяют координаты точек, а по ним координаты центров торцов с учетом известного положения датчиков относительно друг друга. Это позволяет найти фактическое положение продольной оси объекта, проходящей через центры торцов, и осуществлять дальнейшее измерение косины относительно нее. Бесконтактные оптические датчики расстояния 8 и 8ʹ предназначены для измерения расстояния до диаметрально противоположных точек 7 и 7ʹ торца 3, а бесконтактные оптические датчики расстояния 9 и 9ʹ - до точек 5 и 5ʹ торца 2. Измерение расстояния датчиками 8-8ʹ и 9-9ʹ осуществляется от плоскостей, перпендикулярных образующим трубы, в направлении их. Датчики находятся на расстоянии друг от друга, соответствующем диаметру исследуемой трубы, и должны быть расположены так, чтобы измерять расстояния до тех же пар диаметрально противоположных точек 5 и 7, измеряемых датчиками 4-4ʹ и 6-6ʹ. По измеренным расстояниям определяют координаты диаметрально противоположных точек торцов и затем их проекции на ось трубы. По расстояниям между проекциями точек на каждом торце определяют косину реза.
Вычисления в способе могут быть осуществлены следующим образом.
i
Измерения для определения косины реза объекта выполняются по всему периметру с выбранным шагом для каждого торца. За каждый шаг выполняется измерение парой бесконтактных датчиков 4 и 4ʹ расстояний S до точек торца 2 трубы поперек образующих трубы и парой датчиков 9 и 9ʹ - расстояний в направлении образующих. Аналогично выполняется измерение парой бесконтактных датчиков 6-6ʹ расстояний до точек торца 3 трубы поперек и парой датчиков 8-8ʹ - расстояний в направлении образующих трубы.
A1
A1
A2
A2
B1
B1
B2
B2
По измеренным расстояниям определяются координаты точек, в которых проведены измерения, с учетом известного положения датчиков относительно друг друга вдоль оси абсцисс X. Координаты диаметрально противоположных точек на торце 2: (X, Y) и (X, Y) и координаты точек на торце 3: (X, Y) и (X, Y) в системе координат XY.
A1
A1
A2
A2
B1
B1
B2
B2
Определение положений пар диаметрально противоположных точек позволяет получить результат независимо от взаимного расположения бесконтактных датчиков между собой вдоль продольной оси (оси Y). Поэтому принимается Y=S, Y=S, Y=S, Y=S.
Далее по измеренным расстояниям до пар точек 5, 5ʹ, 7 и 7ʹ в системе координат XY определяются координаты центров торцов трубы как средних координат X и Y этих точек:
XA
A1
A2
C=(X+X)/2,
XB
B1
B2
C=(X+X)/2,
YA
A1
A2
C=(Y+Y)/2,
YB
B1
B2
C=(Y+Y)/2.
Координаты точек центров торцов определяют ось трубы в виде коэффициентов K и B уравнения прямой X=K*Y+B. Коэффициент K уравнения прямой рассчитывается как тангенс наклона оси трубы, а коэффициент B определяется как смещение по оси X:
XB
XA
YB
YA
K=(C-C)/(C-C).
XA
YA
B=C-C*K.
Таким образом, измерение поперечными датчиками 4 и 4ʹ и 6-6ʹ позволяет определить и учесть в дальнейших расчетах фактическое положение продольной оси объекта.
An
A1
A1
A2
A2
Bn
B1
B1
B2
B2
В итоге для данного шага выполняется расчет расстояния D между проекцией на ось трубы (K, B) точки 5 (X, Y) и проекцией на ось трубы (K, B) точки 5ʹ (X, Y). Также для данного шага выполняется расчет расстояния D между проекцией на ось трубы (K, B) точки 7 (X, Y) и проекцией на ось трубы (K, B) точки 7ʹ (X, Y).
An
A
A
При каждом последующем шаге пары точек измерения 5 и 7 сдвигаются по периметру торцов объекта так, чтобы за N шагов покрыть весь периметр. Среди измеренных по всему периметру торца 2 разностей D, для n=1, 2, …, N, выполняется поиск максимального MaxD и минимального MinD значений. Косина реза для торца 2 рассчитывается по формуле:
A
A
CosinaA=(MaxD-MinD)/2.
Bn
B
B
Среди измеренных по всему периметру торца 3 разностей D, для n=1, 2, …, N, выполняется поиск максимального MaxD и минимального MinD значений. Косина реза для торца 3 рассчитывается по формуле:
B
B
CosinaB=(MaxD-MinD)/2.
Изобретение было опробовано на установке измерения геометрических параметров труб большого диаметра в цехе металлургического завода. Предлагаемый способ дает повторяемость измерений величины косины реза при многократном измерении ±0,1 мм. Результат измерения на порядок выше, чем известные замеры, имеющие повторяемость ±1 мм. Таким образом предлагаемый способ является более точным.