[发明专利]钢模合模在线测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢模合模在线测量系统和方法，具体为管片制造钢模流水线合模的几何量在线精密测量系统和方法。

背景技术

管片钢模是由一块底板、四块侧板、两个上盖构成的钢结构物，用于管片制造。由于混凝土构件脱模之需，四面侧板和顶板等各个部件均是活动的，以便钢模开模吸盘取走管片，且模具的寿命要求重复使用上千次，因此其每次合模后的尺寸精度直接影响管片制造尺寸的精度。随着盾构隧道管片预制行业的发展，采用钢模固定、人员流动的传统制造工序已极大影响管片生产效率。建立钢模流动、人员工位固定的管片生产流水线已势在必行。我国虽已有多条这样的现代流水线，但均没有在线质量控制环节，在合模工位仅靠操作人员目测刻线对齐，或手工用卡尺测量。导致自动化程度无法满足流水线要求，人员劳动强度大。这是由于钢模尺寸变化范围大、公差要求高，流水线快速自动化作业，给测量带来了新的难题。

使用激光跟踪仪、摄影测量法、坐标测量机等测量仪器虽然可满足大测量范围，但一方面有的仪器需要人工参与，效率和自动化程度无法满足在线测量要求；另一方面基于钢模平面形状并不会发生变化，仅测量合模后4个平面之间的相互位置重复性，而这些仪器完全的多点坐标测量功能远远超过系统需求，成本过高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢模合模的几何量在线测量系统和方法，实现在线自动化快速测量，为操作人员提供直观合模指导，提高流水线效率，降低劳动强度，减少返工率，提高管片生产产品合格率，可以解决钢模合模的在线测量难题。针对管片钢模流水线的特点，实现一种廉价实用的测量系统及其方法。

本发明提供的用于管片制造的钢模合模在线测量系统包括四个测量装置，分别安装在钢模外部四个角，与钢模外表面保持一定的安全距离。每个装置包括：

支撑固定机构：用于固定和支撑回转运动机构和定位机构，保持测量装置的坐标系稳定。可选用水泥墩、可移动三脚架(以便搬运到需要测量的位置固定)，利用螺栓固定回转运动机构的电机基座、定位机构的电磁铁吸盘；可调整支撑机构的高度，使回转运动机构中的回转臂在测量位置时恰好在钢模被测内表面位置处的上沿且保持一定的安全距离；

回转运动机构：用于移动每个测量装置的测量传感器，在测量位置和初始位置之间转换。其组成包括电机、回转轴系、L型回转臂。回转臂采用殷钢材料制作，减小温度影响。通过电机基座将电机刚性连接到支撑固定机构上，输出回转轴连接L型回转臂，臂末端通过2个万向关节球轴承刚性连接测量传感器，从而可根据不同型号的钢模平面倾斜角度分别微量调整2个测量传感器的位移测量方向，至垂直于被测钢模表面，保证传感器的位移测量精度最高。测量传感器可选用电感、光栅、激光位移传感器。初始位置下回转臂位于钢模外侧，测量位置下测量传感器进入钢模内部，测量完成后，回复到初始位置，避免影响流水线运动。

定位机构：用于限位测量装置运动重复性，包括回转臂凸球，电磁铁吸盘。电磁铁吸盘通过螺栓等刚性连接基座方式固定在支撑机构上。回转臂上连接一凸球，在测量状态时，位置恰好落在电磁铁吸盘上。回转时发送的脉冲保证凸球接近电磁铁吸盘，然后放松电机力，再对电磁铁通电，依赖电磁铁吸盘的电磁吸附力来固紧回转机构，实现重复限定位置，稳定测量系统。避免电机力锁定时电机抖动引入的测量数据不稳定。测量完成后，断电释放电磁力，利用电机旋转臂回到初始位置。

控制机构：用于接收位移传感器的测量数据、发送电机旋转的控制信号，放置在钢模流水线的中央控制室。其中包括工控计算机、数据采集卡、电机控制卡。电机控制卡的脉冲输出端口发送脉冲，脉冲数量确定回转臂旋转角度。两个位移传感器的测量数据传输至数据采集卡的模拟输入端口。

本发明提供的一种钢模合模在线测量的方法包括的步骤：

1)标定测量装置：

采用相对测量方案便于在大测量范围内达到较高测量精度，并降低测量成本。由于位移传感器测量范围恒定，可根据被测钢模的尺寸范围相应安置测量装置位置；或者需要测量新流水线钢模型号时，都须标定四个测量装置之间的基准位置。基准长度取值范围与位移传感器测量范围相关。即长度、宽度由位移传感器测量范围之外，即可由四个固定测量装置之间的位置确定。对于同一钢模型号，装置越互相靠近，基准值就越小，则位移传感器需要测量量程越大。装置相距越远，基准尺寸越大，位移传感器也可选取较小量程，便于实现高分辨率测量相对位移。