用于测量管道的横截面尺寸的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于测量管道的横截面尺寸的方法。

背景技术：

更具体地，本发明涉及一种用于测量由热塑性材料制成的挤出管道的横截面的总体尺寸的方法，该方法还能够测量其与标称圆柱形的偏差。

根据本发明的方法沿着由热塑性材料制成的管道的生产线致动。

本发明还涉及一种用于测量由热塑性材料制成的管道的横截面的总体尺寸的设备。

表述“热塑性材料制成的管道”主要是指被设计成用于制造导管(conduit)的管道，该导管例如在建筑工程、下水道、饮用水配送网络和一般而言流体(甚至在压力下)配送网络中用于供应和/或排放流体(加压和非加压)。

由热塑性材料制成的挤出管道的直径连续测量通常是有用的，因为这使得知晓正在进行的生产的质量状况成为可能，并且尤其是它允许监测被挤出管道的圆度特性。实际上，在挤出过程中，因为管道尚未硬化，管道由于其自身重量的影响通常倾向于偏离由挤出机设置的圆柱形形状并采用具有椭圆截面的形状。参考技术标准可设置偏离标称圆柱形状的最大允许值。因此，实时了解由管道所采用的具有椭圆形横截面的形状使得快速干预以纠正不合需的“不符合圆度”效应成为可能。

另外，还有挤出线，其中挤出设备能够实时修改挤出管道的直径(无需停止挤出过程并重新激活生产线来用于要被生产的管道的新直径)，以此方式在同一生产线上为在相当大的直径范围内的不同直径的管道做好准备。

显然，为了允许从一个直径快速过渡到另一直径，位于挤出机下游的机器，诸如喂料单元、切割机、打捆机等，也应该能够针对所生产的新直径自动重新配置，并为此新直径被“警告”给它们，以此方式因此开始它们相应的重新配置。

目前，为了向挤出机下游的机器发送所生产的直径的变化的信号，被挤出管道的直径的持续测量一般由通常具有水平轴的滚柱的机电设备来执行，其上搁置有由被馈送的热塑性材料制成的管道，以及带有垂直轴的两个滚柱，借助于适当的系统(弹性、气动等)滚柱被推动以使其粘附到运输中管道的处于直径上相对的位置的两侧。

借助于适当的校准，具有垂直轴的两个滚柱的相互位置限定了通过该设备的管道的直径。

然而，上述已知类型的测量设备并非没有限制和缺点。

首先，所述类型的设备仅提供在管道和测量设备的滚柱之间的接触点处测量的管道直径的测量，而不提供关于管道的其余几何形状的进一步信息，因为只有“水平”直径被实际测量，除非插入不垂直放置的其他滚柱，但设备明显复杂并且成本增加。

如果将测量设备用于生产具有大直径和/或厚度的管道的生产线上，则对于它们而言，由于相对重量(如上所述)和/或较差的周向刚度，从标称圆柱形形状向椭圆形横截面形状的偏差效应可能会特别突出。

在这种变形之后，测量设备将有不正确的读数，这表明存在具有一定直径的管道，而相反它可能是具有不同标称直径但椭圆变形的管道。

在本说明书中，表述“横截面的总体尺寸的测量”是指横截面的实际形状的测量(也就是说，垂直于其延伸方向并且沿生产线进给的任何横截面)和横截面的实际数值测量两者。

实际上，如上所述，挤出管道不一定具有完美的圆柱形形状，但由于与其性质有关的典型变形，它更一般地采用具有椭圆形横截面的形状，尽管圆形横截面形状可被识别为椭圆形横截面的特定形状。

一般来说，如前所述，管道的直径和厚度越大，并且因此每单位长度的管道的相应重量越大，与标称圆柱形的偏差也就越大。

发明的公开

本发明的目的是提供一种用于测量由热塑性材料制成的管道的横截面的尺寸的方法和设备，该方法和设备没有现有技术的缺点。

本发明的另一目的是提供一种用于测量管道的横截面的尺寸的方法，该方法是有效的并且实用且易于实现。

本发明的又一目的是提供一种用于测量管道的横截面的总体尺寸的设备，该设备制造简单且便宜并且使用实用。

根据本发明，在下面的描述中更为明显的这些目的和其它目的是通过一种包括在所附权利要求的一个或多个中描述的技术特征的测量方法和设备来实现的。

附图的简要说明

参考示意性地解说用于本发明的一实现的方法的优选实施例的附图，参照上述目的，本发明的技术特征在权利要求中被清楚地描述，并且其优点从下面的详细描述中是显而易见的。

本发明的优选实施例的详细描述

如附图中所解说的，附图标记1在其整体上表示用于测量由热塑性材料制成的管道t在挤出过程进行中的给定时刻t的横截面的总体尺寸的设备。

参考附图，轴x、y的笛卡尔平面oxy被定位成垂直于由热塑性材料制成的挤出管道t的进给方向d1。

因此，在管道t在时刻t位于平面oxy上的横截面在附图中被示为椭圆形状，因为椭圆(由于其在挤出线中可能受到的变形(由于其自身重量或由壳(containment)和/或支承滚柱引起的任何机械作用))被认为是挤出管道可以采用的最合理的形状。

方向d1垂直于绘图平面，并且为简单起见，在笛卡尔平面oxy的原点o中指示。

由热塑性材料制成的挤出管道t经受的上述变形主要是由于重力的影响，以及由于重力具有垂直趋势的事实，近似地描述了实际管道的横截面(即，变形)的椭圆将分别有相对的半轴，一个平行，而另一个垂直于垂直方向。

有鉴于此，笛卡尔平面已经按使坐标的相对轴y与垂直方向平行的方式来被定向。

以此方式，无论从圆形到椭圆形的变形是什么，定义管道t在时刻t位于笛卡尔平面oxy上的横截面的椭圆在任何情况下其半轴都将平行于笛卡尔平面oxy的两个轴x、y。

再次参考附图，四个光学传感器s1、s2、s3、s4沿着起源于笛卡尔平面oxy的原点o且位于同一平面上的半直线被定位。

光学传感器s1、s2、s3、s4有利地是激光器类型。

光学传感器s1、s2、s3、s4以如下方式被配置和定向：沿着相应的半直线执行相对测量，从而标识出相应距离d1、d2、d3、d4，在该相应距离处在时刻t处存在管道t的外表面与每个半直线的交点a、b、c、d。

对于每个光学传感器s1、s2、s3、s4而言，通过笛卡尔平面oxy中的相应定位坐标(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y4)(未叠加)来知悉源位置，并在采集相应距离d1、d2、d3、d4(由传感器测得)后，因此导出平面oxy中的四个点a、b、c、d的坐标(xa,ya)、(xb,yb)、(xc,yc)、(xd,yd)。

上述半直线定义了与笛卡尔平面x轴的轴x的相应夹角α1、α2、α3、α4。

上述半直线各自优选地(但非必然)位于笛卡尔平面oxy的相应不同象限上。

一般而言，为了下面将要描述的方程组的相干解的存在，半直线中最多有三条可以是平面oxy的象限的平分线。

刚刚规定的条件构成了一条件，该条件对于满足上述方程组的解是必要的。

更一般而言，上述角度α1、α2、α3、α4因此彼此分开，其中最多三个角度等于45°+k＝90°，k＝0、1、2、3，这些角度是从笛卡尔平面oxy的正x轴开始沿逆时针方向测量的。

作为示例，参考附图中所解说的情况，通过从正x轴开始沿逆时针方向测量角度，α1＝45°，α2＝145°，α3＝220°，α4＝330°。

有利地，光学传感器s1、s2、s3、s4随后沿着圆周cs定位，其中心位于笛卡尔平面oxy的原点o。

以此方式，每个光学传感器s1、s2、s3、s4距笛卡尔平面的原点o的距离是相同的。

上述光学传感器s1、s2、s3、s4为测量设备1定义了在笛卡尔平面上测量管道t外表面上标识的四个点a、b、c、d的位置的相应装置。

根据未进一步描述的本发明的替代实施例，上述位置测量装置包括不同类型的传感器，诸如举例而言，超声传感器。

设备1还包括(未解说)处理单元，其被配置成用于计算位于平面oxy中并通过四个分开的点a、b、c、d(其位置由光学传感器s1、s2、s3、s4来标识)的椭圆的方程，其中半轴平行于平面oxy的相应笛卡尔轴。

在以此方式计算椭圆的方程之后，处理单元随后获得椭圆中心在笛卡尔平面oxy中的坐标、以及椭圆的半轴a和b的值，以及由此获得平均直径和相对偏心率。

如前所述，假设挤出的t管道可采用的最合理形状是具有椭圆横截面的形状，则一般方程考虑在平面中简单平移的椭圆：

其中e(α,β)表示椭圆的中心，而a和b分别表示平行于oxy平面的轴的较大和较小半轴。

给出：

将方程如下进行重写是可能的：

这等效于：

q(α-x)²+p(β-y)²＝pq

参照附图，假设圆心为o的圆周cs上的四个传感器s1、s2、s3、s4的方式为：由半直线与x轴的正轴形成的相应角α1、α2、α3、α4彼此不同，并且满足上述必要条件。

圆周cs的半径r使得包含管道t的最大标称直径，该管道t可在其上安装有测量设备1的生产线中被挤出。

因此，在所解说的具体示例中，α1≠α2≠α3≠α4，其中只有α1的形式为45°+k＝90°，其中k＝0。

通过如所提及地用a、b、c、d指示管道的外表面上的四个分开的测量点，即由光学传感器s1、s2、s3、s4标识的点，其距传感器的距离已经由它们测量，它们被定义如下：

为了确定四个未知数α、β、p、q，椭圆被设置为通过四个点a、b、c、d，从而获得以下方程组s1：

从方程(1)中减去方程(2)，给出：

q[(α-xa)²-(a-xb)²]+p[(β-ya)²-(β-yb)²]＝0

从中在一些步骤之后：

(ya²-yb²)p+(xa²-xb²)q-2(xa-xb)αq-2(ya-yb)βp＝0

现在给出：

下式被获得：

(ya²-yb²)p+(xa²-xb²)q-2(xa-xb)u-2(ya-yb)v＝0

类似地，从方程(1)中减去方程(3)并且从方程(1)中减去方程(4)，我们得出以下方程组：

上述该方程组使得作为v的函数来表达p、q和u并且因此还表达α和β成为可能。

通过在方程组s1的任何方程中代入获得的值，可能确定v并且因此确定p、q、α和β的值。

以此方式，借助于由上述且未解说的处理单元执行的简单操作，获得在一般时刻t处近似于管道t的横截面形状的椭圆的所有特征值，也就是说，主要分别是较大和较小的半轴a、b的值。

根据半轴的值，处理单元被配置成获得管道t的平均直径为(a+b)/2和相对偏心率，在被挤出的管道应具有的标称直径dn和两个差值[dn-a]和[dn-b]的绝对值中的最大值之间的最大偏差方面。

因此，借助于根据本发明的方法和设备，可能连续地估计管道t的总体尺寸(在平均直径方面)及其相对于理想圆周的变形，从而允许以精确的方式通知挤出机下游的机器关于在生产线中生产的管道在进行中的变化状态，这需要它以及允许它立即知悉管道是否和在多大程度上偏离预期的理论圆柱形。

与本发明相关联的优点是由于以下事实：为了评估管道t的横截面的目的，椭圆的中心e以及因此管道t的中心是否位于通过笛卡尔平面oxy的原点o的方向d1上是无关的。

换言之，设备的轴(由平面oxy的穿过o的垂线所示)可能没有完美地以运输中的管道t的轴为中心，而这不会影响近似管道t的横截面的椭圆的正确确定，这与为了正确的测量需要在管道t的轴和设备的轴之间进行极好对准的通常设备不同。

尽管不如上述实施例有利，本发明的替代实施例可以包括作为位置检测装置的机械接触构件，其与运输中的管道t的表面物理接触，并且其相对位置用线性或旋转电位计或编码器来测量。

根据本发明的变型实施例(未解说)，存在四个以上的距离测量传感器。更具体地，例如，五个传感器的存在允许标识笛卡尔平面oxy中的椭圆，甚至是在其没有平行于笛卡尔平面的轴的相对半轴时。