一种清管器皮碗在管道中变形测量方法和介质

1.本发明涉及清管器皮碗变形反求测量领域，特别是涉及一种清管器皮碗在管道中变形测量方法和介质。


背景技术：

2.清管器是一种重要的油气管道清管设备，清管器皮碗与管道内壁之间为过盈配合，其工作原理为：清管器皮碗在管道中密封隔绝前后流体，形成流体压差，从而驱动清管器沿管道运行，同时皮碗与管壁进行摩擦接触，刮除管壁污垢。因此，皮碗对于清管器的清管能力起着至关重要的作用，同时皮碗变形也关系着清管器的防卡堵能力，因此需要对清管器皮碗在管道中的变形情况进行分析。
3.皮碗与管壁之间为过盈配合，在皮碗运行过程中，皮碗受到垂直于管壁的挤压力和平行于管壁之间的摩擦力，在合力的作用下，皮碗发生变形且皮碗边缘并不与管壁紧贴，因此，皮碗的变形主要为周向变形与轴向变形。由于管道的阻碍与限制，传统测量方法难以对清管器的变形情况进行测量，尤其对于皮碗轴向变形量的测量目前尚无行之有效的方法。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种清管器皮碗在管道中变形测量方法和介质，实现对清管器皮碗变形情况进行非接触测量。
5.技术方案：一种清管器皮碗在管道中变形测量方法，该方法包括：
6.步骤一：建立未变形皮碗模型，在清管器皮碗背部喷涂显影剂，使用非接触式三维激光扫描仪对未进入管道的清管器皮碗背部进行扫描，得到皮碗、用于固定皮碗的夹板、螺栓、螺母的点云数据；对点云数据进行去噪处理，删除体外孤点和杂点；将各个点连接，形成网格模型；对网格模型进行孔洞填充；得到未变形皮碗的封闭三角形网格模型；
7.步骤二：皮碗入管：利用液压设备将皮碗压入管道并保持水平状态；
8.步骤三：建立变形皮碗模型：皮碗进入管道后，获取变形后的皮碗模型；
9.步骤四：边界拟合：对皮碗变形前、后模型边界进行圆拟合；
10.步骤五：周向变形计算；
11.步骤六：数据对齐：将皮碗变形前、后模型进行拟合对齐；
12.步骤七：数据比对：获取皮碗边缘处的偏差量和夹板处的偏差量；
13.步骤八：轴向变形计算。
14.进一步地，清管器皮碗材料为聚氨酯超弹性材料。
15.进一步地，步骤二具体包括：在管道口设置倒角并在管道口、管道内壁涂抹润滑油，以保证皮碗能够顺利进入管道；将管道固定在液压工作台中心，将皮碗置于管道口；在皮碗夹板中心放置水平仪，保证皮碗水平放置于管道口；利用液压设备将皮碗压入管道，皮碗完全进入管道后，停止挤压。
16.进一步地，步骤三具体包括：皮碗进入管道后，使用非接触式三维激光扫描仪对进入管道的清管器皮碗背部进行扫描，得到皮碗、用于固定皮碗的夹板、螺栓、螺母的点云数据；对得到的点云数据进行去噪处理，删除体外孤点和杂点；将各个点连接，形成网格模型；对网格模型进行孔洞填充；得到变形后皮碗的封闭三角形网格模型。
17.进一步地，步骤四具体包括：选取皮碗变形前、后的三角形网格模型的边界，对其进行圆拟合，分别得到皮碗变形前、后三角形网格模型边界拟合圆的直径d、d
拟合
。
18.进一步地，步骤五具体包括：皮碗的周向变形量δ为变形前、后皮碗半径的差值，即：
[0019][0020]
进一步地，步骤六具体包括：将变形前皮碗的三角形网格模型设为参考数据，将变形后皮碗的三角形网格模型设为测试数据；以模型中六边形螺母的6个角为基准，将变形前后的三角形网格进行拟合对齐；两组数据边缘处的偏差量即为皮碗的轴向变形量。
[0021]
进一步地，步骤七具体包括：将已对齐的两组数据分别沿横、竖两条中轴线剖开，得到横、竖两个2维截面；在横、竖两个截面中，在皮碗边缘取a、b、c、d，4个点作为测量点；通过数据比对，得到a、b、c、d，4个点处的偏差量αi；在横、竖两个截面的夹板处分别等距取n个点oi，分别得到偏差量βi。
[0022]
进一步地，步骤八具体包括：两组数据边缘处的偏差量，即为皮碗的轴向变形量ε；夹板为刚体，将皮碗边缘处的偏差量α减去夹板处的偏差量β，即为皮碗的轴向变形量ε，即
[0023]
ε＝α-β
[0024]
为提高测量精度，减小测量误差，取a、b、c、d，4个点处的偏差量的平均值作为皮碗在管道中的整体轴向变形量；在夹板处等距取n个点，分别得到偏差量βi，取平均值作为夹板整体的偏差量β，即
[0025][0026][0027]
皮碗轴向变形量为：
[0028][0029]
具体实施中，存在一种计算机可读存储介质，包括供一个或多个处理器执行的一个或多个程序，一个或多个程序包括用于执行如上任一方法的指令。
[0030]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：本发明使用非接触式三维扫描仪，可得到变形前、后皮碗的精确模型，保证数据的准确性。通过对变形前后皮碗进行三维激光扫描，并对数据进行处理，通过对数据的边界拟合和数据比对可轻松实现对皮碗变形量，尤其是轴向变形量检测的可视化、快速化和精确化，在不同过盈量下皮碗的变形情况进行检测，为皮碗在管道中变形量的检测提供技术支撑。
附图说明
[0031]
图1为本发明变形测量方法的流程图；
[0032]
图2为发明中未变形皮碗的点云数据；
[0033]
图3为发明中未变形皮碗的三角形网格模型；
[0034]
图4为发明中未变形皮碗的三角形网格模型及边界拟合圆；
[0035]
图5为发明中变形后皮碗的三角形网格模型及边界拟合圆；
[0036]
图6为发明中皮碗变形前后两组数据横截面的对齐图；
[0037]
图7为发明中皮碗变形前后横截面的2d比较图；
[0038]
图8为发明中皮碗变形前后竖截面的2d比较图。
具体实施方式
[0039]
本实施例提供了一种基于反求测量的清管器皮碗在管道中变形测量方法，主要涉及清管器皮碗在管道中变形测量方法。该实施例中管道直径为204mm。
[0040]
如图1所示，该变形测量方法包括以下步骤：
[0041]
步骤一、建立未变形皮碗的模型；如图2，3所示，在清管器皮碗背部喷涂显影剂，使用非接触式三维激光扫描仪对未进入管道的清管器皮碗背部进行扫描，得到皮碗，用于固定皮碗的夹板、螺栓、螺母的点云数据；对得到的点云数据进行去噪处理，删除体外孤点和杂点；然后将各个点连接，形成网格模型；接着对形成的网格模型进行孔洞填充；最后得到未变形皮碗的封闭三角形网格模型；
[0042]
步骤二、皮碗入管：在管道口设置倒角并在管道口、管道内壁涂抹润滑油，以保证皮碗能够顺利进入管道；将管道固定在液压工作台中心，将皮碗置于管道口；在皮碗夹板中心放置水平仪，保证皮碗水平放置于管道口；利用液压设备将皮碗压入管道，皮碗完全进入管道后，停止挤压；
[0043]
步骤三、建立变形皮碗模型：皮碗进入管道后，使用非接触式三维激光扫描仪对进入管道的清管器皮碗背部进行扫描，得到皮碗，用于固定皮碗的夹板、螺栓、螺母的点云数据；对得到的点云数据进行去噪处理，删除体外孤点和杂点；然后将各个点连接，形成网格模型；接着对形成的网格模型进行孔洞填充；最后得到变形后皮碗的封闭三角形网格模型；
[0044]
步骤四、边界拟合：如图4,5所示，分别选取皮碗变形前、后的三角形网格模型的边界，对其进行圆拟合，分别得到皮碗变形前、后三角形网格模型边界拟合圆的直径d、d
拟合
；在该实施例中，皮碗变形前三角形网格模型边界拟合圆的直径d＝210.3762mm，皮碗变形后三角形网格模型边界拟合圆的直径d
拟合
＝200.5093mm
[0045]
步骤五、周向变形计算：皮碗的周向变形量δ为变形前、后，皮碗半径的差值，即：
[0046][0047]
在该实施例中，皮碗周向变形量
[0048]
步骤六、数据对齐：如图6所示，将变形前的三角形网格模型设为参考数据，将变形后的三角形网格模型设为测试数据；以模型中六边形螺母的6个角为基准，将变形前后的三角形网格进行拟合对齐；两组数据边缘处的偏差量即为皮碗的轴向变形量；
[0049]
步骤七、数据比对：如图7,8所示，将已对齐的两组数据分别沿横、竖两条中轴线剖开，得到横、竖两个2维截面；在横、竖两个截面中，在皮碗边缘取a、b、c、d，4个点作为测量点；利用三维检测和计量软件，得到a、b、c、d，4个点处的偏差量αi；在横、竖两个截面的夹板处分别等距取n个点oi，分别得到偏差量；本实施例中，在每个截面夹板处等距取了3点，皮碗边缘处4点的偏差量与夹板处3点的偏差量如表1所示。
[0050]
表1中皮碗和夹板各点处的偏差量
[0051][0052]
步骤八、轴向变形计算：两组数据边缘处的偏差量，即为皮碗的轴向变形量ε；夹板为刚体，将皮碗边缘处的偏差量α减去夹板处的偏差量β，即为皮碗的轴向变形量ε，即
[0053]
ε＝α-β
[0054]
为提高测量精度，减小测量误差，取a、b、c、d，4个点处的偏差量的平均值作为皮碗在管道中的整体轴向变形量；在横、竖两个截面的夹板处等距取n个点，分别得到偏差量βi，取平均值作为夹板整体的偏差量β，即
[0055][0056][0057]
皮碗轴向变形量为：
[0058][0059]
在本实施例中，皮碗的轴向变形量
[0060][0061]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0062]
本发明的具体实施方式中，未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。