非标自动化

非标自动化（精选9篇）

非标自动化 篇1

1 非标自动化设备的特点

非标准设备是需要进行多方研究后再生产的, 且需要经过一定的设计。在设计时, 需要对生产的要素进行研究, 设计出适应生产的设备。设计的过程十分重要, 其中凝聚了设计人员的智慧。因此, 设计人员在绘制图纸时, 需要在实际设计过程中对相关的数据进行实际测量, 并利用设计软件设计, 目前应用较多的是Auto CAD。我们在设计时, 需要对图纸进行多方审核, 确保设备的每项尺寸都不出现误差。总体而言, 非标准自动化设备具有一定的独特性, 更凝聚了设计人员的智慧。

2 非标自动化设计

2.1 设计流程

在设计非标准自动化设备时, 设计人员需要与客户沟通, 了解客户的需求, 并按照客户的需求设计, 尽量满足客户的要求。设计人员需要了解相关设备, 并按照设备的工作环境制订设计方案;进行交流讨论, 满足客户的需求, 制订多个设计方案。在最初的设计方案研究出来后, 应对设计结果进行科学分析, 比如设备的成本、产能和质量。我们需要对所有的设计方案进行比较, 选择成本最低、产能最大、质量较好的设备, 最终生产非标准设备, 并进行试验。如果试验通过, 即可进行批量生产。

2.2 非标自动化设备设计中应注意的问题

2.2.1 提高设计人员的专业水平

设计人员的专业水平直接影响着设备质量。我们在进行非标准设备的设计时, 需要格外重视设计人员的设计能力, 保证设计人员具备丰富的专业知识。设计人员应与客户沟通, 了解并掌握客户的要求, 按照客户人员的要求设计;了解设计环节, 科学地设计程序;具备创新意识, 紧跟时代的发展, 努力提升自身的技术水平, 促进非标准设备的发展;分析以往的设计成果, 提高设计能力。

2.2.2 结合新技术设计

我们可以利用软件设计, 设计时应保证设计质量, 并解决设计中存在的问题。近年来, 设计软件在设备、施工图纸设计的过程中得到了广泛应用, 因此, 在进行非标准设备的设计中, 也可以对设计软件进行应用。比如, 我们应随时更新设计软件, 确保设计结果的质量。在今后, 对设计软件的应用会越来越多, 因此, 在设计时, 需要保证设计人员具备一定的操作能力, 从而提高设计工作的效率和质量。设计人员需要对设计软件进行了解, 从而熟练操作设计软件。此外, 还应了解设计组成因素。由于设计时需要利用大量的设计人员, 需要加大对设计人员的管理, 提高管理工作的效率。

2.2.3 准备多个设计方案

应编制多个设计方案, 选择最经济的设计方案, 依据选定的设计方案进行初步生产, 并对生产出来的产品进行试验, 分析设计结果。在生产过程中, 我们需要了解相关设计材料, 不采用质量不合格的材料, 应选择最适合设备生产的材料, 以保证相关设备的质量。由于市场发展的速度较快, 我们需要提高设备的利用率, 紧跟时代的发展。在设计时, 为了提高设备的性价比, 需要对相关材料进行试验, 在保证设备生产成本的前提下降低成本, 提高企业利润。

2.2.4 提高设计的易用性

由于设计出的设备是需要大量的一线工人操作的, 所以, 我们需要保证使用人员熟练地操作生产设备。设计人员需要保证设计出的设备易操作。如果设计出的设备过于特殊, 就会严重影响操作人员的使用效果。如果使用人员在使用时能熟练掌握设备的使用方法, 则能提高生产效率。设计人员需要针对设备编制专门的使用说明书。如果使用人员无法及时了解使用方法, 则设计人员就应与使用人员交流, 从而使使用人员熟练掌握生产设备的操作技术。

2.2.5 整合设计思路

在设计非标准设备时, 最关键的是设计人员的设计思路。设计时, 需要对设计人员的设计能力进行了解, 保证相关设计人员的基本素质, 尊重设计人员的设计结果;设计人员应对自身的设计能力有一定的了解, 并结合实际需要设计。

2.3 非标准自动化设备在生产中的作用

设计人员在设计时, 不仅需要具备丰富的设计基础知识, 还应及时了解新的设计要求, 结合实际需要, 设计出能适应时代发展的设备。在设计非标准设备时, 设计人员需要对后续工作进行研究, 包括维修和养护工作, 并编制专门的维护计划。此外, 还应对影响设备运作的情况进行了解, 充分发挥设备的作用。

非标准设备在未来的应用会越来越多, 我们需要了解相关设计, 提高设计人员的设计能力, 创新设计过程中应用的技术。

3 结束语

综上所述, 非标准自动化设备将会越来越适应时代的发展要求, 我们应积极提高自身的设计水平和设计能力, 从而不断地提高设备质量, 并加快技术创新, 促进我国经济的发展。

参考文献

[1]高彩连, 戴志杰.非标自动化设备的特点与设计研究[J].现代制造技术与装备, 2016 (07) .

[2]周万辉.非标自动化设备的特点与创新设计探究[J].科技风, 2014 (14) .

[3]黄赞扬.非标自动化设备设计进度管理研究[D]天津:天津大学, 2012.

[4]赵建.非标自动化设备的特点与创新设计[J].河南科技, 2012 (18) .

[5]赵建.非标自动化设备设计中材料的选择与应用[J].科技致富向导, 2013 (03) .

非标自动化 篇2

近年来，由于国内人力成本与员工离职率逐渐增加，投放自动化设备来代替人工操作成为越来越多企业的选择。那么如何让自动化设备投放的更加有效，采购设备有哪些注意事项，精锐达来带大家了解一下。

一、工序是否有必要投放自动化设备

一般在以下情况下考虑导入自动化设备代替人工操作：

1.作业环境差，如喷涂和焊接作业等；

2.人工操作使产品品质不稳定或达不到客户要求；

3.产品较大或较重，人工操作困难。

4.产品的生产周期和寿命长。

对于仅仅以节省人力为目的的自动化，个人建议需审慎评估。

二、工序是否适合投放自动化设备

1.部件的稳定性：上游流下来的产品质量是不是稳定的。如果部件不稳定，设备加工出来的产品品质可能还不如人工，也可能会造成设备的频繁停机。

2.操作的复杂度：操作的复杂程度决定着自动化设备的成本和自动化设备技术的可行性。即使是工业机器人，复杂的组装作业也难以实现。

3.部件的包装方式：如果想实现自动上料，需要更改原有的包装方式以能让上料机械装置可以抓取到部件，由于变更包装方式所带来的成本增加需计算到自动化成本中。

4.部件的可分离性：如果想实现人工上料，需要评估部件的可分离性。尤其是对于一些小的零部件，比如螺丝等。

三、自动化设计如何才能满足精益模式的要求

1.使用单任务的小设备，而不是使用多任务的大设备；设备越复杂，成本越高，可靠性越差，而且应对需求变化的柔性也较低；

2.不盲目追求高速设备，设备的效率应以满足需求和保证产品的质量为原则。

3.尽量避免批量加工的设备，批量加工设备虽然在效率上具有一定的优势，但会阻碍流动，使生产周期过长。

4.设备易于移动。

非标自动化设备的特点与创新设计 篇3

一、非标自动化设备的特点

与普通的机械设备相比, 非标自动化设备具有毛坯精度低、加工余量大的特点。非标设备一般用机床进行加工, 生产效率较低, 多采用万能量具、通用夹具和刀具, 靠试切法和划线来达到产品的精度要求。

非标自动化设备注重设计标准化、模块化和简约化的原则;全部采用Auto CAD、Pro/E等三维设计软件进行产品设计, 可生成零、部件体积、重量、重心位置等物理量, 为相关设计和后续加工提供了可靠依据;所有二维结构图均根据三维数字模型由计算机自动生成, 保证了视图与尺寸的准确无误, 保证了绘图质量与工作效率的和谐统一;设计完成时即可输出BMP、JPG等格式的产品渲染图。非标自动化设备设计的目的, 主要是为了提高产品质量、提高生产效率、确保生产安全。

二、非标自动化设备的创新设计

机械行业不像电子行业发展迅猛, 原因很简单, 即可利用的原理很少, 发展也是由电气工业带动, 机械与电气、气动、液压有效的结合而发展。新材料的发展使机械更加轻巧耐用。

非标自动化设备的制作不像普通标准设备那么简单, 普通的自动化设备研发设计成熟之后, 可根据具体的流程来制作, 而非标自动化设备需要根据生产场所和产品加工特性来独立设计, 所以没有一个具体的模型可以参考, 必须根据生产的要求来设计。设计出的东西要方便维修, 应考虑到扳手有没有地方放等各种问题;要方便加工, 如尽量不要在圆弧面上钻孔, 如果一定要钻或是通过中心, 或是先加工平台再钻孔。新手设计的东西肯定不够完善, 因此应多请教老工程师, 完善提高自己。只要用心设计, 即使有失误, 也是可以弥补的。

非标自动机械专用设备, 意即客户所需的产品在市场上买不到, 或市场上的一些定型产品无法满足客户的特殊要求, 而须按其实际需要进行研制, 也就是为客户量身定做, 是独一无二的。这要求设计者须有多年的一线工作经验和扎实的专业理论知识。非标自动化设备在设计完成后, 对于后续工作以及制造与使用、维护, 在这整个过程种, 设计时的疏忽总会在某个后续的环节反映出来, 设计的成功与否, 非常容易判断。

在非标自动化设备的设计过程中, 设计受制造工序的影响会很大。一个好的设计是不能脱离制造过程的, 设计师对制造过程越了解, 越有助于提高设计水平。对于设计的优化和改造, 首先要考虑的是人的因素。不同的行业生产不同的产品, 不同的产品有不同的操作方法, 只要有可能, 就要尽量照顾工人已有的操作习惯。如果设计出来的东西不利于使用, 就会面临被淘汰的危险。

要做好非标自动化设备的设计, 须备有必要的设计手册, 在网上可下载电子版文件。手册是最好的老师, 遇到问题先找手册, 从书中可以找到几乎所有需要的知识。如, 设计时需要齿轮, 就可以在手册中找到设计齿轮的参数。可下载一些机械设备的图册, 供开阔思路用。最好下载一些cad版标准件, 放到cad的设计中心中, 方便粘贴使用, 提高了工效。设备运动轨迹无非是直线或旋转, 掌握这些机械原理, 再结合电气、气动和液压就能设计出非标设备。

对于每一个非标设计人员来说, 模仿优秀的作品是必经的成长阶段。但是, 要做出好的、有个性的、独特的设计, 一定要有自己的设计理念与思维, 设计师本身也要有自己鲜明的个性与艺术风格, 时间久了, 自然会形成自己独有的设计风格。设计风格的养成, 与设计师个人的艺术素养和个人修养有很大的关系。如果设计师有自己独特的设计理念, 设计出来的作品的设计风格就会显得与众不同。这样设计出来的作品, 就有了独特的灵魂。为了积累丰富的设计经验, 要抱着否定的态度学习, 多查阅专业资料, 多看些经典的设计案例, 熟悉非标设计的禁忌, 再做好这些的基础上, 再与自己接触过的一些设计作品进行对比, 设计水平就会有极大的提高。之后, 就可以在现有的非标自动化设备上进行尝试。如, 可以提高现有设备的附加值, 进行多方面的完善, 使已有的非标设备拥有更多的功能, 提高已有的非标设备的可靠度, 从而迎合高端的客户。或者对已有的非标设备进行结构上的精简, 删去不常用的功能, 保留一些常用功能, 满足那些用不上多功能的客户的需求, 同时又降低了成本。根据多年积累的丰富设计经验, 将一些现有的非标设备结构进行多种整合, 可以很容易创造出一些新的设计。

设计初稿出来后, 一定要对其进行优化, 探索有没有更简便的方式, 或更先进的零部件代替。如, 要做电动平车, 有直流和交流传动, 交流的不很安全, 而且有电线路传输;直流成本高, 要有整流装置, 但也可用蓄电池。运送平车的要求速度很低, 只有60 m/min, 电机转数很高, 通常就要使用变速箱变速, 但上网上了解直流无刷电机转速可做到40 r/min, 这样就不需要用变速箱, 减少了投资, 减少了故障点, 减少了维修成本, 成了另一种创新形式。

三、结论

非标设计总结 篇4

非标设计过程中，工件A和工件B安装固定的方式有多种，如销钉定位、台阶槽定位、卡键槽定位等。机构的方向调节涉及到基准点，基准点在设备中通过定位孔、限位块等体现，设计之初工程师应思考的问题是：

1、我的设计如何满足到该机构的定位性功能？

2、从整体来看，怎样的基准定位是装配师傅最易调试的？

3、细节来看，维修工具放不放的下？甚至连操作工人的使用习惯也要考虑在内。此外杜绝少定位，也要避免过多定位，控制成本。

第二合理的结构 第三合理使用材料

在选用的材料能满足使用要求的条件下，尽量用廉价材料来代替价格相对昂贵的稀有材料，如在一些耐磨部位的套用球墨替代铜套，速度负载不大的情况下，用尼龙替代钢件齿轮或者铜蜗轮等等。有些情况下，通过材料的更换能用一组机构代替两组机构。设计要避免在圆弧面上钻孔，如果一定要钻或是通过中心，或是先加工平台再钻孔。板材能对角开孔螺丝固定的时候，就不要四周均开孔了。问：死定位和可调机构哪一种更好？

答：能做死的定位坚决做死，需要配定位的配定位；将误差集中，尽量减少可调机构，避免设备调试多个可调相互匹配以达到最终调试效果，调节机构粗条精调分明。

4、问：机械设计中注意哪些问题？ 答：定位

1）、加工对象的定位，关系到大的蓝图的确定，解决的是客户的需求问题； 2）、单机与单机之间的对接定位，决定连线生产可靠性； 3）、组件在单机设备中的定位，决定功能模块间的匹配性； 4）、零件在组件中的定位，决定机构动作的可定性； 5）、明确定位与锁紧概念，杜绝少定位，避免过定位； 6）、定位解决的是功能性的问题，满足功能要求是设计的前提； 工艺性

1）、装配工艺性，是不是装的上去，是否方便装拆；

2）、结构工艺性，在满足精度的前提下是否方便加工，能加工的情况下是否经济； 3）、加工工艺性，工艺流程制定是否达到零件精度和强度以及寿命问题； 4）、工艺性问题解决的是怎样做的问题； 人机交互

1）、是否方便操作，是否方便观测设备运转情况，设备故障时是否方便故障排查； 2）、是否方便设备维护和修理；

3）、人性化设计，解决的是怎样做更好的问题；

将流水线的设计一步步分解，最终将问题落实到每一个零件上、每一个尺寸上时设计就变得不那么难了。

机械原理、电器自动化控制、PLC编程、数字控制系统、机械制图

非标自动化同业经常讲，提高自身设计水平的方法，无非是：多看书、多看标准件、多看展会、储备电气知识等。组立的重要性

在这里，我首先强调‘组立’对于非标自动化机械工程师的重要性。这里可以分开两点论述：

1、为什么想独立做大型设备的设计研发之前，先乖乖的干一两年组立；

2、当你是设计研发的职责的时候，组立对于你而言意味着什么；

设计，是项目的主脑，组立电控所有要注意的要点，可能存在的无法解决或者不够稳定的技术难点，应该都是设计要预想到的。

你应该做到提前告诉他们可能某处有一个地方你要特别注意、某处可能出现什么问题你可以尝试这样那样去的解决方案。虽说是电控给了设备以灵魂，但是，所有的动作和逻辑都是设计预想好的，你才是创造者，电控只是用程序去实现和控制。

那么话说回来了，组立就是实现你预想的机构方向的布局的人，抛开加工的品质不谈，组立的责任心细心严谨技术都可能直接间接影响项目进度或者性能或者稳定性。

也许只是某个毛边未处理，造成你产品刮伤；也许只是靠销的面没贴紧，造成你一整组工站偏了十条；

也许只是某个关键工件没消磁，造成产品取不走放不稳„这些小问题我都遇到过，真正发现根源了处理起来快则几分钟慢则几个小时，但，可能发现根源的过程要几小时几天甚至几周呢？

也许你足够强到了现场扫一眼就能发现根源所在，也许你足够强那么这些你会提前交待组立甚至自己重点检查这些高危所在，也许组立足够给力那么这些根本不会发生„

所以，组立对你很重要，组立的工作你也要相当熟悉，直白的说：你自己组立的时候发现的缺陷和不足，都能化成宝贵的经验让你设计的时候不再犯错，你自己组立的时候思考的逻辑和作业的手法又能让你在设计时候多一种角度去审视。组立真的很重要！

三、画图不难，难的是为什么要这么画

我经常给我带的设计新人、组立新人讲的一句话就是上面这句了。画图真的不难，CAD这种简单到极致的就不说了，3D软件我在学校不过入门一两种，毕业七年到现在是第四家公司。

每家公司我都要换3D软件，最开始是UG，然后proe，然后invertor，现在osd，真的一点也不难，每次不过几天时间就能掌握新软件了。

但是，抄图不等于设计，会画不代表懂。就简单的一个过定位，书本知识死板枯燥但是不见得多少人能记下，实际运用中不见得有多少人真正掌握。

我见过不计其数的已经干了几年设计的老鸟还在犯着过定位的错误，他肯定懂得这个概念，但实际运用可能根本没有意识到。

设计背后所代表的不仅是机械知识，也代表了相关学科知识，更代表了无数的经验积累。

你决定这个外形用圆的而不是方的，当你能够轻松的说服所有质疑反驳的意见的时候，换句话说所有质疑反驳你全都已经考虑过了，圆的就是最优解，这时说明真正是懂得什么叫设计。

四、经验的积累 这个话题真是范围太大了，只能简述一些自己的观点，见微知著！

我刚毕业的时候也特别喜欢翻FA型录，所以很早很早我就发现了巧妙的手指气缸。

同时发现了一些神奇的小玩意：旋转夹紧气缸、增压缸、二程（多程）气缸、台阶销、内牙销、多pin插头等等„工作中了解冲模、塑模、电镀制程，对于了解产品原料工艺制程、稳定性和尺寸波动特性挺有帮助，额外的也能学而用之，做裁切工站还有长料带传输等都可拿来参考等等„

闲着蛋疼就学习电控编程和接线、学机器视觉实验和编程写条件写数据库，这些都比不上专业的同事那么专业，但如何配合协同、怎样舒服好做尽量不要别扭难受等等„

看看日本人的美国人的德国人的设备，有实物看实物，有图纸看图纸，能剖析动作最好，实在不行看2d图纸也能学习标注习惯、加工水准、图面规范„ 总结：可能因人而异，我平日好奇心就比较旺盛，但私以为，想积累经验恰恰需要这样时时对事事都多看一眼多想一下，不积小流无以成江海。

更何况自动化工业，日本技术上领先不止一点，理念也是引领亚洲潮流，再加上变态的日本人对细节的苛刻，有空多学学日本的，好处多多。

纵使你和我一样对于“方案一回过”有着多么多么美好的期盼，但是请还是做好方案被毙掉然后推翻10%~90%不等程度再重新来过的思想准备„„

五、谈谈非标自动化行业前景

不妨抛出一个结论，在“2025工业4.0”这样的大时代面前，除非抽身不干或者转行其他行业，不然除了非标自动化，还有其他的出路么？ 有人将非标自动化行业定义为“就是把国外设备本地化”。

“学习-模仿-创新”是一个过程，我国九十年代起步即落后的情况下，一开始只能是抄袭和模仿，但是一方面随着国内行业十几年的发展，某些行业某些领域已经逼近了世界主流水平。

另一方面处于国际化的大趋势下，技术层面的东西已经不分“国内”“国外”的说法，而是“我能”“我不会”这样的区分。“根据客户需求，选型、匹配”，说起来简单，但实际做起来，难度也是相当的大。以我手头的一个项目而言，先上图：

这两张是时间表，小项目：10W的售价、6周的开发周期，1个机构设计、1个电控设计、1个组装调试共三名人力（主要是新行业新技术=试验机，所以投入产出比会比较不好看）。根据我的经验，近两年（2014~2015），一台中大型设备开发成本就需要：120W售价、10weeks的开发周期、2机构设计1电控设计3组装调试共七名人力。综上所述，恐怕不是“选型、匹配”那么小的工作量吧！

非标自动化行业经过十多年的井喷式发展，开始走入平稳发展期，简单来说公司间竞争激烈/人员薪酬理性客观。

非标自动化机械工程师薪资从5K~15K都有（若是额外算上项目红利倒是真的很可观了），翻番倒真的不会，但是工科嘛，抛开信仰啊爱好啊情怀啊这些不提，也算是衣食无忧吧，饿不死也发不了大财。项目红利方面，有的公司压根就没有，有的公司是总售价的1%~5%做为红利，也有的是项目利润的特定百分点做为红利；怎么分红利呢？有的是按特定的比例给相关人员，有的是给整个团队然后自由协调分配等等不一而足。

未来的出路嘛，传统技术岗位大抵如此——安安生生的攒经验升级高阶技术岗位/转行管理、销售、自己当老板。不知您的期望或者说梦想是怎样，安稳生活，一技傍身衣食无忧也算是一条闲逸的人生之路吧。

这些天，我几乎都是在和机械图纸打交道，工作量最大的也就是机械方面的东西。在设计的过程中，我越来越觉得我设计一个机械时，感觉会越做越顺手。不管是什么新产品要的设备，到我的手上，基本上都能马上得到一个初步的设计理念。这也是我做了那么长时间的控制和相关方面经验分不开的了。有些东西，也许是一般机械设计师无法理解的事情。一，步进电机和伺服电机。

一般机械设计师都可能认为只要是精密一点的机器都用伺服而不用步进电机。认为是伺服电机比步进电机好。

其实我做设计这么多年的经验上来说，这可不一定是正确的了。因为一般机械都是用PLC控制的。如果是用PLC本体脉冲控制伺服电机，这个时候的伺服电机就远不如步进电机。熟悉伺服电机的都知道，伺服真正的功能是闭环控制。伺服电机用定位模式控制时，编码器产生不了闭环功能，同样是给一个脉冲走一个角度，这时的精度上，反而不如步进电机那样精确。现在的步进电机己经达到60K脉冲转一周的精度，并且价格比伺服要便宜很多，扭力也更大一些，使用也简单得多。

二，旋转气缸。

很多地方都要用到旋转气缸，多用于一些须要翻面或转动一个角度用的机器。现在旋转气缸多为SMC和亚德客这二个品牌。SMC的一个旋转气缸的价格是一般的机器是无法接受的，动不动就要二千以上，更有5、6千以上的。如果这个价格报到客户那里，仅这个东西就可以让你失去了竞价的机会。

我的经验是，条件充许的地方，尽可能的用电机取代，步进电机是最好的代替品。步进电机价格便宜，精度高。一般一个步进电机就300多一点点，做个简单的机械零件就装好了。

三，应该多了解一些传感器的功能。

在机械设计时，就考虑好装什么样的传感器。什么地方该用什么样的开关才能达到设计要求，并且要把位置留出来。

四，不一定非得要画什么3D图

3D是用来给客户做方案的，不是用来自己看的。自己做还是二维图更理想，我所见到的那些画3D图的，几乎都出错，3D出的零件一点点错误无法清楚体现出来，而二维图却是清楚楚。我的3D图绘得自我感觉不错，除了给别人报方案时做一下，自己的设计图基本上不用3D。二维图做起来也更快一些。我公司是专业做非标自动化设备的，我在招聘工程师时主要考核其以下几点： 1.最好是机电一体化专业（机械和电气是密不可分的）；

法兰的非标设计 篇5

法兰连接的失效主要表现为泄漏, 但泄漏又是不可避免的。据调查, 日本炼油行业近十年, 70%以上的灾难性事故是由于泄漏造成的[1], 1989年美国德克萨斯石油化工厂聚氯乙烯设备中的异丁烷泄漏爆炸及同年俄罗斯乌法液化天然气管道泄漏爆炸则都是人类历史上的大灾难[2,3]。这些事故造成大量人员伤亡和财产损失, 并且对环境的污染是无法估量的。

从设计角度来说, 应该把法兰、螺栓和垫片看成是一个整体来考虑, 并把“泄漏”作为设计准则。但由于垫片性能异常复杂, 目前这方面的经验还不足, 所以现在法兰设计基本上从强度考虑, 即以控制法兰中的应力值作为设计依据。

1 法兰计算方法概述

在石化、化工行业中, 法兰连接一方面要确保其各零件有一定的强度, 使之在工作条件下长期使用而不被破坏, 另一方面是在工作条件下, 由法兰、螺栓和垫片组成的整体有足够的刚度, 能够将容器内介质向外或向内 (在真空或外压条件下) 的泄漏量控制在工艺和环境允许的范围内, 这也是对法兰连接最基本的要求。因为在石化和化工行业中, 设备的介质一般都具有一定的毒性或污染, 因此, 法兰要以此作为主要的设计依据。

法兰的设计方法主要有Waters法和Timoshenko法, 主要就是使法兰颈部轴向应力、法兰环的径向应力和切向应力尽量以相应的许用应力接近, 即:

式中:σH———法兰颈部轴向应力, MPa

σR———法兰环的径向应力, MPa

σT———法兰环的切向应力, MPa

[σ]ft———设计温度下法兰材料的许用应力, MPa

化工部HG/T 20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》[4]标准就是依据上述设计方法制定的, 但是, 在实际工作中, 我们往往会遇到一些不能满足标准的情况, 例如:某化工厂柴油加氢精制装置中, 有一富胺液闪蒸罐, 介质为富胺液, 其操作条件为最高工作压力0.85 MPa, 安全阀定压为3.5 MPa, 最高工作温度为61℃, 设备筒体材料选用的是Q345R+022Cr17Ni12Mo2复合钢板, 以其中一个吹扫口为例, 其开口大小为DN50, 材料为022Cr17Ni12Mo2锻件, 按照工部HG/T 20592~20635-2009《钢制管法兰、垫片、紧固件》[4]标准选用长高颈整体法兰 (图1所示) , 法兰压力等级为5.0 MPa, 选用的垫片为内填石棉缠绕式不锈钢垫片, 在对其进行计算中发现, 选用整体法兰不能满足要求, 即法兰计算通不过:

设计温度 (设计温度为81℃) 下法兰材料的许用应力[σ]ft=101.8 MPa。

根据, 我们可以算得综合应力0.5 (σR+σH) =130.7 MPa>[σ]tf=101.8 MPa, 所以单一选用长高颈整体法兰不可行, 要进行法兰非标设计。

2 非标法兰设计

为解决上述问题, 可以从两方面着手考虑:一是增加法兰环厚度;一是增加锥颈的厚度。并且在设计过程中, 我们还发现, 由于该设备操作压力较高, 开口处补强面积不够, 需要对其进行开口补强。补强方法也有两种:一是加补强圈;再有就是采用厚壁管补强。

2.1 非标法兰应力计算

法兰力矩是由锥颈、圆筒、和法兰环共同承载的, 三者的承载比例与它们的旋转刚度有关, 刚度提高其承载比例也随之提高, 即刚度大承载比例就大。

2.1.1 法兰环尺寸对法兰应力的影响

首先先假设锥颈厚度不变, 增加法兰环厚度 (如图2所示) , 可以使法兰环的旋转刚度得到提高, 其承载比例加大, 则锥颈和圆筒部分分担的承载比例减小。由此会使法兰环的径向应力大大降低, 但也不能无限制的加大法兰环厚度, 当法兰环的刚度与锥颈的刚度相当时, 就有可能出现环向应力升高的情况。具体地讲, 锥颈作用于法兰环的边界力矩M1和横剪力Q1应减小。

由于, 而δ1 (锥颈大端厚度, mm) 不变, 则M1↓, σH↓, σH随δf (法兰环厚度, mm) 的变化情况可用图3来描述。

而σR, 由于M1↓和Q1↓, 且δf又增大, 所以导致σR↓, σR随δf的变化情形可以图3来描述。

σT随法兰厚度δf的变化可由图3来描述。

从图3可见, 法兰厚度的变化对σR影响最显著, 对σH较缓和, 而对σT则可能起反作用并很不敏感。

2.1.2 锥颈尺寸对法兰应力的影响

我们再假设法兰环尺寸不变, 只加大锥颈的尺寸, 如将锥颈尺寸由图4的实线原状改变为虚线状。其对法兰环的偏转能起到很大的抑制作用, 致使法兰环在法兰力矩作用下偏转很小, 于是法兰环的环向弯曲应力极小, 但与此同时, 法兰环的径向却产生很大的弯曲应力。也就是说增加锥颈尺寸, 会使法兰环的径向应力增加锥颈承载增大, 环向应力减小。所谓锥颈承载增大, 具体地讲就是锥颈作用于法兰环的边界力矩M1和横剪力Q1应增大 (见图5) 。

法兰的径向应力σR是由以下两部分组成的:

此时由于M1↑, Q1↑, 而δf不变, σR就上升, σR随锥颈尺寸的变化情形如图6所示。法兰的轴向弯曲应力, 式中δ0为锥颈小端厚度, M0为小端边界力矩。虽然M1↑ (M0也同时增大) 会导致σH增大, 但由于δ1↑, 锥颈的抗弯模量与δ1成二次方增大, 所以σH还是下降, 随σH锥颈尺寸δ1, h的变化可由图6来反映。

从图6中σH、σR、σT随锥颈尺寸的变化曲线可看出, 锥颈尺寸对σH的作用最显著, 对σT次之, 而σR则起反作用。如果锥颈尺寸减小, 则上述三个应力的变化就反向。

通过对法兰的计算结果分析可知, 法兰环的径向应力太大, 使得综合应力0.5 (σR+σH) =130.7 MPa>[σ]ft=101.8 MPa, 所以增加锥颈尺寸方法不可行, 不能再加大锥颈处的厚度, 只能加厚法兰环的厚度。

首先, 将法兰环的厚度由原来的20.7 mm增加到25 mm, 得:

算得综合应力:

将法兰环的厚度增加到26 mm, 得:

算得综合应力:

将法兰环的厚度增加到27 mm, 得:

算得综合应力:

将法兰环的厚度增加到28 mm, 得:

算得综合应力:

通过上算计算, 当法兰环厚度调整到27 mm和28 mm时, 各项应力值都要小于设计温度下的许用应力值, 也都满足要求, 但我们需要的是各项应力值趋近于对应的许用应力值, 使它们能够充分地发挥各项强度性能, 即趋近于满应力状态, 遵循“满应力准则”, 所以应力值过小也不好。因此得出法兰环厚度为26 mm时, 设计最为合理 (图7所示) 。

2.2 开口补强计算

还以此开口为例, 在有效补强范围内:

式中:Ae———补强面积, mm2

A1———壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积, mm2

A2———接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积, mm2

A3———焊缝金属截面积, mm2

在GB150.1~150.4-2011《压力容器》[5]中, GB150.3第6章开孔和开孔补强这一节中规定:

若Ae≥A, 则开孔不需另加补强;

若Ae<A, 则开孔需另加补强, 其另加补强面积:

式中:A———开孔削弱所需要的补强截面积, mm2

A4———有效补强范围内另加的补强面积, mm2

经过计算得出:还需加A4=991 mm2补强面积。

若采用补强圈结构, 算得补强圈外径为Φ130 mm, 内径为Φ88 mm, 厚度为30 mm, 具体结构见图8。

若采用厚壁管结构补强, 计算得厚壁管壁厚为26 mm, 此时A4=-71 mm2补强面积为负值, 开孔处不需另加补强, 具体结构见图9。

3 结论

(1) 锥颈尺寸和法兰环厚度对σH、σR、σT三个应力的影响关系是相互关联的, 应根据不同的情形进行调节, 才能得到明显的效果, 从而得出合理的设计结果。

(1) 在法兰设计过程中, 如果发现计算结果中轴向应力σH过大或过小, 即时, 应调节锥颈尺寸;

(2) 若时, 应调节法兰环的厚度;

(3) 若时, 应调节锥颈尺寸。

(2) 在本次设计中, 无论是采用补强圈补强还是厚壁管都是可以的, 相比较而言, 采用补强圈方法简单, 厚壁管方法相对要复杂一些, 但厚壁管结构受力较好, 另外, 本设备筒体为30 mm厚, 若采用补强圈, 补强圈的厚度也要30 mm, 这样的话, 补强圈厚度太厚, 很浪费, 从经济角度来说, 选用厚壁管要好一些, 这样就验证了在GB150.1~150.4-2011《压力容器》[5]6.3.2.1补强圈补强一节中, 对筒体开孔补强有一点规定, 说“若条件许可, 推荐以厚壁接管代替补强圈进行补强”。

摘要：通过对相关法兰尺寸的调整, 着重在:法兰环尺寸与锥颈尺寸对法兰应力的影响, 得出锥颈尺寸和法兰环厚度对σH、σR、σT三个应力的影响关系是相互关联的, 不能只调节其中一个值, 应根据不同的情形进行调节, 才能得到明显的效果, 从而才能得出合理的设计结果。并对整体法兰加补强圈与厚壁管两种补强方法进行对比, 根据具体情况得出有关结论。

关键词：非标法兰,设计,补强

参考文献

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非标螺纹联接的预紧 篇6

预紧能提高螺纹联接的防松能力和疲劳强度, 增强联接的紧密性和刚性, 从而提高联接的可靠性。一般情况下, 使用标准的工具拧紧螺纹联接件时, 凭操作者的经验判断拧紧程度即可, 但对于关键联接或实现特殊功能的非标准联接问题, 往往需要进行具体的分析和精确的计算。根据功能要求正确地进行结构设计, 合理地确定预紧力的大小, 并采取适当的方法进行控制, 来提高连接的可靠性。

2 螺纹联接预紧及其控制方法

2.1 螺栓载荷与变形关系

研究一个受轴向载荷的螺栓联接, 先作用预紧力Q, 然后承受外拉力F。

螺栓未承受外拉力时, 仅受预紧力Q, 由于螺栓和被联接件受力后发生弹性变形的原因, 螺栓承受外拉力F时的总载荷F'并不等于工作载荷F与预紧力Q之和, 而是工作载荷F与残余预紧力Q'之和, 如图1所示。

2.2 预紧力的确定

凡承受拉力的螺栓连接, 均需要适当预紧以提高连接的可靠性和紧密性。如果预紧力太小, 在冲击、振动、变载荷的作用下, 会出现联接松动, 或者在正常承载情况下接合面出现缝隙。如果预紧力过大, 螺杆静载荷增大, 导致联接强度降低, 甚至在拧紧时就被拉断。

一般规定螺纹联接的预紧应力σp不超过螺纹联接件材料屈服极限σS的80%;航空航天工程中按σp≈0.35σS控制。有关确定预紧力大小的螺纹联接设计准则:

a.对于按强度条件 (不变形、不断裂) 设计的螺栓, 应保证螺栓承受工作载荷时的应力小于螺栓材料的许用应力;b.对于受横向载荷, 接合面不允许相对滑动的联接, 要求预紧力要足够大, 以靠摩擦传递横向力;c.对于受轴向载荷, 接合面不允许出现缝隙的联接, 要求残余预紧力Q'>0, 一般按下面条件确定Q。

2.3 拧紧力矩与预紧力的关系

预紧力确定之后, 可按下式估算拧紧力矩:

式中:M-拧紧力矩, N·m;Q-预紧力, N;d2-螺纹中径, mm;λ-螺纹升角, tgλ=P/ (πd2) ;P-螺距, mm;f-螺母与被连接件支承面间的摩擦系数;β-为螺纹半角;R-螺母承力面外半径, R=0.95S/2, S为扳手尺寸, mm;r-螺母承力面内半径, r=D/2, D为螺纹公称直径, mm。

上式中, 是用于产生预紧力Q的有效拧紧力矩, 约占10%M; 为克服螺纹联接副螺纹表面的摩擦力矩, 约占40%M; 为克服螺纹联接件与被联接件表面间的摩擦力矩, 约占50%M。

f主要与结合面的质量 (粗糙度、平面度) 、垫圈的类型 (刚性、塑性) 与质量及表面润滑等因素有关。在同样的拧紧力矩下, 其产生的预紧力受f的影响相差甚大, 误差可达到±25%。

2.4 控制预紧力的方法

螺纹联接的预紧方法要根据行业特点、工程规模、螺纹联接结构形式等来合理选用, “感觉法”主要依赖于操作者的经验, 简单、经济但不可靠;“力矩法”普遍使用于一般重要联接, 精度较高;“力矩-转角法”适用于自动化大量装配场合;“测量螺栓伸长法”使用费时、费用高, 用于特殊要求场合;“螺栓预胀法”用于汽轮机等热力机械。不同应用场合对螺纹联接预紧力精度的要求也有不同, 一味追求高精度是不经济的。航空工程中的一般连接采用“感觉法”即可满足设计要求, 重要的连接部位广泛采用“力矩法”——根据预紧力Q与拧紧力矩M的关系确定拧紧力矩, 借助测力矩扳手或定力矩扳拧紧。

3 爆炸螺栓联接预紧力控制

某系统的伞舱-伞筒连接/分离机构 (两套) 采用了四枚爆炸螺栓。为达到高分离可靠性和低分离冲击, 该螺栓的设计强度受到严格限制, 并且在使用过程中处于高应力状态。该螺栓原设计轴向拉断力为600kgf, 在地面试验阶段多次出现“拧断”问题。为确保飞行试验阶段的连接可靠性, 经计算分析, 将该螺栓设计轴向拉断力提高到1500kgf, 并采用“力矩法”对联接预紧力进行控制, 较好地解决了这一问题。

3.1 爆炸螺栓轴向载荷

根据伞筒在伞舱内的安装结构设计, 爆炸螺栓仅承受轴向拉力。在最大偏航角速度下, 伞筒相对伞舱会产生较大的离心加速度;所以确定“最大偏航角速度情况”为爆炸螺栓的最大受力情况, 此时离心加速度为:an=l·ω2

式中:an-离心加速度;l-旋转半径;ω-最大偏航角速度。

根据系统参数1和ω得出an=9.4g, 则离心力F=m·an。

按m=40kg, 得F=376kgf, 单个爆炸螺栓承受的最大拉力N=F/2=188kgf。

3.2 预紧力的确定

爆炸螺栓受伞筒在飞行中产生的交变载荷, 为确保伞筒在伞舱内的安装刚性, 必须按伞舱-伞筒接合面的紧密性条件来确定Q, 取预紧系数ν=3.0, 则Q=νN=3×188=564kgf。可见, 预紧力已十分接近原设计的拉断载荷, 加之螺栓杆在拧紧过程中受拉扭复合应力作用, 在与预紧力相对应的拧紧力矩下就很容易被“拧断”。

3.3 拧紧力矩的确定

根据改进后的爆炸螺栓及其联接结构的有关参数, 按前面介绍的拧紧力矩计算公式可得拧紧力矩M=7.12N·m;使用定力扳手按7N·m进行连接工艺控制, 最终保证了该重要连接的可靠性。

4 结论与建议

对于非标设计, 其螺纹联接预紧一般采用感觉法, 由具备相应资质和具有实际操作经验的操作人员来保证;对于重要联接则宜采用“力矩法”, 由设计/工艺人员提出具体的预紧装配技术要求, 采用定力矩扳手来完成。对需要精确控制的的螺纹联接件, 可以按照螺纹联接的实际使用条件进行实验, 得到拧紧力矩与预紧力的对应关系, 并据此确定拧紧力矩, 必将大大提高对预紧力的控制精度。

参考文献

[1]姚兆生.机械零件强度计算手册[M].北京:机械工业出版社, 1987.

盾构非标设备模组化设计的应用 篇7

盾构施工现场制作非标设备与制造企业专门性开发非标设备不同, 具有应用范围的局限性、目标的随意性、制造和使用的周期短等特点, 并且受现场施工条件的制约往往需要一次性成型。一般来说, 只有具备极其丰富的现场设备经验的机电工程师才能胜任这项工作。本文以笔者公司成功设计并制造的隧道用堵漏架为例, 进行盾构非标件设备设计制造过程中的模组化应用的研究。

1 工程背景

广佛环3标陈村2号隧道盾构段DK31+439~DK35+005.5里程长3 566.5m, 根据项目部对施工进度及质量的调查和要求, 需要在掘进的过程中进行堵漏作业以保证隧道成型的质量。在盾构掘进至2/3期间, 需要设计一种能应用于8 800mm隧道堵漏作业的可移动钢结构平台投入使用, 为了保证施工的进度, 还需要该堵漏架作业时不能占用轨形区。

当时工期较为紧张, 为保证非标设备的成功率和减少产品制造周期和错误率, 设计人员采用了模组化设计手段, 将堵漏架按使用功能划分为作业层、支撑层、移动层, 并分别实现了各功能层的有机结合, 成功制作了一种不同思路、极高效率的堵漏架。模组化设计的新型堵漏架如图1所示。

2 堵漏架模组化设计思路

2.1 上台架设计

新型堵漏架在原有堵漏架的基础上重新进行模组化设计和改进。为完成作业中对管片的全环缝面覆盖, 将堵漏平台 (上台架) 设计为上下两层, 上层作业面高度设置为4 987mm, 长度预设为6 000mm, 宽度预设为3 200mm (即两环管片的宽度) 。上层作业面主框架采用50×50×3方通, 次梁采用40×40×2方通, 再焊接20×2×3方通用以增强结构, 然后在上层作业面铺焊走道板铁丝网。上层作业面如图2所示。

2.2 作业支撑杆组设计

因为堵漏架作业时不能影响隧道内电瓶车的水平运输, 因此上台架需架设于电瓶车行走上方, 选择参考相应的钢结构高架桥梁方式对上台架进行支撑。结合一些国内拱桥梁的设计案例, 并本着结构可靠、支撑简洁、减轻移动重量的原则进行优化和改进, 支撑杆组设计如图3所示。支撑为三组斜撑组, 每组斜撑组由两根上斜杆、两根斜撑、一条中间连接梁组成, 支撑组左右两端均构成静定结构保证支撑的稳定性和降低作业平台上层的挠度, 中间连接梁用于降低斜杆的挠度和提高斜撑的整体压杆稳定性, 同时拉住两边支撑, 可用于观察监控整个堵漏平台作业支撑时的稳定性。中间连接梁作为整个堵漏拱桥架的重要轴向受力杆件, 需在每次支撑堵漏拱桥架前后分别进行杆件受力变形分析, 判定其是否需要更换。支撑附在管片一侧采用铰接弧形板设计, 取消支撑斜撑出现单杆集中受力时对管片的损坏并改善斜撑受力环境。

为提高整体支撑受力的稳定性, 考察《机械设计手册》里几种常见的支撑梁机构, 采用铰接的方式连接各支撑杆件。铰接设计采用如图4所示模式, 方便加工及使用, 连接采用普通M16螺栓进行连接。上斜杆采用40×40×2或者50×50×3的方通加工均可, 斜撑为主要支撑部件, 采用2.5寸加厚的无缝钢管, 中间连接梁开始采用36×36×3的方通设计, 便于观测堵漏拱桥架的整体受力情况, 后考虑堵漏拱桥架投入使用后整体使用效果良好, 为减少配件及增加材料使用的通用性, 后期加工的中间连接梁、上斜杆一律采用50×50×3的方通进行加工, 各杆组及弧形板如图5所示。

2.3 支撑杆组安装位置确定

为提高支撑杆件的整体稳定性, 支撑杆组在优化结构、减少杆件、降低重量的同时, 需要尽量将杆件的受力尽量加载在轴向受力, 降低和减轻杆组的径向受力。参考广佛环3标的《钢筋混凝土管片构造设计图》, 预设的上台架上层高度距离4 987mm, 斜撑铰点初选上层作业面三等分点, 考虑到铰接支撑最好焊接于方通焊接处, 斜撑往外走582mm。中间连接梁作为主要监测和轴向受力杆件, 高度取电瓶车土斗最高点往上走560mm。调整斜撑角度进行长度取整处理, 取斜撑长度为3800mm, 可确定上斜撑1430mm, 中间连接梁长度为3313.34mm。此时已确定杆组的尺寸和大体位置, 安装完以上位置后, 使用中垂线对齐中间连接梁和上台架斜撑铰接的中点, 然后可以确定上斜撑与上台架的铰接位置。支撑主体框架及上斜杆位置确定如图6所示。

2.4 移动方式设计

确定作业面和支撑模组之后, 进行堵漏架移动方式的选择。根据项目部对堵漏平台的使用要求, 考察之前堵漏支撑组与管片之前存在较大的夹角, 综合机械、人为的安全因素, 决定使用轨道进行堵漏拱桥架的移动。考察和对比以下三种方法:液压升降机结构、螺旋杆升降结构、手摇千斤顶升降机构。经过论证和实际试验, 最终采用手摇千斤顶升降机构实现对堵漏平台的升降和移动。上台架加载移动支撑模块如图7所示。考虑堵漏架上两边挂持下层走道板的情况, 用于移动支撑的套接3寸管之间用50×80×4的矩形管相连接, 增强3寸管的受力和增加上台架中间配重提高移动时的稳定性。

另外设计拆装用的轨道行走模组。由于堵漏架需要提升支撑模组脱离管片后才能进行移动, 行走部设计为2.5寸管和轮子部两部分, 中间放置5t的手摇千斤顶进行提升、下降操作。上部与上台架3寸管对接处设计为锥体, 可方便快速对接。提升结构模组如图8所示。为方便移动, 独立设计简洁的轮子部, 如图9所示。

3 结语

在盾构非标设备的开发中, 运用模块化的设计理念和思路, 按设备各功能层寻找相关解决方案, 极大地缩短了盾构非标设备的设计周期。同时, 各功能层可同时进行加工后进行组装, 加快了盾构非标设备的制造进程, 保障了盾构施工的顺利进行。

模组化设计的新型堵漏架 (图10) 与之前设计的堵漏架相比, 进行了整个零件层和系统层的升级。由于各部分零件进行了模组化的组装焊接, 在后期的维护过程中比以往的堵漏架要简单很多, 大大减少现场零件的备件。由于模组化设计各功能模块的相对独立性, 在外界施工条件和要求发生改变时, 只需进行部分功能模块的改装而无需全部更换设备本身。除此之外, 模组化设计的新型堵漏架在实际使用过程中, 不仅仅只是用于堵漏功能。新型堵漏架的压杆稳定性较强和各杆件挠度较低, 作业面覆盖了整个隧道圆周面, 可代替隧道脚手架的功能, 后期用于隧道联络通道支撑环板的安装和进行风管的修补等。

摘要：以广佛环3标陈村2号隧道盾构段工程中堵漏架的设计为例, 介绍了模组化设计在盾构非标件设备设计中的应用, 详细阐述了堵漏架模组化设计的思路, 并通过模组化设计的新型堵漏架与之前的堵漏架进行对比, 分析了模组化设计的优点, 为模组化设计在其他类似的盾构非标件设备设计中的应用提供了参考和借鉴。

非标定点下的图像校正算法 篇8

当摄像机斜向下拍摄水平地面上的物体时,物体在图像中的影像会发生形变,为了得到物体的真实形状,需要对获得的图像进行校正,使其相当于摄像机在物体的正上方俯视拍摄该物体获得的图像。传统的校正方法是先在拍摄区域布放一定数量的标定点,进行摄像机标定,然后运用计算机视觉的相关知识,对图像进行校正,从而得到物体在俯视拍摄下的影像。

检查和校准摄像机的内部参数和外部参数的过程称为摄像机标定(camera calibration)。摄像机标定是从二维图像获取高精度三维信息的前提,其标定精度和可靠程度将直接影响到测量结果的精度[1]。传统的方法通过结构已知的物体在图像中的投影来计算摄像机的内外参数[2]。本文根据摄像机光学镜头的成像原理,给出了一种无需安放任何标定点的方法,检验并分析了该方法在图像校正中产生误差的原因。

1 DLT图像校正算法介绍

图像校正(Rectification)的概念首先由摄影测量学界提出,其本质是通过立体图像对变换使得共轭极线共线且平行于图像轴的过程[3]。Abdel-Aziz和Karara于1971年提出了DLT(直接线性变换:Direct linear transformation)法[4,5]用于图像校正与三维重建。DLT模型最初是专为解决非量测摄影机的无框标问题而研究的数据简化方法,其基础是建立在图像坐标直接变换至物方空间坐标的概念上。该方程式针对三维定标,它的特点是其基本关系式从透视投影的共线方程变换而来[6]。DLT法具有形式简单、方便实用、解算稳定可靠的特点,在解算过程中无需相机的内外方位元素[7,8]。

以待拍摄区域作为参考建立的坐标系称之为地球坐标系。以图片为参考建立的坐标系称之为图像坐标系[4,9]。(x,y,z)表示物点M在地球坐标系中的坐标,(u,v)表示与物点M对应的像点m在图像坐标系中的像素坐标值。依照DLT法可以写出[4]:

当拍摄的区域为水平面时,可以认为在上式中z为常数,为了运算方便假定z=0;则上式简化为

为了能求出L1,L2,L4,L5,L6,L8,L9,L10等8个未知参数,需要找出n(n≥4)对地球坐标系和图像坐标系中的对应点:(ui,vi)↔(xi,yi,)0i=,1,23......n,然后根据式(3),式(4)建立如下的方程组:

由式(5)求出L1,L2,L4,L5,L6,L8,L9,L10等8个未知参数后,根据以下公式求出地球坐标系坐标(x,y,0):

根据式(6),式(7)即可完成对图像的校正,把图像校正为俯视拍摄的图片。

从以上步骤中知道,在图像校正时,关键是找到n(n≥4)对对应点求出L1,L2,L4,L5,L6,L8,L9,L10等8个未知参数。传统的方法是在拍摄区域布放n(n≥4)个标定点,找出这些标定点在地球坐标系和图像坐标系中对应点的坐标。该方法存在一定的局限性,比如在一些特殊情况下,无法在拍摄现场布放标定点,另外在图像中由于标定点形状的影响有时无法得到其中心点坐标或得到的中心点坐标存在偏差,这些都会影响到图像校正的效果。本文给出了一种不需要安放任何标定点的方法,只利用摄像机的光学成像原理,找出四对虚拟对应点的坐标,从而求出L1,L2,L4,L5,L6,L8,L9,L10等8个未知参数。

2 四对虚拟对应点的坐标求解

如图1所示,在理想情况下,校正算法应能够将图1(a)中的长方形H′G′K′J′校正为图1(b)中的梯形HGKJ,因此找到了四对对应点:H↔H′,G↔G′,J↔J′,K↔K′。关键是求出这8个点的坐标。

假设摄像机感光元器件阵列的宽度为H′G′=w,感光元器件阵列的高度为H′J′=h。

在图2中点S代表摄像机镜头中心的位置,f为摄像机的焦距。摄像机的垂直半视角为

在摄影测量学中,主光轴SO与主垂线SW所夹的角∠WSO称为摄像机的像片倾角。平分倾角∠WSO的直线SC与像平面的交点为C,则交点C称为等角点,∠=∠CSOWSC。

令,其中α∠=WSB。

由图2,可以得出以下边的大小:

由图3可以求出以下边的大小:∆KJC′′相似于∆CJK,则有以下关系:

∆GHC′′相似于∆CHG,则有以下关系:

以上公式是在理想条件下根据摄像机内部光路图推导出来的,设拍摄的图像水平方向像素为Width,垂直方向像素为Height。为了便于图像的校正,对上述公式进行变换,均乘以系数k(其中k=w Width/)。则各边长分别为:JKk·,HGk·,BEk·。定义图像的左上角像素的坐标为(1,1),则有以下的对应关系:

由以上四对虚拟对应点,根据式(5)就可以求出L1,L2,L4,L5,L6,L8,L9,L10等8个未知参数。

3 实验结果

本次实验所用数字摄像机的主要性能指标为:

水平方向分辨率:Width=1 280;垂直方向分辨率:Height=1 024;

镜头的焦距:f=50 mm;感光阵列单元尺寸:5.2µm×5.2µm;

摄像机感光元器件阵列垂直方向尺寸为:Height=5.2µm×1 024=5.324 8 mm;

摄像机感光元器件阵列水平方向尺寸为:Width=5.2µm×1 280=6.656 mm;

摄像机主光轴与垂直方向的夹角为:∠WSO=55°,为此次实验的拍摄角度。

本实验求得4组对应点为

求得L1,L2,L4,L5,L6,L8,L9,L10等8个参数为

由于在拍摄停车场的图像时,并不能保证停车场中的长方形的一边与摄像机的感光阵列的横向完全平行,所以会使校正后的长方形产生一定角度的旋转,为了能够方便计算校正后图像中长方形的大小,需要对校正后的图像进行一定角度的旋转,使长方形的一边与图像的横方向平行。把图4中的原始图像校正旋转后的图像如图5所示。

在图5中,校正旋转后的图像中长方形的长宽分别为(单位:像素):AB=282;BC=504;CD=283;DA=504。

在现场实际测得的停车场中长方形的长宽分别为(单位:厘米):AB=CD=282,BC=DA=503。

另外,从不同角度和方位拍摄了5幅停车场图像,运用上面的方法对其进行了校正,校正结果如表1(单位:像素)。

从上面数据对比可知,校正后的图像与现场的实际物体的形状大小几乎相同,但也存在微小的误差。产生误差的原因为:

1)本文选择的是中心透视投影模型,但由于摄像机主光轴外光线,经光学系统成像后变为曲线,会使光学系统的成像产生微小畸变,从而影响了物体在影像中的几何形状[10,11]。另一方面上面的推导算法是在理想情况下假设摄像机的主光轴经过感光芯片阵列的中心,而实际上摄像机的主光轴并不一定经过感光芯片的中心,从而也使校正后的图像发生变形,产生误差。

2)在测量摄像机主光轴与垂直方向的夹角时也会产生测量误差,在旋转校正后的图像时旋转角度的确定也会存在误差,还有就是在校正后的图像中选取停车场中长方形顶点的像素位置坐标时也会产生误差。

结束语

本文给出了一种非标定点下的图像校正算法,对于一些无法在拍摄区域安放标定点的图像校正时给出了一种很好的解决方法。在使用该算法时需要注意以下几点,首先要求拍摄区域尽量为平坦的区域,要使摄像机感光矩阵的中心尽可能与镜头的靶面中心重合,要准确测量摄像机主光轴与垂直方向的夹角,最后还要知道摄像机具体的物理参数。在明确以上几点后,使用本方法会得到很好的图像校正效果。

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浅谈非标设备安装的质量控制 篇9

非标设备安装的质量控制要求我们有明确的质量目标, 有目的地通过计划、实施、检查和监督等活动, 进行质量目标的事前、事中和事后控制, 以达到预期的质量总目标, 保证安装的质量。

1 事前质量控制

在非标设备安装前进行的事前质量控制中, 我们应明确非标设备安装的质量目标, 根据目标编制安装质量计划、制定安装施工方案、设置质量控制点、落实相关责任。我们还要分析可能导致偏离质量目标的各种不利因素, 针对这些因素制定切实有效的预防措施, 争取把危害消灭在萌芽状态。非标设备安装质量的事前预控应包含安装技术准备工作的质量控制和现场安装准备工作的质量控制。

1.1 安装技术准备工作的质量控制

安装技术准备主要在室内进行, 内容比较繁琐。安装技术准备工作通常要严格审查安装人员的资格, 特别是电焊工、电工、起重工、电工等特殊工种, 必须持证上岗。并且必须从事与证件相匹配的工作, 坚决杜绝无证上岗, 因为合格的作业人员是产生合格产品的基础和根本, 没有合格的施工人员是很难安装出合格的设备的。安装技术准备工作还要熟悉施工图纸。施工图是非标设备安装的依据, 安装的位置、安装的标高、安装的轴线等详细信息都在施工图中具体体现, 所以要想安装出合格的非标设备, 必须对施工图非常熟悉, 做到了然于胸, 闭着眼睛在脑海里能勾勒出具体的安装位置和整体轮廓。熟悉完图纸后还要进行图纸会审, 提前发现安装过程中可能存在的问题, 对于有异议的地方或者不明白的地方都要在图纸会审中进行解决。安装技术准备工作还要重点编制安装施工方案, 施工方案是安装步骤的具体体现, 编制安装施工方案的目的就是做到施工有依据、有步骤。施工方案是技术人员智慧的结晶, 严格按照施工方案进行施工才能做到有路可依, 有章可循。当然施工方案只有严格进行交底才能让每一个施工作业人员掌握。施工方案必须分级逐层进行交底, 直至交底到每一个具体安装人员。安装技术准备工作也要进行技术培训, 特别是对于大型非标设备的安装, 很多安装人员以前根本就没有遇到过, 或者根本就没有听说过此设备。这就要求我们针对某些需要重点注意的地方进行技术培训, 使他们掌握这些技术, 以便更好地实施安装。

1.2 现场安装准备工作的质量控制

现场安装准备工作的质量控制通常包括测量控制和运抵现场的材料或者半成品的控制。测量放线是非标设备安装由设计转化为产品的第一步, 测量质量的好坏直接决定所安装设备的标高和中心线位置是否正确, 因此必须重视施工测量, 严格进行测量控制。安装单位必须建立基准线和水准点, 复核测量控制点, 严格按照基准线和水准点进行测量放线, 严格控制安装定位轴线和标高。对于大型非标设备很多都是分片或者分段到货的, 这类设备是将材料或者半成品运抵现场, 在施工现场边进行制作边进行安装的。对于运抵现场的材料或者半成品必须严格进行进场控制。对于这些原材料或者半成品必须现场开箱验收, 保证资料整全、有效, 有关技术指标符合设计及规范要求。

2 事中质量控制

非标设备安装的事中质量控制是重中之重, 其目标是确保各个工序的质量合格, 从根本上杜绝质量事故的发生。分片或者分段到货的非标设备, 现场施工的主要工序是组队、焊接和安装。安装质量控制的的重点就是对这些工序作业质量进行控制, 这些工序的控制中, 首先是安装施工人员的自控, 充分发挥安装施工人员的能力是保证作业质量的关键。其次是来自安装施工人员以外的各种质量检查、验收和监督, 它们也是必不可少的管理措施。

2.1 安装施工质量的自控

非标设备安装人员通过对自己质量行为的约束, 充分发挥其技术能力的自我控制在保证质量上是第一位的。安装各工序的质量控制从意识上来说, 强调的是安装人员的的岗位质量责任, 只有内心树立强大的责任感, 只有内心时刻绷紧质量这根弦, 才能自觉地在施工中严格按照规范和要求进行, 才能控制好安装各个工序的质量。对于工序的质量控制, 在安装时我们经常采用检查、测试、试验等手段来保证安装项目的实体质量。安装人员应根据质量标准、施工工艺要求以及操作规程等, 严格进行自检, 严格控制组队和焊接等工序的质量。特别是对有无损检测要求的焊接, 施工人员必须要按照焊接工艺进行, 还要按照要求在竣工图上标明焊缝位置及施焊焊工代号等相关内容。

2.2 安装施工质量的监控

非标设备安装中的他人监控, 是企业内部质检人员或企业外部有关方面监督检查业者的质量活动过程和结果。监控的目的同样是保证质量。监理单位作为监控的主体之一, 通常需要制定监理规划和实施细则, 在安装现场采取旁站、巡视、平行检验等形式, 对安装的质量进行监督检查, 如果发现不符合设计或规范要求, 有权要求改正。无损检测机构的监控, 主要是对有无损检测要求的焊缝进行检测, 检测应按照图纸或者规范的要求进行, 对于有缺陷的焊缝不得出具探伤报告。

需要强调的是, 在安装过程中, 安装质量的自控与监控是相辅相成的, 它们共同保障安装质量, 为实现安装质量的总目标而服务。其中自控主体的质量意识和施工能力是安装质量的决定因素, 各监控主体所进行的监控是对自控主体的约束, 因此必须正确处理好自控和监控的关系。安装人员在保证自检满足要求的同时, 还必须接受来自其他有关方面对其质量行为和结果的监督管理。

3 事后质量控制

非标设备安装的事后控制通常是对质量活动结果进行评价, 对工序质量偏差进行纠正, 对不合格部位进行整改, 事后控制的目的是安装出合格的设备。事后质量控制的核心是对不合格部位进行整改, 对于存在严重缺陷的必须重做;有一般缺陷的可以通过修补来消除缺陷, 对于个别指标不能满足要求的, 应请有资质的法定检测单位进行检测鉴定;对于严重的质量缺陷, 必须严格按照规范要求进行处理。

4 结语

非标设备安装的质量事前控制、事中控制、事后控制是一个系统的过程, 它们不是相互孤立和截然分开的, 它们的目的都是保证质量总目标, 为了更好地满足整个机电项目的需要。

参考文献

[1]任宏.工程项目管理[M].中国高等教育出版社, 2005, 10