[0001] 本发明属于水电工程机电设备安装领域，具体涉及一种基于激光测量的自动定子铁芯测量臂及测量补偿方法。

[0002] 水力发电作为一种高效、清洁、稳定的电力供应模式，在国内电力行业一直具有重要地位。近年水电工程机电设备安装技术飞速发展，但在一些基础测量手段上，仍存在方式传统和成效不高等问题。

[0003] 经调研，国内大中型水电站定子组装多采取工地现场叠装铁芯的方式，将定子铁芯环向分布设置在发电机壳体内壁，然后不断向上叠加环向设置的定子铁芯，在其施工过程中，普遍采用内径千分尺结合测圆架测量各个定子铁芯安装数据的方式以控制安装质量，保证各个定子铁芯安装位置无误。该测量方式目前存在以下问题：

[0004] 1.定子铁芯叠装测量控制点数量多、测量频次高，需人工升降和转动测圆架，进而将内径千分尺移动至各个测点，以完成所有测点(测点与定子铁芯数量对应)读数，单次测量时间长、效率较低；

[0005] 2.受测圆架尺寸和结构限制，测圆架本身存在一定扰度和弹性，每对准一点时，需等待其稳定后方可读数，影响测量效率；

[0006] 3.测量过程均为人工操作，受人为因素影响较大，测量精度、准度不稳定；

[0007] 4.现有的测量方法无法实现对定子铁芯测量臂的偏心补偿，在现有的测量方法中，定子测量臂中心体的圆心与定子铁芯所在圆的圆心不重合，导致出现偏心，从而导致测量不准确，只能通过人工尽可能将定子测量臂中心体的圆心和待测定子铁芯的圆心调整到一定公差范围内再进行测量，调整过程费时费力。

[0008] 综上，目前定子铁芯叠装测量工具较为落后，自动化程度低，受测量设备和人为因素影响大，测量精度和准度不稳定。

[0009] 本发明提出了一种基于激光测量技术的水电站定子组装用全自动定子铁芯叠装测量臂及定子测量臂测量偏心补偿方法，主要目的是控制定子铁心叠装测量控制精度，缩短定子铁芯叠装时序，提高安装效率，并且通过激光连续测量数据，可实现定子测量臂偏心补偿，可使用本发明的测量臂直接测量，省去同心调整过程，提高测量效率。

[0044] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 本发明一种基于激光测量的自动定子铁芯测量臂的实施例，如图1至图8所示。该测量臂包括设置在测圆架上的电机安装板18，电机安装板15上侧设置减速器19，减速器19的输入轴与伺服电机20的输出轴连接。减速器19的输出轴与转动设置在电机安装板18下侧的主动齿轮21连接，测圆架上转动设置中心体16，中心体16为套筒结构，中心体16顶部外圆周设置与主动齿轮21啮合的被动齿轮22，在伺服电机20的驱动下，中心体16能够围绕测圆架中心转动。伺服电机20与绝对编码器连接，用于精确控制中心体16的旋转。测圆架上的升降装置能够带动中心体16、电机安装板15沿测圆架升降。在本实施例中，主动齿轮21通过涨紧套安装在减速器19的输出轴上，被动齿轮22通过螺钉安装在中心体16上，主动齿轮21、被动齿轮22均采用运行更为稳定的斜齿轮。

[0046] 中心体16的底部设置中心体底座15，中心体底座15的一侧水平设置支撑臂14。中心体16的顶端一侧设置套筒17，套筒17与支撑臂14位于中心体16的同一侧。支撑臂14的中间位置设置底板13，底板13的顶部与套筒17连接，从而将底板13固定在中心体16上。在本实施例中，支撑臂14采用型号为4080的型材制成。

[0047] 底板13的底部垂直设置第二悬臂12，第二悬臂12的端部设置用于延长测量臂的第一悬臂5。第二悬臂12与第一悬臂5的连接部的顶部、两侧分别设置第一连接板7、第二连接板10、第三连接板23，将第二悬臂12、第一悬臂5连接起来。第一悬臂5采用规格为4080的型材，第二悬臂12采用规格为8080的型材，实现轻量化设计。

[0048] 第一悬臂5的端部设置导轨24，导轨24的延伸方向与第一悬臂5的延伸方向平行，导轨24的端部设置激光位移传感器1。导轨24通过螺母固定在第一悬臂5上，通过改变导轨24在第一悬臂5上的固定位置，进而改变激光位移传感器1在测量臂延长线上的位置，进而根据实际情况调整激光位移传感器1的位置。

[0049] 由于测量臂采用轻量化设计，因此，在测量臂转动时，受到重力、启停加速度的影响，测量臂容易振动、发生弹性形变，对测量结果造成不利影响。因此，采用拉杆增大测量臂的刚度及抗振性能。第一悬臂5端部的顶侧、两侧分别铰接第二长拉杆3、第一长拉杆2、第三长拉杆4，第二长拉杆3的另一端铰接在底板23的顶部，第一长拉杆2、第三长拉杆4的另一端分别铰接在支撑臂14的两端。第一连接板7上铰接第二短拉杆9，第二连接板10上铰接第三短拉杆11，第三连接板23铰接第一短拉杆8。第二短拉杆9的另一端铰接在底板23的顶部，第三短拉杆11、第一短拉杆8的另一端分别铰接在支撑臂14的两端。通过在第一悬臂5的端部与底板23及支撑臂14之间、第二悬臂12与第一悬臂5连接处和底板23及支撑臂14之间斜拉设置拉杆，在本发明实现轻量化设计的前提下，也能保证测量臂的刚度，避免重力和测量臂启停时的加速度对测量臂挠度和振动的影响，进而避免影响测量的准确性和稳定性。

[0050] 第一连接板7顶部竖直设置阻尼杆6，阻尼杆6的顶端与第二长拉杆3连接。在本实施例中，第一连接杆7的顶部竖直两个阻尼杆6，两个阻尼杆6的顶端分别位于第二长拉杆3的两侧并与第二长拉杆3连接，在测量臂旋转过程中，阻尼杆6可以进一步吸收振动，避免因测量臂因振动而导致的激光位移传感器1测量不准。

[0051] 将该测量臂设置在测圆架上，调整激光位移传感器1的位置，使其靠近定子铁芯但不接触，通过绝对编码器控制伺服电机20以一定的速度旋转，伺服电机20经减速器19和小齿轮21带动大齿轮22旋转，大齿轮22旋转带动中心体16旋转，进而带动第一悬臂5、第二悬臂12旋转；激光位移传感器1依次经过各个定子铁芯，实现对定子铁芯叠片的非接触测量，伺服电机20持续转动，在转动的过程中，对定子铁芯叠片进行测量，不用停下来对各个定子铁芯进行测量，提高测量效率。激光位移传感器1将测量的数据传递给电脑，通过电脑上的分析软件对测量数据进行分析、处理，可一次实现定子组装过程扭偏值的测量，提高测量效率。

[0052] 在本发明的其他实施例中，可以将第一悬臂5、第二悬臂12合并为一根悬臂，在该悬臂的端部及中间位置均铰接拉杆。

[0053] 在本发明的其他实施例中，可将底板23替换为支撑臂，多根支撑臂固定在中心体上，形成悬臂的根部。

[0054] 本发明一种基于激光测量的自动定子铁芯测量臂测量补偿方法的实施例，包括以下步骤：

[0055] 激光位移传感器调整至一定高度且激光位移传感器1旋转一圈后，得到各个定子铁芯对应的测量点位的角度θ和角度θ对应的测量距离r，其中角度θ为激光位移传感器1自起始测量点转过的角度，测量距离r为转过角度θ时测量点位与转动中心之间的距离；

[0056] 对各个测量点位的测量数据进行最小二乘圆拟合，得到拟合圆心0’(Δx，Δy)和偏心距离e，其中偏心距离e为拟合圆心O’与理想圆心O之间的距离；

[0057] 以理想圆心O建立直角坐标系，利用公式α＝90°‑arcsin(Δx/e)，求得拟合圆心0’与理想圆心O(0，0)的连线和水平线的夹角α，其中水平线即为直角坐标的X轴；

[0058] 将每个测量点位对应的测量数据中的角度θ分别加上α，得到修正后的角度β；

[0059] 利用cosγ＝cos(180°‑β)求得两条边夹角的余弦值，其中两条边分别为对应测量点位对应的测量距离r、偏心距离e；

[0060] 利用余弦定理求出该测量点位的实际半径R的值为√(r^2+e^2‑2recosY)。

[0061] 利用上述方法求出同一高度各个测量点位的实际半径R并与设计半径进行对比，根据对比的偏差对定子铁芯进行调整，以实现辅助安装；将测量臂升高一定高度，可以继续通过上述方法测量该高度各测量点位的实际半径。

[0062] 尽管已经展示和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。