大型钢结构工业部件的高精度检测与放样系统

　　6大型钢结构工业部件的高精度检测与放样系统李，松文灏李欣廖祥，李设郭兆棋钱叶祥王晨光卞杓桥梁厂宅鸡721006达到的精度及适用范围。着重讨论工件坐标系的确定方法及与测量坐标系之间的变换原理，说明工件上点位如螺孔和模板定向线放样原理及放样方法，在大型钢结构工业部件的加工工艺中。工件尺寸检测和孔群放样是关系工件产品质量的关键技术环节之。随着入肘技术的普遍应用和产品质量管理体系的建立，对加工工件进行直接的尺寸检测和高精度放样的需求也明显增加，例如磁悬浮铁路生产部件的放样与检测等。提高工件质量检验。量测水平和放样精度。降低工件返修率。是现代工厂企业提高生产效率的重要技术组成。国内现行的大型工业部件的检测主要还在使用各种卡尺。钢尺等原始测量工具。而工件放样则是利用为该类工件特制的平台和普通经炜仪。这种检测和放样的方法不仅不能提供高精度的结果，而且受人为因素影响，容易产生不可靠的结果。对不同尺寸的部件检测和放样，还需准备多种刻制有坐标格网线的平台。在实践中，加了生产成本和影响了生产效率。所以提供稳定。

　　可靠的亚毫米级精度检测和放样方法及应用系统，在大型工业部件的加工中具有普遍性意义，针对这种需求，本文介绍在安徽芜湖长江大桥建造工程中，我们联合研制设计并应用的种适用于大型钢结构工业部件高精度检测与放样系统。应用证明。工件尺寸检测误差不超过0.15，1.放样点位误差不超过0351.本成果还可为*终实现计算机模拟组装，改造现行的车间实际组装工序奠定良好的技术基础。

　　1系统组成原理本大型钢结构工业部件高精度尺寸检测和放样系统主要由高精度工业控制网1两台全站仪或电子经纬仪微机和若干专门设计制作的检测放样工具数据通讯设备和众多功能的计算机数据处理软件组成。

　　硬件组成讯配置情况。中高精度工业控制网由个测墩881.882，888和个平面定向点999组成，总控制面积181 6瓜各测墩上安装有强制对中装置。平均平面精度为士01.高程平均精度为±0.0512各测墩与微机之间在地下预埋数据通讯线。通过智能多用户串行卡与计算机相连。观测数据自两台全站仪或电子经纬仪实时传递第作者李建松男1963年4月出生副教授博士研宄生给计算机，进行实时处理，配合自行研制的检测和放样专用工具。进行检测与放样工作。专用工具2.主要有孔心定位器2打点器和打点针21线放样器2，和测标21等。

　　心定位器用于测定检孔中心位置检测对称栓孔的同心度。打点器为圆柱形。中间有圆孔，以便打点针通过。打点器主要用于独立点放样。测标和打点器底部均镶嵌有强力永久性磁铁以便在钢结构工件上固定。线放样器由磁性座。千分卡尺和滑块组成。滑块中央刻有两个垂直于千分卡尺的圆孔。以便打点针通过。线放样器用于在工件上放样模板定向圈线。打点针经特殊处理，有足够的强度，其上刻有用于测量瞄准的标志。测标为长方体方块。其上刻有标志线用于精确照准目标。本工程中全站仪使用了测角精度为士2的索佳仪器也可选用同等精度水平的瑞士莱卡全站仪。理论上检测与放样的精度只受控制网和选用的仪器精度影响，建立更高精度的控制网和使用更高档次的测量仪器。可获得±，12化1的检测与放样精度，标阁3软件系统功能组成和。1作流程1.2软件组成软件运行平台为9由数据实时通讯模块仪器定向模块前方交会模块坐标变换模块。尺寸检测模块。

　　放样模块参数计算和报输出模块组成。主要功能包括接收并实时处理与计算机联机的全站仪传送的水平角天顶距数据；自动完成仪器定向计算。坐标计算。放样角度计算及坐标差计算；自动确定工件坐标系并进行测墩坐标系与工件坐标系之间的维空间坐标的相互转换进行孔位放样和固定模板定向圈线放样的计算；计算并制输出工件的几何检测尺寸及公差；提供工件的平面度垂直度旁弯扭曲中轴位置栓孔同心度等技术检测结果。

　　2系统工作原理系统工作的基本流程3.安置在测墩上的全站仪向计算机实时传送观测数据。软件实时计算观测点在测墩坐标系内的维坐标。根据布置的特征点确定工件坐标系不同形状的工件确定方法略有区别并进行测墩坐标系与工件坐标系的变换。根据工件坐标系的坐标，即可以进行尺寸检测内容的计算。随后依据两坐标系之间的变换关系。

　　可对独立孔位按理论的水平角和天顶距。利用打点器和打点针进行放样。同样地。利用线放样器可对任意方向的模板定向线进行放样，这是普通经纬仪反转平台坐标格网线的方法无法做到的。检测与放样工件的尺寸大小仅受控制场大小限制，因而系统在对工件尺寸要求方面具有很大的灵活性21通讯与定向为提高工作效率和使用方便，各测墩与计算机之间均预埋设了数据通讯线，并通过智能多用户串疔卡与计算机连接。在数据通讯上保证各测墩分别对应于个固定的数据通讯端口。安置在测墩上的全站仪的定向分平面和高程两步进行，目的是保证定向精度。水平方向所有测墩上，器均fWIIW9yijAR！ilijqiijji！。t5m远。通过塔式照准杆，全站仪向计算机传递自身测墩高程。2.2工件坐标系的确定业的布置情况。任意放置于控制场内。顺次在测墩881885及884888安置全站仪，借助放置在工件两端箱口上的16 122328测量标志，测定其在测墩坐标系的维坐标为了减小直接由标志点坐标重心化带来的中心坐标误差由标志点位置引起先根据这些标志点所在边确定121314坐标。啦心化后求出，2利1化坐标1以01为工件坐标系原点，通过，2，3的平面为1；坐标面为轴正方陆向上为轴正方陆建立左手系笛卡儿汇卞坐标系。

　　23.平标变换在进行某些检测参数和工件放样时，需进行测墩坐标系212与工件坐标系，之间的坐标变换。解求确定两坐标系变换的六个参数个角元素少汰人，个在工件坐标系，令其中，2，为任届假定数值，为，2的距离，可由其重心坐标计算求得。

　　庄测墩平标系令，对应的洌墩米标系啦心化坐标。根据以下维坐标变换公式可解六个变换参数，其中及为坐标旋转矩阵，为温度改正系数。计算时根据给定条件，分别绕271轴做维平面旋转，并先依次计算尺，3角，再由正弦和余弦函数构成及。根据对所有测墩坐标做维旋转。反之，由于及是正交矩阵对其进行转置便可进行工件坐标到测墩坐标的变换。需要指出的是，2的长度因工件加工的原因，同种工件其长度般均不等放样时应将坐标系原点平移到列的基准线0=，亦即节点中心线上。

　　放样分为点位放样和模板定向圈线放样两类，241点位放样按点位纸坐标即理论坐标之，计算在测，坐标系内某两测墩上全站仪应配置的水平角天顶距。考虑到测量误差的影响和工件面的平整性，会导致待放样点交汇H时指挥移动打点器，可趋近地找到欲放样的点位并打点。

　　242模板定向圈线放样对孔群的定位是通过模板进行的。为了在工件上精确放代钻孔模板。需哎1件上放样14所小的=Cv行于工件坐标平面，因此放样时只要保证故样的点落在圈线上即可。也就是说，个坐标只要某个坐标满足要求。为此采用了不同于点位放样的特殊方法。例放样=的圈线使用2，线放样器，将其放置在。1=心线附近，测定其上的打点针坐标，并将测墩坐标实时转换到工件坐标比较1坐标与的差，看是否小于限羞若不满迅移动滑奥重复上述步骤，直至满足限差要求。依此完成所有圈线的放样，结合梁负弯矩区模型试验研宄刘自明汪双炎童智洋中铁大桥局桥梁科学研宄院武汉430034析，结合梁充分发挥了混凝土抗压和钢材抗拉强度高的特点，具有强度高塑性好。刚度大。经济适用等特点，但同时，结合梁在外荷载作用下。负弯矩区中处于受拉状态的混凝土板常因拉力过大而开裂，导致梁体刚度降低，承载能力下降。

　　若再施加高周反复荷载负弯矩区的受力特性如何。国内夕负弯矩区在疲劳和极限状态下的受力特性。

　　1投型试验1.1模型设讣试件人为简支带悬臂的结合梁。混凝土板采用预应力钢筋混凝土。每根预应力筋张拉控制力为33化试件8为连续结合梁。混凝土板为普通钢筋混凝土。两试件钢材均采用14，阶1钢；剪力钉采用胗22栓钉，沿纵向均为两排。横向间距9肌试件人剪力钌纵向间距22两支座间间距30；试件8剪力钉纵向间距两试件的结构形式1.

　　在这两个试件中，负弯矩区的接缝混凝土均采用高配筋率的普通钢筋混凝土。纵向截面配筋率分别为3.5和2 3，未采用预应力混凝土。国内外研宄资料明。为减少第作者刘自明男1963年2月出生高级工程师收稿日期200107n 2.5检测参数计算件的几何加工尺寸可由测量坐标由软件直接计算，包括工件实际长度。箱口的高宽和对角线长度等。平面的平行性垂直性则根据平面方程由测量的特征点计算。通过比较特征点的坐标。还可获得工件扭曲旁弯和孔群栓孔同心度等参数。这些参数用于检测产品加工水平和质量控制。

　　实验证明。使用测角精度为2的索佳全站仪为观测设备。模板，线放样平均精度达到±035成品孔位检测平均精度±25，对用于钻孔的模板孔位检测平均精度±，15.在测量和放样作业时，还可以使用多测回法或选用测角精度更高的观测仪器进步提高精度。高精度工业控制网的测墩数量及控制面积可根据测量对象尺寸灵活决定。不受本文实例限制，除了工件坐标系的确定会因不同同工业部件并无区别，据查新资料，本系统是国内外首次建立，现在正进行本系统的自动化研宄工作。

　　1冯文灏。李义，李建松。李欣，等。用于工业部件放样与检测的特高精度工业测量3维控制网的建立。测绘学报，20002冯文灏。工业测量中特精度控制网的建立方法。武汉测绘科