專利名稱：鋼索塔節(jié)段三維跟蹤測量劃線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用三維激光跟蹤測量儀對鋼索塔節(jié)段進(jìn)行測量，用測量數(shù)據(jù)處理開發(fā)的軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行六維計(jì)算處理的方法，屬鋼索塔節(jié)段制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在國外橋梁鋼索塔節(jié)段制造領(lǐng)域，端面加工傳統(tǒng)的測量劃線方法是，用鋼卷尺測量并用劃針劃出節(jié)段兩端口壁板上的8個中點(diǎn)，對節(jié)段進(jìn)行控力支撐并將其調(diào)整至水平狀態(tài)，經(jīng)過均溫后，用經(jīng)緯儀、水平儀等光學(xué)測量儀對所劃中點(diǎn)反復(fù)進(jìn)行測量和修正，重新確定出新的8個中點(diǎn)，要求新確定的中點(diǎn)分別在節(jié)段的橫橋和順橋軸線面上，前后端口對應(yīng)中點(diǎn)連線即為節(jié)段軸線，在此基礎(chǔ)上用經(jīng)緯儀以軸線為基準(zhǔn)，經(jīng)過3次返線，劃出一端端面機(jī)加工線，用鋼卷尺控制節(jié)段長度劃出另一端端面加工線。在端面加工找正時(shí)，端面加工線和軸線是最重要的找正基準(zhǔn)。傳統(tǒng)測量劃線方法的不足主要是作業(yè)過程復(fù)雜，效率較低，劃線精度不高。根據(jù)從日本專家咨詢的結(jié)果得知，用傳統(tǒng)測量劃線方法完成一個節(jié)段的測量劃線作業(yè)需要2個工作日左右，不能滿足橋梁鋼索塔制造工程進(jìn)度要求。另外，單從技術(shù)角度講，傳統(tǒng)測量劃線方法完成直線索塔節(jié)段的測量劃線是可以的，但橋梁索塔是曲線形索塔，傳統(tǒng)測量劃線方法如不改進(jìn)是無法使用的。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計(jì)目的避免背景技術(shù)中的不足之處，采用三維激光跟蹤測量儀對鋼索塔節(jié)段跟蹤測量劃線的方法。
設(shè)計(jì)方案為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)目的，在方法設(shè)計(jì)上橋梁鋼索塔節(jié)段在其端面機(jī)加工完成前后各安排一次空間測量和基準(zhǔn)標(biāo)識。第一次有兩個內(nèi)容，一是劃出端面機(jī)加工線作為兩個端面粗加工找正基準(zhǔn)，二是設(shè)置激光靶標(biāo)作為第一個端面精加工找正基準(zhǔn)；第二次的內(nèi)容是在壁板上劃出節(jié)段軸線和橋位安裝測量標(biāo)志。兩次測量劃線具體內(nèi)容和方法如下(一)工件狀態(tài)的控制由于工件溫度場分布變化、測量作業(yè)環(huán)境溫度變化、工件支撐點(diǎn)位置的不同、支撐反力大小的不同分布等因素會直接引起工件尺寸和形狀的變化，為了盡量減小這些因素對測量的影響，保證測量結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確性，在兩次空間測量和劃線時(shí)均對工件狀態(tài)按如下要求控制1、支撐反力要求支撐反力的不同組合會引起節(jié)段不同程度的扭曲變形，根據(jù)有限元計(jì)算分析和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，只要支撐反力的大小按要求控制(見圖1和式1、2所示)，節(jié)段的扭曲變形就能控制在可接受的范圍之內(nèi)。
式1|N1-N2|N1+N2≤0.05]]>式2N3-N4N3+N4≤0.05]]>2、支撐點(diǎn)位置要求支撐點(diǎn)位置的不同會引起節(jié)段不同程度的彎曲變形。用有限元分析方法對節(jié)段進(jìn)行4點(diǎn)支撐的受力變形分析后的結(jié)論是，要使節(jié)段在平放支撐狀態(tài)下和立放狀態(tài)下兩端面夾角一致，支撐點(diǎn)的位置必須按照計(jì)算結(jié)果布設(shè)。橋梁鋼索塔節(jié)段的規(guī)格共有13種，對每一種規(guī)格的節(jié)段均進(jìn)行了有限元分析，給出了明確的支撐點(diǎn)位置。
3、工件溫度和作業(yè)環(huán)境溫度要求工件溫度場分布變化不僅會引起工件尺寸的變化，而且會引起工件形狀的變化，而測量過程作業(yè)環(huán)境溫度的變化又會引起工件溫度場分布的變化。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，按如下條件進(jìn)行溫度控制，就能控制它對測量精度的影響。①測量過程工件壁板與腹板溫差不超過2℃；②測量過程作業(yè)環(huán)境溫度變化不超過2℃。
(二)節(jié)段端面機(jī)加工前空間測量和劃線1、空間測量用三維跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)(圖2)及壁板上的3個激光站標(biāo)(圖2中三個圓點(diǎn)標(biāo)記)進(jìn)行空間測量。測量完成后在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型(圖2)。
2、軸線的計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，在計(jì)算機(jī)中利用節(jié)段端面角點(diǎn)的理論數(shù)據(jù)構(gòu)造理論節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型。用測量數(shù)據(jù)處理程序在同一坐標(biāo)系中將理論節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型進(jìn)行最小二乘法意義上的擬合，X、Y、z，θx，θy’θz表示實(shí)際模型與理論模型空間位置、姿態(tài)、差異變量，其數(shù)學(xué)模型f(x,y,z,θx,θy,θz)=Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2),]]>求解Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz，使其滿足f(Δx,Δy,Δz,Δθx,Δθy,Δθz)=min(Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2)),]]>則，Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz表示對實(shí)際模型與理論模型進(jìn)行最佳擬合時(shí)，實(shí)際模型需要調(diào)整的空間位置姿態(tài)參數(shù)。
式中x，y，z，θx，θy，θz為表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型在坐標(biāo)系中的位置姿態(tài)變量，當(dāng)表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型與表示理論數(shù)據(jù)模型的位置關(guān)系滿足以上條件時(shí)，用表示理論數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面代表表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面；dx表示測點(diǎn)到橫橋向基準(zhǔn)面的距離；dy表示測點(diǎn)到順橋向基準(zhǔn)面的距離；dz表示測點(diǎn)到理論端面的距離。。
3、劃節(jié)段軸線和端面機(jī)加工線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘法最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線，根據(jù)計(jì)算結(jié)果用專用劃線工裝在工件壁板表面劃出端面機(jī)加工線及節(jié)段軸線(基準(zhǔn)面與壁板的交線)，這些線在端面粗加工時(shí)作找正基準(zhǔn)用(圖4)。
4、計(jì)算第一個端面精機(jī)加工找正參數(shù)在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出壁板上3個激光站標(biāo)坐標(biāo)值與理論節(jié)段橫橋順橋向軸心面及端面的空間關(guān)系(參數(shù))，從而實(shí)現(xiàn)用三個激光站標(biāo)的空間位置來代替工件的空間位置。第一個端面精加工時(shí)只要調(diào)整好三個激光站標(biāo)與機(jī)床的位置關(guān)系，也就調(diào)整好了工件與機(jī)床的位置關(guān)系。
(三)端面機(jī)加工后空間測量和劃線1、空間測量方法與端面機(jī)加工前空間測量劃線基本相同，區(qū)別是不測量節(jié)段上固定的三個激光站標(biāo)。
2、重劃節(jié)段軸線方法與端面機(jī)加工前空間測量劃線基本相同，區(qū)別是不劃端面加工線。
3、節(jié)段橋位安裝測量標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置根據(jù)鋼索塔橋位安裝時(shí)線形監(jiān)控的要求，在節(jié)段表面用羊沖眼按圖5布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)。為了橋位測量時(shí)能較快找到目標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)志點(diǎn)上均用直徑40mm的反光紙蓋鐵，反光紙中心有一小孔，將測量標(biāo)志點(diǎn)羊沖眼露出。其技術(shù)方案鋼索塔節(jié)段三維跟蹤測量劃線方法，(一)工件狀態(tài)控制①支撐反力要求|N1-N2|N1+N2≤0.05,]]>式中，N1和N2表示支撐反力，N1-N2表示支撐反力差，N1+N2表示支撐反力和，|N3-N4|N3+N4≤0.05]]>式中，N3和N4表示支撐反力，N3-N4表示支撐反力差，N3+N4表示支撐反力和；②支撐點(diǎn)位置要求節(jié)段在平放支撐狀態(tài)下和立放狀態(tài)下兩端面夾角一致；③工件溫度和作業(yè)環(huán)境溫度要求a、測量過程工件壁板與腹板溫差不超過2℃，b、測量過程作業(yè)環(huán)境溫度變化不超過2℃；(二)節(jié)段端面機(jī)加工前的空間測量劃線①空間測量用激光三維跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)及壁板上的3個激光站標(biāo)進(jìn)行空間測量，測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；②基準(zhǔn)的計(jì)算在計(jì)算機(jī)中利用節(jié)段端面角點(diǎn)的理論數(shù)據(jù)構(gòu)造理論節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型，用測量數(shù)據(jù)處理程序在同一坐標(biāo)系中將理論節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型進(jìn)行最小二乘法意義上的擬合，X、Y、z，θx，θy，θz表示實(shí)際模型與理論模型空間位置、姿態(tài)、差異變量，其數(shù)學(xué)模型f(x,y,z,θx,θy,θz,)=Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2),]]>求解Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz，使其滿足f(Δx,Δy,Δz,Δθx,Δθy,Δθz)=min(Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2)),]]>則，Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz表示對實(shí)際模型與理論模型進(jìn)行最佳擬合時(shí)，實(shí)際模型需要調(diào)整的空間位置姿態(tài)參數(shù)。
式中x，y，z，θx，θy，θz為表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型在坐標(biāo)系中的位置姿態(tài)變量，當(dāng)表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型與表示理論數(shù)據(jù)模型的位置關(guān)系滿足以上條件時(shí)，用表示理論數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面代表表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面；dx表示測點(diǎn)到橫橋向基準(zhǔn)面的距離；dy表示測點(diǎn)到順橋向基準(zhǔn)面的距離；dz表示測點(diǎn)到理論端面的距離；③劃節(jié)段軸線和端面機(jī)加工線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線，根據(jù)計(jì)算結(jié)果用劃線工裝在工件壁板表面劃出端面機(jī)加工線及節(jié)段軸線(基準(zhǔn)面與壁板的交線)，這些線在端面粗加工時(shí)作找正基準(zhǔn)用；④計(jì)算第一個端面精機(jī)加工找正參數(shù)在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出壁板上3個激光站標(biāo)坐標(biāo)值與理論節(jié)段橫橋順橋向軸心面及端面的空間關(guān)系(參數(shù))，用三個激光站標(biāo)的空間位置來代替工件的空間位置，第一個端面精加工時(shí)只要調(diào)整好三個激光站標(biāo)與機(jī)床的位置關(guān)系，也就調(diào)整好了工件與機(jī)床的位置關(guān)系；(三)端面機(jī)加工后空間測量和劃線①空間測量用三維激光跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)進(jìn)行空間測量，測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；②重劃節(jié)段軸線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線；③節(jié)段橋位安裝測量標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置根據(jù)鋼索塔橋位安裝時(shí)線形監(jiān)控的要求，在節(jié)段表面用羊沖眼布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，在鋼橋索塔節(jié)段制造工程中使用的是三維激光跟蹤測量儀測量劃線方法，同傳統(tǒng)測量劃線方法相比，不僅是使用了高精度的測量儀器，它還在軸線的確定及基準(zhǔn)的設(shè)定方面明顯有技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容。本文中鋼橋鋼索塔節(jié)段測量劃線方法是國際上在該領(lǐng)域在第一次應(yīng)用高精度的激光跟蹤測量技術(shù)和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)綜合測量系統(tǒng)。它的應(yīng)用，不僅使測量劃線精度明顯提高，而且使測量劃線時(shí)間縮短到2小時(shí)。


圖1是鋼索塔節(jié)段工件狀態(tài)的控制示意圖。
圖2是節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)及壁板上的3個激光站標(biāo)示意圖。
圖3是理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)測數(shù)據(jù)模型擬合示意圖。
圖4是劃節(jié)段軸線和端面機(jī)加工線示意圖。
圖5是節(jié)段橋位安裝測量標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置示意圖。
圖6是用三維跟蹤測量儀測量確定工件與機(jī)床的準(zhǔn)確位置關(guān)系示意圖。
圖7是用三維跟蹤測量儀對機(jī)床上的3個特征點(diǎn)進(jìn)行測量示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1參照附圖1～5。鋼索塔節(jié)段空間測量方法，(一)工件狀態(tài)控制①支撐反力要求|N1-N2|N1+N2≤0.05,]]>式中，N1和N2表示支撐反力，N1-N2表示支撐反力差，N1+N2表示支撐反力和，|N3-N4|N3+N4≤0.05]]>式中，N3和N4表示支撐反力，N3-N4表示支撐反力差，N3+N4表示支撐反力和；②支撐點(diǎn)位置要求節(jié)段在平放支撐狀態(tài)下和立放狀態(tài)下兩端面夾角一致，也就是說，鋼索塔節(jié)段在平放支撐狀下，兩端面所產(chǎn)生的微變形與鋼索塔節(jié)段立放支撐狀態(tài)下，兩端面所產(chǎn)生的微變形夾角一致。方法是用有限元分析方法找出支撐鋼索塔節(jié)段支撐點(diǎn)的位置，確保鋼索塔節(jié)段在平放支撐狀態(tài)下和立放支撐狀態(tài)下，其端面夾角的一致性；③工件溫度和作業(yè)環(huán)境溫度要求a、測量過程工件壁板與腹板溫差不超過2℃，也就是說，鋼索塔節(jié)段四周的壁板與位于鋼索塔節(jié)段腔內(nèi)的腹板溫差在加工時(shí)不能超過2℃；b、測量過程作業(yè)環(huán)境溫度變化不超過2℃，也就是說，鋼索塔節(jié)段在測量的過程中，其環(huán)境溫度變化不能超過所設(shè)定溫度的±1℃。
(二)節(jié)段端面機(jī)加工前空間測量和劃線①空間測量用三維激光跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)及壁板上的3個激光站標(biāo)進(jìn)行空間測量，也就是說，在鋼索塔節(jié)段端面輪廓上均勻布有3個或多個點(diǎn)、在鋼索塔節(jié)段的壁板上先3個或多個激光站標(biāo)(3個激光站標(biāo)可以建立一個坐標(biāo)系)，然后用三維激光跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；②軸線的計(jì)算在計(jì)算機(jī)中利用節(jié)段端面角點(diǎn)的理論數(shù)據(jù)構(gòu)造理論節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型，用測量數(shù)據(jù)處理程序(MATLAB)在同一坐標(biāo)系中將理論節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型進(jìn)行最小二乘法意義上的擬合，X、Y、z，θx，θy，θz表示實(shí)際模型與理論模型空間位置、姿態(tài)、差異變量，其數(shù)學(xué)模型f(x,y,z,θx,θy,θz)=Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2),]]>求解Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz，使其滿足f(Δx,Δy,Δz,Δθx,Δθy,Δθz)=min(Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2)),]]>則，Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz表示對實(shí)際模型與理論模型進(jìn)行最佳擬合時(shí)，實(shí)際模型需要調(diào)整的空間位置姿態(tài)參數(shù)。
式中x，y，z，θx，θy，θz為表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型在坐標(biāo)系中的位置姿態(tài)變量，當(dāng)表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型與表示理論數(shù)據(jù)模型的位置關(guān)系滿足以上條件時(shí)，用表示理論數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面代表表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面；dx表示測點(diǎn)到橫橋向基準(zhǔn)面的距離；dy表示測點(diǎn)到順橋向基準(zhǔn)面的距離；dz表示測點(diǎn)到理論端面的距離；③劃節(jié)段軸線和端面機(jī)加工線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘法最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線，根據(jù)計(jì)算結(jié)果用劃線工裝在工件壁板表面劃出端面機(jī)加工線及節(jié)段軸線(基準(zhǔn)面與壁板的交線)，這些線在端面粗加工時(shí)作找正基準(zhǔn)用；④計(jì)算第一個端面精機(jī)加工找正參數(shù)在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出壁板上3個激光站標(biāo)坐標(biāo)值與理論節(jié)段橫橋順橋向軸心面及端面的空間關(guān)系(參數(shù))，用三個激光站標(biāo)的空間位置來代替工件(鋼索塔節(jié)段)的空間位置，第一個端面精加工時(shí)只要調(diào)整好三個激光站標(biāo)與機(jī)床的位置關(guān)系，也就調(diào)整好了工件與機(jī)床的位置關(guān)系，具體說，鋼索塔節(jié)段端面機(jī)加工找正及定位方法是指參照附圖6和7。
端面粗加工找正用數(shù)控液壓定位系統(tǒng)對節(jié)段進(jìn)行控力支撐，同時(shí)以節(jié)段端面機(jī)加工線為基準(zhǔn)，調(diào)整節(jié)段空間姿態(tài)使其定位于正確的機(jī)加工位置。
第1個端面精加工找正1、將均溫后待加工節(jié)段運(yùn)至機(jī)床加工位置，并對鋼索塔節(jié)段進(jìn)行控力支撐；2、用三維跟蹤測量儀對機(jī)床及節(jié)段壁板上的3個激光站標(biāo)進(jìn)行測量，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定出工件與機(jī)床準(zhǔn)確的位置關(guān)系，同時(shí)也計(jì)算出工件位置的調(diào)整參數(shù)；3、用數(shù)控液壓調(diào)整裝置依據(jù)步驟2中的計(jì)算結(jié)果調(diào)整工件的姿態(tài)，并重復(fù)步驟2，直至節(jié)段第1個端面與機(jī)床加工平面的夾角達(dá)到要求；4、鎖定定位裝置，以保證節(jié)段空間姿態(tài)和位置的穩(wěn)定性；
第2個端面精加工找正1、先將節(jié)段運(yùn)至機(jī)床加工位置，使第2個端面面向機(jī)床，并用數(shù)控液壓支撐定位系統(tǒng)對工件進(jìn)行控力支撐；2、用三維跟蹤測量儀對機(jī)床上的3個特征點(diǎn)進(jìn)行測量，建立機(jī)床坐標(biāo)系；3、用三維跟蹤測量儀在機(jī)床坐標(biāo)系中對已完成機(jī)加工的第一個端面進(jìn)行空間測量，用計(jì)算機(jī)程序?qū)y量結(jié)果進(jìn)行處理，將處理結(jié)果和精度管理所確定的修正值進(jìn)行對比，確定出工件姿態(tài)應(yīng)調(diào)整的角度α角和β角，然后用數(shù)控液壓支撐定位系統(tǒng)先將工件繞x軸旋轉(zhuǎn)α角，再繞y軸旋轉(zhuǎn)β角，使已機(jī)加工的下端面法向向量與機(jī)床坐標(biāo)系yz面平行、與xy面達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的角值；4、用三維跟蹤測量儀復(fù)核端面1在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，完成端面2的機(jī)加工測量定位作業(yè)。
④計(jì)算第一個端面精機(jī)加工找正參數(shù)在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出壁板上3個激光站標(biāo)坐標(biāo)值與理論節(jié)段橫橋順橋向軸心面及端面的空間關(guān)系(參數(shù))，用三個激光站標(biāo)的空間位置來代替工件的空間位置，第一個端面精加工時(shí)只要調(diào)整好三個激光站標(biāo)與機(jī)床的位置關(guān)系，也就調(diào)整好了工件與機(jī)床的位置關(guān)系；(二)端面機(jī)加工后空間測量和劃線①空間測量用三維激光跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)進(jìn)行空間測量，測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；②重劃節(jié)段軸線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線；③節(jié)段橋位安裝測量標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置根據(jù)鋼索塔橋位安裝時(shí)線形監(jiān)控的要求，在節(jié)段表面用羊沖眼布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)，為了橋位測量時(shí)能較快找到目標(biāo)點(diǎn)，標(biāo)志點(diǎn)上均用直徑40mm的反光紙蓋鐵，反光紙中心有一小孔，將測量標(biāo)志點(diǎn)羊沖眼露出。
需要理解到的是上述實(shí)施例雖然對本發(fā)明作了比較詳細(xì)的說明，但是這些說明只是對本發(fā)明的簡單說明，而不是對本發(fā)明的限制，任何不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鋼索塔節(jié)段三維跟蹤測量劃線方法，其特征是(一)工件狀態(tài)控制①支撐反力要求|N1-N2|N1+N2≤0.05,]]>式中，N1和N2表示支撐反力，N1-N2表示支撐反力差，N1+N2表示支撐反力和，|N3-N4|N3+N4≤0.05]]>式中，N3和N4表示支撐反力，N3-N4表示支撐反力差，N3+N4表示支撐反力和；②支撐點(diǎn)位置要求節(jié)段在平放支撐狀態(tài)下和立放狀態(tài)下兩端面夾角一致；③工件溫度和作業(yè)環(huán)境溫度要求a、測量過程工件壁板與腹板溫差不超過2℃，b、測量過程作業(yè)環(huán)境溫度變化不超過2℃；(二)節(jié)段端面機(jī)加工前的空間測量劃線①空間測量用激光三維跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)及壁板上的3個激光站標(biāo)進(jìn)行空間測量，測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；②基準(zhǔn)的計(jì)算在計(jì)算機(jī)中利用節(jié)段端面角點(diǎn)的理論數(shù)據(jù)構(gòu)造理論節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型，用測量數(shù)據(jù)處理程序在同一坐標(biāo)系中將理論節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型進(jìn)行最小二乘法意義上的擬合，X、Y、z，θx，θy，θz表示實(shí)際模型與理論模型空間位置、姿態(tài)、差異變量，其數(shù)學(xué)模型f(x,y,z,θx,θy,θz)=Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2),]]>求解Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz，使其滿足f(Δx,Δy,Δz,Δθx,Δθy,Δθz)=min(Σi=1n(dxi2+dyi2+dzi2)),]]>則，Δx，Δy，Δz，Δθx，Δθy，Δθz表示對實(shí)際模型與理論模型進(jìn)行最佳擬合時(shí)，實(shí)際模型需要調(diào)整的空間位置姿態(tài)參數(shù)。式中x，y，z，θx，θy，θz為表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型在坐標(biāo)系中的位置姿態(tài)變量，當(dāng)表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型與表示理論數(shù)據(jù)模型的位置關(guān)系滿足以上條件時(shí)，用表示理論數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面代表表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的基準(zhǔn)面；dx表示測點(diǎn)到橫橋向基準(zhǔn)面的距離；dy表示測點(diǎn)到順橋向基準(zhǔn)面的距離；dz表示測點(diǎn)到理論端面的距離。③劃節(jié)段軸線和端面機(jī)加工線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線，根據(jù)計(jì)算結(jié)果用劃線工裝在工件壁板表面劃出端面機(jī)加工線及節(jié)段軸線(基準(zhǔn)面與壁板的交線)，這些線在端面粗加工時(shí)作找正基準(zhǔn)用；④計(jì)算第一個端面精機(jī)加工找正參數(shù)在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出壁板上3個激光站標(biāo)坐標(biāo)值與理論節(jié)段橫橋順橋向軸心面及端面的空間關(guān)系(參數(shù))，用三個激光站標(biāo)的空間位置來代替工件的空間位置，第一個端面精加工時(shí)只要調(diào)整好三個激光站標(biāo)與機(jī)床的位置關(guān)系，也就調(diào)整好了工件與機(jī)床的位置關(guān)系；(三)端面機(jī)加工后空間測量和劃線①空間測量用三維激光跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)進(jìn)行空間測量，測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；②重劃節(jié)段軸線在節(jié)段理論模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型最小二乘最佳擬合狀態(tài)下，求出理論節(jié)段模型表示理論數(shù)據(jù)模型橫橋和順橋向軸心面與實(shí)際塔段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型的交線；③節(jié)段橋位安裝測量標(biāo)志點(diǎn)設(shè)置根據(jù)鋼索塔橋位安裝時(shí)線形監(jiān)控的要求，在節(jié)段表面用羊沖眼布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼索塔節(jié)段三維跟蹤測量劃線方法，其特征是在鋼索塔節(jié)段端面輪廓上均勻布有3個或多個點(diǎn)、在鋼索塔節(jié)段的壁板上先3個或多個激光站標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼索塔節(jié)段三維跟蹤測量劃線方法，其特征是在鋼索塔節(jié)段表面用羊沖眼布設(shè)標(biāo)志點(diǎn)，標(biāo)志點(diǎn)上均用直徑40mm的反光紙蓋鐵，反光紙中心有一小孔，將測量標(biāo)志點(diǎn)羊沖眼露出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼索塔節(jié)段三維跟蹤測量劃線方法，其特征是機(jī)加工找正是指(一)端面粗加工找正，用數(shù)控液壓定位系統(tǒng)對節(jié)段進(jìn)行控力支撐，同時(shí)以節(jié)段端面機(jī)加工線為基準(zhǔn)，調(diào)整節(jié)段空間姿態(tài)使其定位于正確的機(jī)加工位置；(二)第1個端面精加工找正①將均溫后待加工節(jié)段運(yùn)至機(jī)床加工位置，并對鋼索塔節(jié)段進(jìn)行控力支撐；②用三維跟蹤測量儀對機(jī)床及節(jié)段壁板上的3個激光站標(biāo)進(jìn)行測量，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定出工件與機(jī)床準(zhǔn)確的位置關(guān)系，同時(shí)也計(jì)算出工件位置的調(diào)整參數(shù)；③用數(shù)控液壓調(diào)整裝置依據(jù)步驟2中的計(jì)算結(jié)果調(diào)整工件的姿態(tài)，并重復(fù)步驟2，直至節(jié)段第1個端面與機(jī)床加工平面的夾角達(dá)到要求；④鎖定定位裝置，以保證節(jié)段空間姿態(tài)和位置的穩(wěn)定性；(三)第2個端面精加工找正①先將節(jié)段運(yùn)至機(jī)床加工位置，使第2個端面面向機(jī)床，并用數(shù)控液壓支撐定位系統(tǒng)對工件進(jìn)行控力支撐；②用三維跟蹤測量儀對機(jī)床上的3個特征點(diǎn)進(jìn)行測量，建立機(jī)床坐標(biāo)系；③用三維跟蹤測量儀在機(jī)床坐標(biāo)系中對已完成機(jī)加工的第一個端面進(jìn)行空間測量，用計(jì)算機(jī)程序?qū)y量結(jié)果進(jìn)行處理，將處理結(jié)果和精度管理所確定的修正值進(jìn)行對比，確定出工件姿態(tài)應(yīng)調(diào)整的角度α角和β角，然后用數(shù)控液壓支撐定位系統(tǒng)先將工件繞x軸旋轉(zhuǎn)α角，再繞y軸旋轉(zhuǎn)β角，使已機(jī)加工的下端面法向向量與機(jī)床坐標(biāo)系yz面平行、與xy面達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的角值；④用三維跟蹤測量儀復(fù)核端面1在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，完成端面2的機(jī)加工測量定位作業(yè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用三維激光跟蹤測量儀對鋼索塔節(jié)段進(jìn)行測量，①支撐反力要求支撐反力的不同組合會引起節(jié)段不同程度的扭曲變形，根據(jù)有限元計(jì)算分析和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，只要支撐反力的大小按要求控制，節(jié)段的扭曲變形就能控制在可接受的范圍之內(nèi)；②支撐點(diǎn)位置要求節(jié)段在平放支撐狀態(tài)下和立放狀態(tài)下兩端面夾角一致；③工件溫度和作業(yè)環(huán)境溫度要求a、測量過程工件壁板與腹板溫差不超過2℃，b、測量過程作業(yè)環(huán)境溫度變化不超過2℃；④空間測量用激光三維跟蹤測量儀對節(jié)段端面輪廓上的特征點(diǎn)及壁板上的3個激光站標(biāo)進(jìn)行空間測量，測量完成后的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用測量數(shù)據(jù)構(gòu)造節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型；⑤基準(zhǔn)的計(jì)算在計(jì)算機(jī)中利用節(jié)段端面角點(diǎn)的理論數(shù)據(jù)構(gòu)造理論節(jié)段的三維數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型，用測量數(shù)據(jù)處理程序在同一坐標(biāo)系中將理論節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示理論數(shù)據(jù)模型與實(shí)際節(jié)段數(shù)據(jù)模型表示實(shí)測數(shù)據(jù)模型進(jìn)行最小二乘意義上的擬合。
文檔編號G01B11/00GK1869585SQ200610087609
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者李毅, 吉敏廷, 張忠虎, 秦博龍 申請人:中鐵寶橋股份有限公司