第八章 工业设备的安装和检查

第八章工业设备的安装和检校测量第八章工业设备的安装和检校测量•学习要点：•1、精密微型安装测量控制网的建立•2、设备安装和检校测量仪器与方法•3、精密定线、短边方位传递和姿态准直•4、三维工业测量系统•5、大型天线安装测量实践第八章工业设备的安装和检校测量•一、安装和检较的主要任务：•根据设计和工艺的总要求，将大量的工艺设备构件按规定的精度和工艺流程的需要安置到设计位置、轴线、曲面上，同时在设备运转过程中进行必要的检测和校准测量。•二、直伸三角网：•1、思路：•沿要测量的直线布设控制点，且控制点近似成一条直线。直伸三角形网•1、在线状设备的安装，可建立直伸边角测量网•2、边长观测误差方程：•3、方向观测误差方程：)(ijldxdxvsijjisijDijjijiijiDijldyxxdyxxdv||||0000•三、环行控制网：•1、测高环行三角网：以测边、测高达到高精度测角的目的。•优点：测边精度比测角精度高。•方法：先测量两条短边再从长边上测量高。•2、大地四边形环锁优点：•结构坚强，只测边不测角。•方法：测量四条边。•四、三维控制网：•1、原理：采用全站仪/激光跟踪仪可以同时获得精度相匹配的斜距、水平角、天顶距等观测元素，经过三维网整体平差可一次性得到网中各待定点的三维坐标（x、y、z）。•2、意义：避免了二次布网、观测和平差的烦琐工作；避免了一些相关元素分开处理在精度上、时间上和信息上带来的损失，理论上更加完美。•五、高程控制网：•仍然采用传统的几何水准测量方法。设备安装和检校测量仪器与方法•一、传统天线测量方法分类：•1、机械测量方法：是用机械的方法对天线进行检测，主要有样板法（旋转样板法和固定样板法）和数控机床法两种，至今还为天线行业所应用；•2、光学测量法：•双五棱镜法；经纬仪带钢尺法；五棱镜带尺法。•3、其它测量方法：•钢丝测距法；激光测距法；微波测距法；小车测量法。•二、样板法：•1、旋转样板法：(利用旋转抛物面天线成形原理）•①优点：样板设计制造比较容易，操作方便，读数直观；既可检测一般精度的辐射面，又可检测高精度的反射面；样板不仅是检测工具，还是安装和调整反射面的装置。•②缺点：系统建立烦琐需其它仪器辅助；对大尺寸天线测量困难；测量效率低，人工读数易出错。•2、固定样板法：利用天线成型模具作为测量工具。•三、双五棱镜法：•1、组成：由一台准直望远镜和两块五棱镜组成。•2、优点：可以测量抛物面在不同仰角时的表面精度。•3、缺点：结构繁杂，不能检测非圆形天线。•四、经纬仪带尺法：•方法：用经纬仪测垂直角，用钢尺测弧长，然后计算偏差并调整。•注意点：必须保证经纬仪的垂直轴和天线的旋转轴重合；用高精度的经纬仪。•五、射电全息法：•1、原理：利用天线的远场复方向图与天线口面上的场分布间的傅立叶变换关系，由远场方向图的测量来反推天线口面上的场分布，并由天线口面上的相位分布，用光线追迹得到天线表面相对于理想抛物面偏差的信息。•2、影响精度因素：接受机噪音、指向和跟踪误差、大气闪烁、天线馈源的相位响应和信号源的偏振效应等。•3、缺点：测小口径天线时精度低；射电源数量和空间分布有限；不能用于天线初装。•六、三坐标测量机：•1、测量原理：将被测物体安置于三坐标测量机中测量，可获得被测物体各点的坐标，通过这些坐标，经过数学运算可求出被测物体的几何尺寸、形状和位置。•2、组成：•主机、测头、电气系统。•3、优点：通用性强、测量范围大、精度高、能与柔性系统相连。•4、缺点：测量尺寸较小；接触测量；系统价格昂贵；只能用于室内测量。精密定线、方位传递和准直测量•一、精密定线方法：•1、外插定线步骤：•①、将仪器安置于B，盘左照准A，倒转望远镜定出1`点。•②、盘右照准A，倒转望远镜定出1``点。•③、取1`和1``中点为待定点1点。AB1`11``•2、内插定线步骤：•①、将仪器安置于近似于AB直线上一点P`。•②、计算PP`的距离ε=Sa*εb/(Sa+Sb)。•③、沿PP`方向改化ε得P点。ABB`PP`εεb3、归化法定线（？）SaSb一.精密定线的方法•3、准直测量分类：•光学机械法；激光准直法；波带板激光准直法。•4、机械法准直测量：是在二个给定的基准点间吊挂一条引张线，利用垂直投影仪测量各中间点偏离该引张线的偏离值，所以机械法准直也称为引张线法准直。•如果在测点处安装位移传感器（如电感位移传感器），也可实现引张线测量的自动化：二、短边方位传递•1、主要误差影响：（系统误差）和（偶然误差）。•2、系统误差分类：①对中误差：仪器对中误差；目标偏心误差。②望远镜调焦误差。③垂直轴倾斜误差。•3、照准标志要求：形状、大小便于精确瞄准；没有测量相位差；反差大，亮度好；没有偏心差。•4、短边方位角传递方法：互瞄十字丝；互瞄内觇标。二、短边方位传递•主要误差来源及对策：•仪器和目标对中误差•采用强制对中•望远镜调焦误差•（1）互瞄十字丝•（2）互瞄内觇标•经纬仪垂轴倾斜误差•（1）加入垂直轴倾斜改正•（2）在各测回之间，重新调整仪器汽泡居中•（3）双轴补偿功能对垂直轴倾斜进行自动改正三、卫星安装姿态准直测量方法•（一）准直测量中各坐标系的定义：•1、星体坐标系•由转台上的定位销w1、w2、•w3确定。坐标系原点为三个定位•销所确定的空间圆之圆心o，w1、•w2的连线确定某一轴线方向，一•般为Z轴正向；w3到该连线的垂线•方向确定另一轴线方向，一般为•Y轴正向；按照右手规则确定第三•轴线方向。三、卫星安装姿态准直测量方法•（一）准直测量中各坐标系的定义：•2、立方镜坐标系•由立方镜几何中心及表•面法线确定，坐标系原点为•立方镜几何中心，以其中两•个相互垂直的表面法线确定•某两个坐标轴方向，右手规•则确定第三轴。立方镜正面•法线确定轴正向，左侧面法•线确定轴正向。三、卫星安装姿态准直测量方法•（二）准直测量方法：•准直测量方法基于三台•或三台以上的高精度电子经•纬仪测量系统，通过系统定•向和角度准直测量，依据数•学解算获取星体坐标系和立•方镜坐标系的转换关系。三、卫星安装姿态准直测量方法•（三）立方镜坐标系的建立•（四）星体坐标系建立•（五）立方镜坐标系与星体坐标系的转换四、三维工业测量系统•1、按硬件分类：•①极坐标测量系统；②经纬仪交会系统；③摄影测量系统；④距离交会系统；⑤关节式坐标测量机。•2、按测量原理分类：•①极坐标法；②角度前方交会法；③距离前方交会法；④空间支导线。8.4三维工业测量系统•一、极坐标测量系统8.4三维工业测量系统•二、经纬仪交会测量系统•1、测量原理：8.4三维工业测量系统•二、经纬仪交会测量系统•2、系统构成•硬件主要由两台以上T2000/T3000/TM5100电子经纬仪、多路串口转换卡、T-LINK、基准尺、工业测量用脚架、联机电缆、激光目镜、照准标志、台式微机或便携机等组成，目前的主流仪器是TM5100A马达电子经纬仪。•3、系统作业模式探讨•4、提高系统精度的措施8.4三维工业测量系统•三、近景摄影测量系统•1、测量原理•近景摄影测量原理如图，通过二台高分辨率的相机对被测物同时拍摄，得到物体的2个二维影像，经计算机图像匹配处理后得到精确的三维坐标。8.4三维工业测量系统•三、近景摄影测量系统•2、系统构成•脱机测量系统可采用单台数字相机，在二个或多个位置对被测物进行拍摄，然后将图像输入计算机即可进行图像处理。•多台相机联机测量可以实时得到待测点的三维坐标。8.4三维工业测量系统•四、距离交会测量系统•1、测量原理•原理同样是解三角形，首先考虑平面定位的原理。其次是多台仪器空间距离交会。8.4三维工业测量系统•四、距离交会测量系统•2、系统构成•整体式有多杆式或•超声式坐标测量机，多•杆式是通过杆的伸长或•缩短来测量距离，超声•式则通过超声波发射和•接收来测量距离。8.4三维工业测量系统•组合式系统用三台以上距离传感器（测距仪、•全站仪或激光干涉仪）组成距离交会系统，通过系统定向方法确定每台仪器的三维坐标，就可以建立起测量系统。8.4三维工业测量系统•四、距离交会测量系统•3、系统应用•以天线测量为例，美国•GBT天线主面安装就采用了距•离交会测量系统，三台测距仪•（2台TC2002和1台TDM5005）•安置在馈源支撑结构上，其自•身位置通过距离后方交会（观•测地面上一系列已知点）获•得，然后三台仪器对主面上的•目标进行距离测量，可以得到•待测点的三维坐标，测量精度•优于±1mm，测量范围在100m•左右。8.4三维工业测量系统•五、关节式坐标测量机•1、测量原理•利用空间支导线的原理实现三维坐标测量。8.4三维工业测量系统•五、关节式坐标测量机•2、系统构成•是一种便携的接触式测量仪器，对空间不同位置测量点的接触实际上模拟人手臂的运动方式。仪器由测量臂、码盘、测头等组成，各关节之间测量臂的长度是固定的，测量臂之间的转动角通过光栅编码度盘实时得到，转角读数的分辨力可达±1.0″。•3、提高系统精度的措施•4、系统应用(小型工件的装配）8.4三维工业测量系统•六、工业测量系统软件•系统功能主要包括以下九个方面内容：•（1）设备联机与控制•（2）系统定向•（3）坐标测量•（4）近距加常数修正•（5）数据管理及编辑•（6）坐标系的生成与转换•（7）测量数据分析与计算•（8）数据的输入、输出•（9）测量数据的可视化8.5大型天线安装测量实践•一、天线的基本设计参数及曲面方程•1、基本设计参数•抛物环面天线的几何结构如图，M为坐标系xoz中的标准抛物线，F为焦点。抛物环面天线是抛物母线M以R为旋转半径、并绕与其焦轴成π/2+α夹角的•轴线（即Z″轴）旋转而•成的。•主要参数：•f（焦距）•R（旋转半径）•α（偏转角，天线的生成•轴与波束辐射方向之间的•夹角）8.5大型天线安装测量实践•一、天线的基本设计参数及曲面方程•2.曲面方程8.5大型天线安装测量实践•二、安装测量所用坐标系及其相互关系•1、设计坐标系和结构坐标系•设计坐标系：O-XYZ是抛物母线M所在的坐标系，用以描述天线的辐射特性，将其定义为设计坐标系。•结构坐标系：坐标系O-X′Y′Z′是天线结构设计的坐标系，在该坐标系中其数学模型和几何特征比较简单，定义为结构坐标系，与设计坐标系的关系如下（式中α为偏转角）：8.5大型天线安装测量实践•二、安装测量所用坐标系及其相互关系•2、施工坐标系•施工坐标系OS-XSYSZS服务于天线的现场施工，如图，施工坐标系的原点OS为设计给定，可在实地选出，XSOSYS平面为水平面，ZS为铅垂线的反方向，XS方向为天线中心波束的指向在水•平面的投影，YS轴与XS垂直并按右手坐标系定出。•该坐标系主要用于放•样馈源楼、测量墩及天线•座架基础等土建施工工作。8.5大型天线安装测量实践•二、安装测量所用坐标系及其相互关系•3、设计坐标系的工作姿态•在工作姿态下，天线的设计•坐标系的原点为V，X轴（焦轴）•的大地方位角为A，俯仰角（焦•轴与水平面的夹角）为-εY，姿•态倾斜角（Y轴与水平面的夹角）•为θ。8.5大型天线安装测量实践•与施工坐标系的关系：在工作姿态下，天线原点V在施工坐标系下的坐标为（XV、YV、ZV）,将施工坐标系平移到V点后，按坐标转换方法可以将施工坐标系转换到天线的工作姿态下：•(1)绕YS轴旋转εY使XS与X轴重合；•(2)绕X轴旋转εX使YS与Y轴重合。8.5大型天线安装测量实践•二、安装测量所用坐标系及其相互关系•4、测量坐标系•测量坐标系是建立天线施工控制网而采用的坐标系，其原点OC可以任意选取，XCOCYC平面为水平面，ZC为铅垂线的反方向，XC方向为真北方向，YC轴与XC垂直并按左手坐标系定义定出。•与施工坐标系的关系如图8-60所示，公式为：•式中：X0、Y0为OS在测量坐标系中的平面坐标，Z0为土建施工零点的高程值，A为天线的天文方位角。8.5大型天线安装测量实践•三、测量控制网的布设•1、大地测量控制网•为了精确获得天线原•点的大地