一種基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法及其應用。該方法提供三種建立物方基準模式及兩種搬站測量模式，使得現(xiàn)場操作靈活方便。該方法不僅能測量鋼結構建造實物模型整體特征點的三維坐標數(shù)據，而且能對實物模型進行整體及局部建造偏差分析，保證鋼結構建造的后續(xù)工作順利實施。本發(fā)明具有的有益效果：1、提高鋼結構檢測精度及效率，與傳統(tǒng)檢測方法相比效率可提高4倍以上，且數(shù)據能夠形象地反饋鋼結構實物建造過程中的偏差；2、可以更快速地培養(yǎng)專業(yè)的劃線和定位人員：采用本工藝方法，培養(yǎng)1名通過三維方式判斷建造實物模型狀態(tài)的專業(yè)劃線和定位人員的難度大幅度降低，一般情況下，半年可培養(yǎng)出獨立作業(yè)的人員。
【專利說明】一種基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋼結構三維精度檢測分析方法，屬于測繪【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)有船舶、海工建造領域中，鋼結構建造精度一般要求達到毫米級乃至亞毫米級，這給鋼結構精度檢測提出了更高的要求。鋼結構精度檢測是指，建造的建造實物模型與其設計模型盡可能一致，滿足公差要求。隨著行業(yè)標準的不斷提高，鋼結構建造實物模型高精度檢測已成為船廠和鋼結構制造企業(yè)的重要品質保障。
[0003]目前，國內船廠及鋼結構制造企業(yè)現(xiàn)行的檢測工藝尚停留在二維尺寸檢測階段，表現(xiàn)形式有:線錘掛垂直度，尺子量長度，所得數(shù)據人工記錄等。這種檢測手段往往很難對鋼結構建造實物模型進行整體描述，并難以實現(xiàn)對其狀態(tài)的預判和預處理，增加了鋼結構建造實物模型的預組難度。而且該二維檢測方法現(xiàn)場需要更多的作業(yè)人員，以船舶建造中組分段為例，線錘作業(yè)需要3個人，尺子作業(yè)需要2至3個人，完成整個工作需要4個小時，這大大減緩鋼結構的建造速度，降低建造質量。由于存在高空作業(yè)，測量現(xiàn)場危險系數(shù)較高。傳統(tǒng)的鋼結構二維尺寸檢測，要求作業(yè)人員具有很好的空間抽象能力，通過二維數(shù)據對建造實物模型和總組段的扭曲和尺寸狀態(tài)進行理解，并實施專業(yè)劃線和定位。一般獨立的作業(yè)人員培養(yǎng)周期長(需要10年左右)，難以滿足行業(yè)發(fā)展的需求。

【發(fā)明內容】

[0004]為了實現(xiàn)對鋼結構建造實物模型的三維整體描述，本發(fā)明基于現(xiàn)代高精度全站儀提供一種三維高精度檢測分析方法。該方法不僅能測量鋼結構建造實物模型整體特征點的三維坐標數(shù)據，而且能對實物`模型進行整體及局部建造偏差分析，保證鋼結構建造的后續(xù)工作順利實施。本發(fā)明所依賴對象主要包括高精度全站儀和專業(yè)測量分析軟件，全站儀的主要作用是測量被測目標的基本觀測元素，主要包括:水平方向、豎直角、斜距等；測量分析軟件的主要作用是根據用戶的要求向全站儀發(fā)布測量指令，并對返回的測量結果進行計算分析。
[0005]本發(fā)明所采用的技術方案是:在鋼結構建造實物模型一側架設高精度全站儀，通過測量實物模型關鍵特征點建立物方基準，并在該基準中測量實物模型該側全部特征點三維坐標。通過設置在實物模型兩側的旋轉標靶，將全站儀搬至實物模型另一側，并測量剩余特征點，實現(xiàn)對實物模型三維整體描述。
[0006]基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法，具體包括如下步驟:
[0007]A、將全站儀架設在鋼結構建造實物模型正面，利用極坐標法測量實物模型上的2^3個特征點，建立物方基準，然后對實物模型正面其他特征點進行測量，并將其他特征點的坐標納入所述物方基準中；
[0008]B、在實物模型兩側分別設置兩個旋轉標靶，測量所述旋轉標靶在A步驟中所建立的物方基準中的坐標；[0009]C、將全站儀架設至所述實物模型背面，同時旋轉反射靶，對實物模型背面的所有特征點及旋轉標靶進行測量，通過計算分析軟件將在實物模型背面所測的特征點及旋轉標靶的坐標納入A步驟中所建立的物方基準中；
[0010]D、針對隱蔽特征點，可采用隱蔽桿測量工裝輔助測量；
[0011]E、鋼結構建造實物模型上所需特征點的三維坐標數(shù)據全部采集完畢后，建立三維模型，進行建造實物模型的整體分析，以及與設計模型比對進行建造偏差分析；
[0012]F、生成現(xiàn)場作業(yè)指導報告，現(xiàn)場作業(yè)人員根據所述報告對鋼結構建造實物模型進行預處理。
[0013]本發(fā)明中，所述全站儀現(xiàn)場采用自由設站方式，根據鋼結構自身特征建立物方基準，在該基準中獲取鋼結構檢測所需特征點三維坐標數(shù)據。
[0014]本發(fā)明中，所述全站儀與兩旋轉標靶的連線之間的夾角為45°?135°。
[0015]本發(fā)明的基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法應用于靜態(tài)測量現(xiàn)場，在應用于靜態(tài)測量現(xiàn)場時，采用兩點建立物方基準，兩點進行搬站測量。
[0016]本發(fā)明的基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法應用于動態(tài)測量現(xiàn)場，在應用于動態(tài)測量現(xiàn)場時，采用三點建立物方基準，三點進行搬站測量。
[0017]本發(fā)明根據鋼結構建造實物模型及現(xiàn)場條件，提供三種建立物方基準方式，方便作業(yè)人員建立直觀的物方基準。搬站測量提供兩點搬站和三點搬站兩種方式，解決了空間大角度的高精度旋轉變換，將所測特征點三維坐標統(tǒng)一在物方基準中。
[0018]本發(fā)明克服了原有二維精度管理數(shù)據的前后無法充分利用，無法延續(xù)的弊端，使得建造過程實現(xiàn)三維尺寸可視化管理，可以實現(xiàn)鋼結構建造過程中所有建造實物模型，在任意狀態(tài)下的尺寸檢測；實現(xiàn)與建造實物模型和設計模型之間的數(shù)字化對比；實現(xiàn)建造實物模型和建造場地之間的數(shù)字化對比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為原點-點1、X軸點2建立基準示意圖；
[0020]圖2為X軸點1-點2、Y軸點3建立基準示意圖；
[0021 ] 圖3為X軸點1-點2、Z軸點3建立基準示意圖；
[0022]圖4為遷站測量示意圖。
【具體實施方式】
[0023]基于高精度全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法具體實施步驟如下:
[0024]A、將高精度全站儀架設在鋼結構建造實物模型正面，利用極坐標法測量實物模型上2個或3個特征點建立物方基準，對實物模型正面其他特征點進行測量，并納入該物方基準中。圖1所示采用兩點建立物方基準，在靜止測量狀態(tài)中，以第I點作為坐標系的原點，過該點的鉛垂線方向作為Z軸方向，第2點確定XZ鉛垂面，右手坐標系確定Y軸方向建立坐標系；圖2 (圖3)所示采用三點建立物方基準，在非靜止測量狀態(tài)中，以第I點作為坐標系的原點，第2點確定X軸，第3點確定XY平面(或XZ平面)，右手坐標系確定Z軸(或Y軸)方向建立坐標系。
[0025]B、在實物模型兩側的穩(wěn)定位置上分別設置兩個高精度測量旋轉標靶，并測量其在物方基準中坐標。為保證現(xiàn)場測量精度，要求全站儀與兩旋轉標靶的連線之間的夾角為45。~135。。
[0026]C、將全站儀架設至實物模型背面，同時旋轉反射靶，對旋轉標靶及背面所有特征點進行測量，通過計算分析軟件將實物模型背面所測特征點一同納入至物方基準中(如圖4)。
[0027]D、針對隱蔽特征點，可采用隱蔽桿測量工裝輔助測量；
[0028]E、鋼結構建造實物模型上所需特征點三維坐標數(shù)據全部采集完畢后，即可建立完整的三維模型，通過對該測量模型進行平移、旋轉等操作，進行建造實物模型的整體分析，以及與設計模型比對進行建造偏差分析；
[0029]F、生成現(xiàn)場作業(yè)指導報告，現(xiàn)場作業(yè)人員據此對鋼結構建造實物模型進行預處理。
[0030]本發(fā)明所基于的原理是:
[0031]1.建立物方基準
[0032]全站儀測量得到測點在測站坐標系下的三維坐標，考慮到實際測量操作及數(shù)據分析的需要，系統(tǒng)在測量特征點坐標同時，以被測物體為主體建立測量坐標系。并將后續(xù)測點坐標從測站坐標系A-xyz轉換到測量坐標系O-XYZ中。坐標系的建立有以下兩種情況。
[0033]1.1兩點物方基準
[0034]根據最先測量的兩個點建立物方基準，以第一點作為坐標系的原點，過第一點的鉛垂線方向作為Z軸方向，第一點與第二點確定的鉛垂面作為XZ平面，過第一點且與XZ平面正交的方向作為Y軸方向建立物方基準。如圖1所示，將最先測量的兩個點，即點1、點2確定的鉛垂面作為XZ平面，以點I作為坐標系的原點，過點I的鉛垂線方向作為Z軸方向，過點I且與XZ平面正交的方向作為Y軸方向建立坐標系。
[0035]依這種方法建立坐標系，點2坐標為:
【權利要求】
1.基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法，其特征在于，包括如下步驟: A、將全站儀架設在鋼結構建造實物模型正面，利用極坐標法測量實物模型上的2?3個特征點，建立物方基準，然后對實物模型正面其他特征點進行測量，并將其他特征點的坐標納入所述物方基準中； B、在實物模型兩側分別設置兩個旋轉標靶，測量所述旋轉標靶在A步驟中所建立的物方基準中的坐標； C、將全站儀架設至所述實物模型背面，同時旋轉反射靶，對實物模型背面的所有特征點及旋轉標靶進行測量，通過計算分析軟件將在實物模型背面所測的特征點坐標及旋轉標靶坐標納入A步驟中所建立的物方基準中； D、針對隱蔽特征點，采用隱蔽桿測量工裝輔助測量； E、鋼結構建造實物模型上所需特征點的三維坐標數(shù)據全部采集完畢后，建立三維模型，進行建造實物模型的整體分析，以及與設計模型比對進行建造偏差分析； F、生成現(xiàn)場作業(yè)指導報告，現(xiàn)場作業(yè)人員根據所述報告對鋼結構建造實物模型進行預處理。
2.根據權利要求1所述的基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法，其特征在于，所述全站儀現(xiàn)場采用自由設站方式。
3.根據權利要求1所述的基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法，其特征在于，所述全站儀與兩旋轉標靶的連線之間的夾角為45°?135°。
4.權利要求1所述的基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法應用于靜態(tài)測量現(xiàn)場，在應用于靜態(tài)測量現(xiàn)場時，采用兩點建立物方基準，兩點進行搬站測量。
5.權利要求1所述的基于全站儀的鋼結構三維精度檢測分析方法應用于動態(tài)測量現(xiàn)場，在應用于動態(tài)測量現(xiàn)場時，采用三點建立物方基準，三點進行搬站測量。
【文檔編號】G01B21/20GK103808286SQ201210445141
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月8日 優(yōu)先權日:2012年11月8日
【發(fā)明者】葉愛青 申請人:謝榮