股票代码:430480

|
融合跟踪仪与工业摄影测量技术的盾构机体圆度直径检测
发布者:辰维科技    发布时间:2017-11-02 14:29:52
1、盾构机盾体传统检测方法
       盾构机作为一种隧道掘进的专用工程机械,其盾尾的密封性是直接影响隧道安全性和指导下一步施工的重要环节,而影响密封性的重要指标是其直径与圆度,因此对盾体直径与圆度精确检测显得尤为重要。
       传统检测直径的方法主要有:钢卷尺测量:无法截取中间段数据,且钢卷尺自身挠度影响使得测量精度得不到根本保障;π尺测量:直接读取圆的平均值,其结果会远偏离实际情况;量具配合工装测量:卡尺和千分尺无法对大直径直接进行测量,因此不具备可行性。跟踪仪测量:单站尺寸测量精度高,但多次转站会带来误差,测量效率低;摄影测量:测量无须转站,效率高,对测量环境要求不高。但测量常用的基准尺长度短,尺度缩放偏差较大,测量精度受限。
 
 \

图1 盾构机盾体
  
2、盾体检测的融合技术方案
        结合盾构体外形与结构特点,针对盾体各段直径及圆度检测难题,本文提出了一种采用高精度跟踪仪测量系统与工业摄影测量系统相结合的新方法来对盾构件进行测量。两仪器整合使用,根据被测物件的大小,在场地有效范围内对基准尺长度进行选择与设计,采用激光跟踪仪建立大长度基准,控制其整体精度,并用工业摄影测量进行拍摄解算的方式进行实验,测量具体技术路线(如图2)。
 
 \
图2 测量技术路线
 
2.1标志点的布设
        采用定向回光反射材料制成的标志点按照以下原则对其进行布设:
       (1)在等高线区域上布设编码标志点(控制点),平均每层每块管片上均匀粘贴3个编码点。若区域较大可在重点量测部位加密布设,有利于提高整体匹配精度。
       (2)普通标志点的布设密度要根据被测目标的尺寸、测量系统及其他因素灵活确定。由于盾体外形为圆柱形,故需在 360°圆周方向均匀进行标志点的粘贴,此外仍需在变形大的部位布设多余标志点,以保证盾体外部变形不一致对坐标精度产生影响,盾体沿径向展开点位分布如图3。
 
 \
图3测量点位分布图

2.2基准长度的建立
        目前采用的工业摄影测量(图4)配套基准尺远小于测量区域的最大尺寸,会引入尺度缩放误差,无法满足精度需要。激光跟踪仪的测距精度远高于摄影测量,因此,采用了激光跟踪仪提供的长度作为摄影测量的基准尺,解决了缩放比例误差大的问题。
        具体方法如下:将跟踪仪架设在盾体附近(如图5),在盾体左右所视极限处选择两处稳定位置,将强磁性基座粘贴牢固,以其距离作为基准尺长度。将踪仪测量靶球上的两点间距离赋值到原有的基准尺文件中,新的基准尺文件建立完成。
 
 \

图4 辰维科技的工业摄影测量系统  

\
       
图5 激光跟踪仪测量距离作为长度基准      
 
2.3摄影测量摄站的分布
        相机摄站位置的布设应选择合理,在摄影测量过程中使用相同直径的摄影标靶替换跟踪仪标靶(如图6)。摄站布设采用以下原则:要求相邻摄站间影像有较多公共点,且重叠区域的累加要将被测目标区域全覆盖。‚摄站位置尽量分布均匀,并尽可能均拍摄到摄影标靶的位置。ƒ摄影距离影响标志点的成像大小及成像质量,考虑盾体为圆柱形,标志点易带来椭圆偏心差的影响,摄影距离d合理取值为600r≤d≤1000r 式中,r 表示标志图像的半径。故在距离盾体距离4到6米处,利用路灯车将摄影测量人员送至与等高线相同的高度,对盾体进行全方位拍照(如图7)。
 
\
 
图6 激光跟踪仪靶球与摄影测量靶球(1.5英寸)
 
\
 
图7 现场摄影测量拍摄
 
3、实际应用案例解析  
       在中信重工某车间对一盾体各段进行直径与圆度检测。盾体直径为 15 m ,盾体外形见图6。因其盾体结构的重要性,故对盾体的圆度以及直径偏差提出了较高精度要求:直径允许差±5mm,圆度允许差10mm。
       盾体共有五块管片分瓣焊接而成,竖直放置高度超过10米。根据盾体外形的的特点,将盾体底部径向设计为4环,(分别为顶部、上部、下部、底部)高度方向每间隔1米设置一条等高线。
       为分析盾体直径与圆度,测量基准尺由激光跟踪仪提供,通过摄影获取照片,在摄影测量软件MPS/S中进行自动定向、同名点匹配、光束法平差计算可得所有检查点的残差分布与三维坐标,以及相机拍摄瞬间的位置及光束(如图8、9)。原始点云数据中包含有不属于盾体表面上的点,如盾构管片上的连接螺栓孔、螺帽、电缆、照明设备等,故需手动删除杂点后将摄影测量所测得点保存并导入到空间分析软件SA中,进行测量点的分析。
       将每层测量点独立拟合平面,并将各点投影至该平面,采用投影后的测量点拟合成圆周形状,便可直观分析拟合圆周的直径与圆度。结合软件读取相应点的矢量组,查询各点与拟合圆周的偏差值(如图10)。 
                        
\
 
图8  点的三维坐标    
 
\
               
图9  摄站分布与光束

\

图10  数据处理过程
 
        该实验结果显示:当拟合平面平面度为100mm时,投影点最大偏差为0.33mm,实际投影过程中投影点偏差远小于0.33mm,本次测量最大允许误差为15mm,该投影误差完全满足检测需要。最终检测结果为顶层 圆度16.84mm上层圆度14.73mm下层圆度8.08mm底层圆度9.05mm,完全满足要求。

4、融合技术的优势
       将跟踪仪与摄影测量技术相结合的方法应用于盾体圆度检测以及直径测量中,有以下几种优势:
       1、将盾体精度控制到高精度需求范围内,为施工安全提供了前提保障;
       2、该技术具有劳动强度小、测量速度快、自动化程度高和对环境条件要求低等特点;从根本上解决了传统测绘方法的局限性,成功解决了盾构机各段圆度检测的难题。
 
       大尺寸高精度测量作为当前国内的一个难题,在大尺寸计量领域,根据不同情况选用合适的仪器、制定合理的检测方案方能有效提高检测精度和检测效率。此次在实际应用中取得的良好效果,具有一定的实用价值,是在大尺寸工件测量的一种新的、有效的手段。
 
 
  • 地址:河南省郑州市高新技术产业开发区云杉路9号
    电话:0371-67996990/67996991
  • 北区
    联系电话:13051579060
  • 东区
    联系电话:18039576108
  • 西北区
    联系电话:13379500978
  • 西南区
    联系电话:13320984677
版权所有 © 郑州辰维科技股份有限公司 豫ICP备15088888号-1