工業(yè)測量技術(shù)在大尺寸、高精度定位工裝中的應(yīng)用

工業(yè)測量技術(shù)在大尺寸、高精度定位工裝中的應(yīng)用摘要：工業(yè)測量具有精度高，范圍廣，以及處理能力迅速準(zhǔn)確等特點(diǎn)，使其在航天電子等行業(yè)內(nèi)得到普遍應(yīng)用。伴隨著工業(yè)的發(fā)展，如今可供選擇的工業(yè)測量的設(shè)備儀器不僅愈來愈多，而且更加人性化，制造，科研，安裝等很多領(lǐng)域都離不開工業(yè)測量技術(shù)的應(yīng)用。本文以安裝大型射電望遠(yuǎn)鏡的天線為例，論述分析了工業(yè)測量及儀器在大尺寸，高精度定位工裝中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：工業(yè)測量；大尺寸測量；高精度定位大型射電望遠(yuǎn)鏡天線的安裝中，需要進(jìn)行大尺寸的測量，以及嚴(yán)絲合縫高精度的定位，如果此工裝用傳統(tǒng)的測量手法和機(jī)械加工則無法完成，為了使其達(dá)到使用要求的精度，因此需要用到現(xiàn)代工業(yè)測量的方法及設(shè)備儀器。1具體任務(wù)若想保證大型射電望遠(yuǎn)鏡天線接口的精準(zhǔn)無誤，保證接口的安裝準(zhǔn)確，則需要用到一組定位工裝將其接口牢牢固定。以鋼法蘭作為定位工裝，法蘭厚度為30mm，將12個(gè)鋼法蘭平均分布在一個(gè)水平圓周上面，圓周的直徑為25.6米。如圖1所示。同時(shí)，12個(gè)法蘭面的平面度要在1mm以內(nèi)，忙0mm孔位置度不要超過2mm。如圖二所示。2現(xiàn)場已經(jīng)具備的條件預(yù)先定做好了12個(gè)混凝土基礎(chǔ)，按照基礎(chǔ)的位置圖進(jìn)行布置，混凝土高度為500mm?；炷粱A(chǔ)的頂層是一個(gè)正方形的鋼板，長寬各為1000mm，厚度為30mm。正方形鋼板的頂部平面度小于15mm，位置精度在15mm以內(nèi)，在接近混凝土基礎(chǔ)圓心的位置，有一塊水泥地面，已硬化。12個(gè)鋼法蘭的加工全部達(dá)到了設(shè)計(jì)要求的尺寸，并且對(duì)上表面和下表面分別進(jìn)行了精車。為了確保鋼法蘭的平面度和?30mm孔的位置度的準(zhǔn)確性，用數(shù)控鏜銑床對(duì)?30mm孔進(jìn)行了加工。并且準(zhǔn)備了很多不同厚度的墊片用來調(diào)整平面度，這些墊片最薄的可達(dá)到0.5mm。為了更好地測量孔位，加工了各種工裝，這些工裝的上部可以與球棱鏡接觸，下部與孔位接觸，并且接觸效果良好。3現(xiàn)場的工業(yè)測量儀器設(shè)備現(xiàn)場配置的工業(yè)測量儀器分別是：1臺(tái)TDA5005全站儀，1部N3標(biāo)準(zhǔn)配置的三腳架，1組N3標(biāo)準(zhǔn)配置的基準(zhǔn)尺，以及1臺(tái)N3水準(zhǔn)儀。以上儀器均由萊卡公司生產(chǎn)制造。其中全站儀在近距離的測距精度，可以達(dá)到0.2mm，無論是對(duì)工裝位置的測量，還是水平度的調(diào)整，以這樣的測距精度，完全夠用了。然而由于現(xiàn)場需要用到全站儀的地方比較多，所以需要用N3水準(zhǔn)儀來測量和調(diào)整平面度，N3水準(zhǔn)儀的測量精度可達(dá)到0.1mm，往返10km的誤差不超過3mm，測量直徑是25.6m，因此，和全站儀一樣，N3水準(zhǔn)儀同樣能夠達(dá)到工裝平面度的測量和調(diào)整的要求。4進(jìn)行平面度的測量及調(diào)整4.1首先，需要用到的儀器是N3水準(zhǔn)儀，以及與其標(biāo)配的三腳架和基準(zhǔn)尺。同時(shí)還要用到一把大號(hào)的太陽傘，因?yàn)樵陉柟獾恼找?，?huì)對(duì)儀器產(chǎn)生一定程度的溫差影響，為了盡量避免這種誤差，因此需要在N3水準(zhǔn)儀的上面樹立一把太陽傘。準(zhǔn)備工作做好后，然后以地面作為基準(zhǔn)，用基準(zhǔn)尺量出鋼法蘭選定點(diǎn)的高度差，通過高度差來調(diào)整法蘭面的平面度。在所有的12個(gè)法蘭面上，選出4個(gè)測量點(diǎn)，這4個(gè)測量點(diǎn)之間的距離要平均，將每個(gè)測量點(diǎn)都作為一個(gè)調(diào)整點(diǎn)，通過在調(diào)整點(diǎn)下面墊片的方法來調(diào)整法蘭面的高度，直至測量點(diǎn)的高度差達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。4.2將預(yù)先制作好的混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)的順序按照順時(shí)針的方向。然后用鋼卷尺在混凝土基礎(chǔ)的最上面頂部位置進(jìn)行粗放樣，分別畫出鋼法蘭和4個(gè)測量點(diǎn)的位置，用記號(hào)筆寫上A，B，C，D的編號(hào)。水準(zhǔn)儀設(shè)站的位置，在某種程度上會(huì)影響水準(zhǔn)儀I角的測量精準(zhǔn)度，因此，為了盡可能地減小這種影響，水準(zhǔn)儀設(shè)站的位置，最好是放在混凝土基礎(chǔ)的圓心點(diǎn)上，因?yàn)檫@個(gè)點(diǎn)上是預(yù)先準(zhǔn)備的硬化的水泥地面，負(fù)責(zé)測量的工作人員走在上面時(shí)，給三腳架帶來的影響不大，可以最大限度地保證測量的精準(zhǔn)度。4.3在混凝土基礎(chǔ)的圓心上架起三腳架，工作人員用腳把三腳架踩好固定，用目測的方法調(diào)整三腳架，讓它的支盤和地面保持平行。然后用連接螺栓把N3水準(zhǔn)儀穩(wěn)固在三腳架最上方的頂盤上。要注意把握好固定N3水準(zhǔn)儀時(shí)的力度，如果用力過大，會(huì)導(dǎo)致水準(zhǔn)儀的連接盤扭曲變形，調(diào)整高度的螺母會(huì)因此失靈，所以力度要適中。將水準(zhǔn)儀穩(wěn)固在三腳架上之后，就可以調(diào)整高度螺母了，依然用目測的方式，看到儀表座上圓形水泡的位置到達(dá)中間的時(shí)候，馬上把水準(zhǔn)儀的鏡筒旋轉(zhuǎn)90度，再進(jìn)一步把圓形水泡調(diào)到居中的位置。4.4進(jìn)行操作時(shí)，測量人員最好正對(duì)測量區(qū)域，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)水平儀的鏡筒，直至鏡筒和三腳架的其中任意兩支腳保持平行，鎖好方位按鈕，再輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋微調(diào)按鈕，直至和兩邊的長水泡對(duì)在一起，然后記錄微調(diào)旋鈕的讀數(shù)。第一次記錄完畢后，把方位按鈕打開，旋轉(zhuǎn)水準(zhǔn)儀鏡頭180度，鎖定方位按鈕，再一次轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋微調(diào)按鈕，和上次一樣，轉(zhuǎn)到和兩邊的長水泡對(duì)齊的位置，記下微調(diào)旋鈕的讀數(shù)。第二次記錄完畢后，取兩次讀數(shù)的平均值，然后把微調(diào)旋鈕的讀數(shù)調(diào)到這個(gè)平均值上，再調(diào)整和水準(zhǔn)儀鏡筒平行的高度螺絲母，直至兩邊的長水泡對(duì)齊。打開方位按鈕，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)鏡筒90度，再鎖下方位按鈕，調(diào)整和鏡筒在平行位置的高度螺母，讓兩邊的長水泡對(duì)齊。再次打開方位按鈕，把鏡筒轉(zhuǎn)動(dòng)90度，鎖上方位按鈕，再次旋轉(zhuǎn)微調(diào)按鈕，直至兩邊的長水泡對(duì)齊。假如在調(diào)整前后微調(diào)按鈕的刻度差大于3,那么就再次重復(fù)以上調(diào)整步驟，直到微調(diào)按鈕的刻度差小于3為止。需要注意的是，水準(zhǔn)儀一共有3個(gè)高度螺母，只需要調(diào)整2個(gè)就可以，另一個(gè)固定好，不需要去調(diào)整。最后，將一張白色的紙放在水準(zhǔn)儀的物鏡前面，不斷調(diào)整焦距，直到能清晰地看見楔形絲為止。4.5輔助測量的工作人員需要做的是，在放樣處的測量點(diǎn)上放上基準(zhǔn)尺，在測量之前，要用干凈的棉絲紗布等把基準(zhǔn)尺的底部擦洗干凈。測量正式開始后，要把基準(zhǔn)尺上數(shù)值大的那一頭放在上面，工作人員雙手扶著基準(zhǔn)尺，把尺子的指示水泡對(duì)齊。擰開方位按鈕，將水準(zhǔn)儀的鏡筒轉(zhuǎn)向基準(zhǔn)尺的方向，然后鎖定方位按鈕。等到長水泡靜止不動(dòng)的時(shí)候，觀察兩邊的長水泡是否在一條線上，如果不在一條線上，則繼續(xù)調(diào)整微調(diào)旋鈕，直到水泡對(duì)齊為止。旋轉(zhuǎn)方位按鈕，基準(zhǔn)尺上的刻度線要用楔形絲卡上，基準(zhǔn)尺的讀數(shù)單位為厘米，在讀數(shù)窗口中的讀數(shù)單位為毫米。最終讀數(shù)=基準(zhǔn)尺讀數(shù)X10+讀數(shù)窗口的讀數(shù)值。在事先準(zhǔn)備好的表格上記下最終讀數(shù)值之后，再重復(fù)測出12組鋼法蘭的總共48個(gè)讀數(shù)，全部測量記錄完之后，從中找出一個(gè)最高點(diǎn)，然后再計(jì)算出其它所有點(diǎn)和這個(gè)最高點(diǎn)之間的高度差。4.6把不同厚度的墊片，放在不同的放樣點(diǎn)上，以調(diào)整放樣點(diǎn)之間的高度差，用吊車把工裝法蘭吊到混凝土基礎(chǔ)上面，按照粗放樣的位置把法蘭放好，12組總共48個(gè)法蘭都做上測量記號(hào)，再把基準(zhǔn)尺放到法蘭的測量記號(hào)上測量它們的高度，并仔細(xì)記錄數(shù)值。全部測量完畢后，核對(duì)是不是有大于1mm的高度差，如果有，則重新調(diào)整墊片的厚度后，進(jìn)行復(fù)測，直到高度差小于1mm為止。最后經(jīng)過重復(fù)多次的調(diào)整和測量，各個(gè)點(diǎn)的高度差不大于0.75mm，則基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。5工業(yè)測量中位置度的測量和調(diào)整5.1需要用到的工業(yè)測量儀器有TDA5005全站儀，以及N3三腳架。在三腳架上安裝好全站儀，再通過通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行聯(lián)機(jī)。調(diào)整全站儀，讓其處在一個(gè)操作起來相對(duì)舒適的高度，然后旋轉(zhuǎn)按鈕把電子水泡的位置調(diào)至居中，再打開全站儀的水平補(bǔ)償功能，全站儀會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到水平狀態(tài)。在測出溫度和壓力等數(shù)值后，最后對(duì)系統(tǒng)做參數(shù)補(bǔ)償。5.2輔助測量的工作人員需要把球棱鏡放在測量工裝的頂部，把工裝底部放進(jìn)孔里面，再從每組法蘭上取2個(gè)相對(duì)平行的180°的孔，作為測量的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，然后旋轉(zhuǎn)全站儀。在測量孔的坐標(biāo)時(shí)，要以球棱鏡作為合作的目標(biāo)，記錄完測量結(jié)果之后，再用相應(yīng)的軟件對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，反復(fù)檢查比對(duì)測量坐標(biāo)系和設(shè)計(jì)坐標(biāo)系之間的數(shù)值，經(jīng)過計(jì)算之后，得出測量坐標(biāo)和設(shè)計(jì)坐標(biāo)兩者間的差值，然后進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)差值大于2mm時(shí)，根據(jù)差值再一次調(diào)整法蘭的位置。5.3法蘭位置調(diào)整完畢后，再測量孔位坐標(biāo)，測量完畢后，與設(shè)計(jì)坐標(biāo)做比較。以上工作的步驟需要不斷地重復(fù)多次，直到坐標(biāo)的差值小于2mm為止。一般情況下，通過幾次的測量調(diào)整，差值在1.88mm，已經(jīng)可以滿足設(shè)計(jì)的要求了。6工業(yè)測量技術(shù)中平面度的復(fù)測在不斷的調(diào)整位置的過程中，法蘭與混凝土基礎(chǔ)不可能完全靜止，而是會(huì)出于一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，它們的高度會(huì)受到影響，進(jìn)而隨之出現(xiàn)改變，最后會(huì)影響法蘭的平面度。為了達(dá)到高精準(zhǔn)的技術(shù)要求，因此必須要進(jìn)行反復(fù)多次的測量，也就是對(duì)12組法蘭的48個(gè)點(diǎn)全部進(jìn)行復(fù)測。最終的測量結(jié)果如果高度差不大于0.85mm，那么基本可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求了。結(jié)束語在大尺寸