【摘要】 本发明涉及一种大型隧道管片构件几何量测量装置和方法。以激光跟踪仪为坐标采集设备，布设两个激光跟踪仪测量站，扫描所有型面坐标信息，并通过公共点统一坐标系，通过VC编写的软件读入数据，最小二乘法拟合平面，半径约束最小二乘法拟合弧面，从而评价形状和尺寸信息。通过最佳适配算法将测量值配准到CAD坐标系中，并与CAD数模相比较。以图形和数值两种方式生成测量报告。本发明充分利用激光跟踪仪优越的大尺寸测量能力和自主开发的数据处理软件，有效解决小分段角、大尺寸的管片状构件几何量精密测量难题。可广泛应用于船舶、飞机等制造业分段制造的各项几何量测量。。 【专利类型】发明授权 【申请人】天津大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】300072 天津市南开区卫津路92号 【申请人地区】中国 【申请人城市】天津市 【申请人区县】南开区 【申请号】CN200810152024.3 【申请日】2008-10-06 【申请年份】2008 【公开公告号】CN101387494B 【公开公告日】2010-08-25 【公开公告年份】2010 【授权公告号】CN101387494B 【授权公告日】2010-08-25 【授权公告年份】2010.0 【IPC分类号】G01B11/00; G01B11/24; G01B11/03 【发明人】曲兴华; 张福民 【主权项内容】1.一种大型隧道管片构件几何量测量的方法，所述方法采用一种大型隧道管片构件几何量测量装置，所述测量装置包括： 空间坐标测量装置，用于获取大范围空间点坐标数据； 球面反射靶标，用于与被测表面点接触； 所述的空间坐标测量装置为：空间测量激光跟踪仪或激光雷达球坐标测量仪或经纬仪或局域GPS或CCD摄像机装置；其特征在于包括如下步骤： 1)待测的大型隧道管片的数学模型构建设计 在开始测量待测的大型隧道管片之前，按照CAD图纸重新构建数学模型设计坐标系，包括标准块、封顶块和左右邻接块，直线段、左转弯段和右转弯段，统一指定迎千斤顶面为环向前平面，以环向前平面上圆截面的圆心为原点，以原点和封顶块前平面圆弧中点的连线为X轴，以圆环轴线为Z轴，利用右手正交定义Y轴，以此为测量基准，将所有的测量数据与CAD模型做最佳适配，对齐到全局坐标系中； 2)采集测量数据 使用空间测量激光跟踪仪布设两个测量站，沿测量空间的对角线的两个角落位置布设两个测量站，干涉仪方向沿对角线方向，距大型隧道管片构件适当距离，空间测量激光跟踪仪和待测的大型隧道管片高度大致相当，将目标球面反射靶标放在磁力底座上，用小平面代替SMR点接触，并将测量结果在拟合表面的法线方向上减去SMR半径和磁力底座高度，设置采点扫描间隔，手持SMR均匀接触扫描整个被测表面，快速获得大型隧道管片构件所有型面的大量三维数据，包括前面、后面、左面、右面和内外圆柱面，其中采用测量两个圆截面恢复圆柱面，这两个圆截面分别紧邻前后面，即外弧面的两个截面和内弧面的两个截面，每个测量站测量相邻四个型面，两个测量站同时测量公共点，用最佳适配算法统一两个测量站的坐标系，所有测量数据保存为txt文本文件，导入编写的数据处理软件，计算需要控制的参数； 3)基于控制参数的测量计算 定义6类参数保证构件测量质量： ①提取有效的特征信息，如果存在粗大噪声点则剔除噪声点，再按照各自的数学模型，用最小二乘法拟合构造四个平面，即纵向最优左平面、纵向最优右平面、环向最优前平面和环向最优后平面，评价四个平面的平面度； ②圆弧点云向就近的邻近平面投影，半径约束最小二乘拟合四个圆弧，评价四个圆弧的圆度；采用半径约束最小二乘法，以设计半径值为约束条件，最小二乘目标函数为： 约束条件：r＝r0 其中(a，b)为圆心，r为待测半径，r0为设计值； ③将最优平面与最优圆柱面相交，提取角点和边缘特征，分别得到八个角点的坐标，角点相连获得边缘特征，求取厚度、宽度和弧长； ④求纵向最优左平面与纵向最优右平面二者之间交角为圆心角； ⑤环向前平面和环向后平面构造环向中平面，其与纵向最优左平面相交得到一条边，内圆弧面扫描的两条点云分别向环向中平面投影，延长后与纵向最优左平面的交点处的切 线为另一条边，两条边的夹角平均后为边角，同理构造出另三个边角； ⑥定义出四个纵向锥度； 用VisualC++6.0开发后续数据处理软件，实现上述算法： 将型面三坐标数据转换为直观的几何量信息，软件由读入数据、分析运算、最佳适配、生成报表模块组成；读入数据模块读入型面点云三坐标；分析运算模块由点构建线、面几何要素，通过各几何要素之间的运算求取被测量；最佳适配模块对比实际测量模型与CAD模型；生成报表模块生成通用PDF格式的报表，以数字和图形两种方式输出各项测量结果； 4)多环装配 导入一整环中各块的测量数据直接整环装配；以第1环坐标系为基准坐标系，后续其他整环坐标系沿Z轴平移环宽设计值w，绕Z轴旋转错缝拼接角度γ，即旋转矩阵和平移向量为： 实现多环装配。 【当前权利人】天津大学 【当前专利权人地址】天津市南开区卫津路92号 【统一社会信用代码】12100000401359321Q 【家族被引证次数】80
