一种基于全站仪的钢结构三维精度检测分析方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种基于全站仪的钢结构三维精度检测分析方法及其应用。该方法提供三种建立物方基准模式及两种搬站测量模式，使得现场操作灵活方便。该方法不仅能测量钢结构建造实物模型整体特征点的三维坐标数据，而且能对实物模型进行整体及局部建造偏差分析，保证钢结构建造的后续工作顺利实施。本发明专利技术具有的有益效果：1、提高钢结构检测精度及效率，与传统检测方法相比效率可提高4倍以上，且数据能够形象地反馈钢结构实物建造过程中的偏差；2、可以更快速地培养专业的划线和定位人员：采用本工艺方法，培养1名通过三维方式判断建造实物模型状态的专业划线和定位人员的难度大幅度降低，一般情况下，半年可培养出独立作业的人员。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种钢结构三维精度检测分析方法，属于测绘
 
技术介绍
在现有船舶、海工建造领域中，钢结构建造精度一般要求达到毫米级乃至亚毫米级，这给钢结构精度检测提出了更高的要求。钢结构精度检测是指，建造的建造实物模型与其设计模型尽可能一致，满足公差要求。随着行业标准的不断提高，钢结构建造实物模型高精度检测已成为船厂和钢结构制造企业的重要品质保障。 目前，国内船厂及钢结构制造企业现行的检测工艺尚停留在二维尺寸检测阶段，表现形式有：线锤挂垂直度，尺子量长度，所得数据人工记录等。这种检测手段往往很难对钢结构建造实物模型进行整体描述，并难以实现对其状态的预判和预处理，增加了钢结构建造实物模型的预组难度。而且该二维检测方法现场需要更多的作业人员，以船舶建造中组分段为例，线锤作业需要3个人，尺子作业需要2至3个人，完成整个工作需要4个小时，这大大减缓钢结构的建造速度，降低建造质量。由于存在高空作业，测量现场危险系数较高。传统的钢结构二维尺寸检测，要求作业人员具有很好的空间抽象能力，通过二维数据对建造实物模型和总组段的扭曲和尺寸状态进行理解，并实施专业划线和定位。一般独立的作业人员培养周期长（需要10年左右），难以满足行业发展的需求。 
技术实现思路
为了实现对钢结构建造实物模型的三维整体描述，本专利技术基于现代高精度全站仪提供一种三维高精度检测分析方法。该方法不仅能测量钢结构建造实物模型整体特征点的三维坐标数据，而且能对实物模型进行整体及局部建造偏差分析，保证钢结构建造的后续工作顺利实施。本专利技术所依赖对象主要包括高精度全站仪和专业测量分析软件，全站仪的主要作用是测量被测目标的基本观测元素，主要包括：水平方向、竖直角、斜距等；测量分析软件的主要作用是根据用户的要求向全站仪发布测量指令，并对返回的测量结果进行计算分析。 本专利技术所采用的技术方案是：在钢结构建造实物模型一侧架设高精度全站仪，通过测量实物模型关键特征点建立物方基准，并在该基准中测量实物模型该侧全部特征点三维坐标。通过设置在实物模型两侧的旋转标靶，将全站仪搬至实物模型另一侧，并测量剩余特征点，实现对实物模型三维整体描述。 基于全站仪的钢结构三维精度检测分析方法，具体包括如下步骤： A、将全站仪架设在钢结构建造实物模型正面，利用极坐标法测量实物模型上的2~3个特征点，建立物方基准，然后对实物模型正面其他特征点进行测量，并将其他特征点的坐标纳入所述物方基准中； B、在实物模型两侧分别设置两个旋转标靶，测量所述旋转标靶在A步骤中所建立的物方基准中的坐标； C、将全站仪架设至所述实物模型背面，同时旋转反射靶，对实物模型背面的所有特征点及旋转标靶进行测量，通过计算分析软件将在实物模型背面所测的特征点及旋转标靶的坐标纳入A步骤中所建立的物方基准中； D、针对隐蔽特征点，可采用隐蔽杆测量工装辅助测量； E、钢结构建造实物模型上所需特征点的三维坐标数据全部采集完毕后，建立三维模型，进行建造实物模型的整体分析，以及与设计模型比对进行建造偏差分析； F、生成现场作业指导报告，现场作业人员根据所述报告对钢结构建造实物模型进行预处理。 本专利技术中，所述全站仪现场采用自由设站方式，根据钢结构自身特征建立物方基准，在该基准中获取钢结构检测所需特征点三维坐标数据。 本专利技术中，所述全站仪与两旋转标靶的连线之间的夹角为45°~135°。 本专利技术的基于全站仪的钢结构三维精度检测分析方法应用于静态测量现场，在应用于静态测量现场时，采用两点建立物方基准，两点进行搬站测量。 本专利技术的基于全站仪的钢结构三维精度检测分析方法应用于动态测量现场，在应用于动态测量现场时，采用三点建立物方基准，三点进行搬站测量。 本专利技术根据钢结构建造实物模型及现场条件，提供三种建立物方基准方式，方便作业人员建立直观的物方基准。搬站测量提供两点搬站和三点搬站两 种方式，解决了空间大角度的高精度旋转变换，将所测特征点三维坐标统一在物方基准中。 本专利技术克服了原有二维精度管理数据的前后无法充分利用，无法延续的弊端，使得建造过程实现三维尺寸可视化管理，可以实现钢结构建造过程中所有建造实物模型，在任意状态下的尺寸检测；实现与建造实物模型和设计模型之间的数字化对比；实现建造实物模型和建造场地之间的数字化对比。 附图说明图1为原点-点1、X轴点2建立基准示意图； 图2为X轴点1-点2、Y轴点3建立基准示意图； 图3为X轴点1-点2、Z轴点3建立基准示意图； 图4为迁站测量示意图。 具体实施方式基于高精度全站仪的钢结构三维精度检测分析方法具体实施步骤如下： A、将高精度全站仪架设在钢结构建造实物模型正面，利用极坐标法测量实物模型上2个或3个特征点建立物方基准，对实物模型正面其他特征点进行测量，并纳入该物方基准中。图1所示采用两点建立物方基准，在静止测量状态中，以第1点作为坐标系的原点，过该点的铅垂线方向作为Z轴方向，第2点确定XZ铅垂面，右手坐标系确定Y轴方向建立坐标系；图2（图3）所示采用三点建立物方基准，在非静止测量状态中，以第1点作为坐标系的原点，第2点确定X轴，第3点确定XY平面（或XZ平面），右手坐标系确定Z轴（或Y轴）方向建立坐标系。 B、在实物模型两侧的稳定位置上分别设置两个高精度测量旋转标靶，并测量其在物方基准中坐标。为保证现场测量精度，要求全站仪与两旋转标靶的连线之间的夹角为45°~135°。 C、将全站仪架设至实物模型背面，同时旋转反射靶，对旋转标靶及背面所有特征点进行测量，通过计算分析软件将实物模型背面所测特征点一同纳入至物方基准中（如图4）。 D、针对隐蔽特征点，可采用隐蔽杆测量工装辅助测量； E、钢结构建造实物模型上所需特征点三维坐标数据全部采集完毕后，即可建立完整的三维模型，通过对该测量模型进行平移、旋转等操作，进行建造实物模型的整体分析，以及与设计模型比对进行建造偏差分析； F、生成现场作业指导报告，现场作业人员据此对钢结构建造实物模型进行预处理。 本专利技术所基于的原理是： 1.建立物方基准 全站仪测量得到测点在测站坐标系下的三维坐标，考虑到实际测量操作及数据分析的需要，系统在测量特征点坐标同时，以被测物体为主体建立测量坐标系。并将后续测点坐标从测站坐标系A-xyz转换到测量坐标系O-XYZ中。坐标系的建立有以下两种情况。 1.1两点物方基准 根据最先测量的两个点建立物方基准，以第一点作为坐标系的原点，过第一点的铅垂线方向作为Z轴方向，第一点与第二点确定的铅垂面作为XZ平面，过第一点且与XZ平面正交的方向作为Y轴方向建立物方基准。如图1所示，将最先测量的两个点，即点1、点2确定的铅垂面作为XZ平面，以点1作为坐标系的原点，过点1的铅垂线方向作为Z轴方向，过点1且与XZ平面正交的方向作为Y轴方向建立坐标系。 依这种方法建立坐标系，点2坐标为： X2=(x2-x1)2+(y2-y1)2Y2=0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于全站仪的钢结构三维精度检测分析方法，其特征在于，包括如下步
骤：
A、将全站仪架设在钢结构建造实物模型正面，利用极坐标法测量实物模型
上的2~3个特征点，建立物方基准，然后对实物模型正面其他特征点进行测量，
并将其他特征点的坐标纳入所述物方基准中；
B、在实物模型两侧分别设置两个旋转标靶，测量所述旋转标靶在A步骤中
所建立的物方基准中的坐标；
C、将全站仪架设至所述实物模型背面，同时旋转反射靶，对实物模型背面
的所有特征点及旋转标靶进行测量，通过计算分析软件将在实物模型背面所测
的特征点坐标及旋转标靶坐标纳入A步骤中所建立的物方基准中；
D、针对隐蔽特征点，采用隐蔽杆测量工装辅助测量；
E、钢结构建造实物模型上所需特征点的三维坐标数据全部采集完毕后，建
立三维模型，进行建造实物模...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶爱青，
申请(专利权)人：谢荣，
类型：发明
国别省市：