精密定位与垂准测量.

《精密定位与垂准测量.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精密定位与垂准测量.（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 第6章 精密定位与垂准测量 6-1 6-1 精密定位测量精密定位测量 一、概述 设备定位的实质是利用精密测量的仪器和方法 满足它们的几何轴线或物理轴线之间的关系。这些 轴线关系包括直线度、曲线度、水平度、倾斜度、 平行度和铅直度等。 设备精密定位的基本过程一般是根据固定在设 备上用以表示其几何或物理轴线的测量标志与控制 网点的位置关系，计算出定位元素，然后按照计算 出的定位元素进行设备的实地定位。 1 大型精密仪器设备和结构安装要求相当高的定位 和找平精度,为了保证各种大型精密设备和结构顺利 安装、安全运行,用常规的测量仪器和工具就显得力 不从心,必须借助精密工程测量技术、GPS技术和工业

2、测量技术等使之达到所要求的安装精度。 (1)(1)精密测距技术精密测距技术 精密测距技术主要是以各种定长杆尺和定长铟 瓦线尺配合测微装置组成的测量仪、测量距离变化 的应变仪和伸缩仪等短距离和微距离机械测量技术 和以采用红外光电测距仪和精密激光测距仪等中长 距离光电测量技术。 2 (2)精密测平技术 安装工程设备找平,大间距范围内的相对高程测 量是利用导电法连通管水平仪和可调平尺，在长距离 、大跨度、异形面的高精度找平中,用精密水准仪测 平。精密高程测量技术主要采用微水准测量、激光扫 平水准测量和液体静力水准测量。前者采用专用微型 水平尺和激光水准仪，而后者是则是根据连通管原理 ,通过各种类型的

3、传感器测量容器的液面高度,同时获 取树十至数百个测点的高程,具有高精度、遥测、自 动化、可移动和持续测量等特点。 3 (3)精密安装基准线测量技术 精密基准线测量又称精密准直测量,是直线型设 备精密安装或水平位移精密测量的一种方法。其基 本原理是在两个基准点之间通过光学视准线、机械 引张线或激光束建立一条基准线,以测出设备上观测 点偏离该基准线的偏离值,从而把设备调整安装到该 基准线或者测出水平位移量。 4 (4)安装施工精密定位测量技术 在安装工程中,广泛应用高精度经纬仪、激光 水准仪、激光经纬仪和激光准直仪找中,定位和定向 .尤其是对成套机组设备,用激光测量仪器检测明显 优于拉钢丝法、普通

4、水准仪法和经纬仪法,而且操作 简单。 5 6-1 精密定位测量 平面定位常采用的方法: 基准线法、弦线偏距法、距离交会法、极坐标 法等。 而设备的高程定位时，短视线的几何水准测量 仍是一种广泛采用的行之有效的方法。此外，也有 采用液体静力水准测量和微水准测量方法，利用计 算机配合电子测角系统，采用空间交会的方法进行 三维坐标的测量，同时定位和自动定位。 6 6-1 精密定位测量 定位精度要求: 定位精度要求视各种设备的工艺特点和要 求而异，有时要求最终定位的精度高达0.1 0.15mm。因此，在进行精密定位之前，要拟订 合理的定位方案。根据最后的限差要求和拟订 的定位方法进行误差分析，以确定定

5、位过程中 每一单项操作的精度要求。这些单项操作的精 度有时仅为最终要求的几分之一，甚至高达 0.050.02mm。 7 6-1 精密定位测量 对于某些工艺构件有时提出先将各单个构件在专用的 组装台上装配成一个组体，这样可以在一个局部范围内，保 证组体内各构件之间有很高的相对精度，然后将组体安装到 设计位置上去。无论是单个构件的组装还是组体定位，一般 都是先以较低的精度进行初定位，然后进行精密定位，以至 可能要进行多次循环。 在最终的精密定位之前，应考虑到设备重量对地基的 影响，一般要求在地基和基础的变形趋于稳定之后在进行精 密定位。 8 6-1 精密定位测量 二、环形粒子加速器的磁件定位 下面

6、以环形粒子加速器的构件定位和机械制造工业中的 设备定位为例，说明其定位方法和特点。 某环形粒子加速器由120块磁件组成，它们分布在半径 为236m的圆周上，每块磁件长约11m，由5个构件按一定的 曲率半径放置在一金属梁上。在进行磁件定位之前，先根 据单个构件同侧边缘上固定的两个轨道标志，在金属梁上 进行初步定位，然后将5个构件组装为一块磁件。 其组装方法如下： 9 6-1 精密定位测量 根据磁件的曲率半径和单个构件之间的间隙,当采用 弦线偏距法组装时,先计算出组装元素,即29轨道点,相对 于轨道点1和10的连线的偏距： 2、39 在轨道点1和10之间用一根拉紧的细钢丝作弦线，在中间 点29上放

7、置与偏距i长度相应的专用杆尺，以测定各点 相对于弦线的偏距。当测得的偏距与计算值不一致时，移动 构件使各杆尺上读得的偏距正好等于计算的偏距值，即表示 把各构件组装到半径为的一段设计圆周上。 10 6-1 精密定位测量 有时为了减少专用杆尺的长度，可利用轨道点2和9的连 线作为弦线，分别计算其余各点相对于轨道点2和9的连线的 偏距，再按上法进行组装。在单个构件组装完成之后，将其 固定在金属梁上构成一块磁件，这时轨道点2和9（前者1和 10）即为这磁件的轨道标志，它们是磁件定位的依据。 在进行磁件定位时，为保证各磁件的相互位置精度，通 常先根据安装控制网采用极坐标法对部分磁件进行初定位， 然后，再

8、利用弦线偏距法进行精密定位。这时，为保证各磁 件之间的平滑度，应采用逐渐趋近的方法，尽可能使所有磁 件都位于设计位置。 11 6-1 精密定位测量 下面以一段圆弧上的磁件定位为例，说明其作业程序如下： 12 6-1 精密定位测量 作业程序如下： 1、如图，根据控制点1、2、3和磁件轨道点（设计 值）坐标之间的关系，计算出角度1、2、3和长 度L1、L2、L3放样数据，用极坐标法初步放样出单号磁 件（1、3）的右轨道点1右、3右。 2、在单号磁件的右轨道点（1右、3右）之间拉弦线，用弦 线偏距法和专用杆尺放样出1右2左以及偏距2左、2右，从 而确定了2磁件的位置。同法确定其余各双号（4、 6）磁

9、件的位置。 3、以双号磁件的轨道点（2右、4右）的连线为弦线，同 法放样出3左、3右和2右3左确定出3磁件的位置及其余 各单号磁件的位置。 4、重复步骤2进行检查。 13 6-1 精密定位测量 从上述作业程序可以出：在步骤2和3中，由单号磁件的 右轨道点放样双号磁件，再由双号磁件的左右轨道点放样单 号磁件时，未与控制点发生联系，只是求得它们的平滑度。 利用这种将单号磁件和双号磁件进行互相联系、逐渐趋近的 定位方法，不仅可以保证整个圆环上各相邻磁件有很高的相 对位置精度，并减弱控制点坐标误差的影响，而且在控制点 发生位移时，没有必要重新计算放样元素。 需要指出：在磁件定位过程中，由于磁件设计位置

10、的径 向精度要求比切向高，因此，可根据不同的精度要求来计算 放样元素和及，对应计算到微米，而只要计算到 0.1mm即可。 14 6-1 精密定位测量 在进行磁件平面位置定位的同时，还应进行磁件 的高程定位。通常在磁件进行初步定位时，测定磁 件标志的高程，当磁件进行平面精密定位时，同时 调整支撑金属架的千斤顶，使磁件位于设计高程上 ，这一过程也需要逐渐趋近，以保持磁件在高程上 相互位置的平滑度。 15 6-2 精密垂准测量 一、概述 在精密工程测量中，常常需要将一个高程面上的点垂直 投影到另一个高程面上，其投影精度要求有时高达几十微米 。例如，在大型粒子加速器工程的施工测量中，需要将地面 上的控

11、制点的坐标通过竖井垂直投影到地下隧道的控制点上 ；在进行设备构件的安装定位时，常常根据底层控制点来安 装上部构件，又需要进行向上的垂直投影；为保证各类仪器 设备能在同一标志上对中，也要用到各种精密对点器。 16 对于数百米高的大厦、信号转播塔、烟囱及数百米深的 竖井等工程，在施工中或在运营过程的检测中必须以较高的精 度控制垂直度，有的工程如核电站、火箭发射架等机械设备的 安装中，其垂直精度通常要求达亚毫米级。 目前常用的投点方法有：机械法和光学法两大类。 机械法投点的实质是改进了的正垂线或倒垂线，当它们与 传感器和电子系统相结合时，可以实现自动化投点。 光学投影仪器按其投影高度，应用的光源等可

12、分为光学对 点仪、投影仪、激光铅直仪、激光垂准仪等。 普通的光学垂直仪较好的精度大约为1/40000，200m高度 的误差为5mm左右，可以满足一般工程的精度要求。而高精度 的垂准仪相对精度要求达到1/1000001/200000，因此在仪器 结构及操作程序应做相应改变。 17 高层建筑物施工及安全监测主要包括两个方面： 一方面是沉降观测，另一方面是垂直度监测。当前，国内 高层建筑施工中，常用的轴线竖向传递测量方法有经纬仪投点 测量法、激光测量法、挂吊线锤法等。 经纬仪投点测量法是目前建筑施工中使用比较普遍的方法， 其缺点是当建筑物高度较高时，由于仰角关系，测设距离要远， 在城区建筑密集处施工

13、，场地狭小，现场测设工作有一定难度； 受气候影响较大，不宜在太阳下、刮风及雨天进行测量操作；地 面控制桩受到破损就无法测量。 18 用经纬仪投点测设时，应特别注意仪器的整平精度。测 设时，应采用正、倒镜的测设方案。同时应操控视线仰角的 大小，般不宜大于45度，否则，应在经纬仪上配制弯管目 镜，改善观测条件，因为仰角过大，不但操作不便，而且会 降低测设精度。 激光经纬仪（激光铅直仪）在建筑施工中应用的日益普及 ，用来作轴线竖向传递测量，除具有测量方法简单、测量速度 快、测量精度高等优点外，还可进行夜间测量定位工作。此外 ，它在室内作业不受风振与日照等自然环境影响，能保证竖向 传递测量的精度，但要

14、注意因基础不均匀沉降造成的测量误差 。 吊线锤测量法的缺点是测量精度低，受风力影响大，不宜 在建筑物外部操作，高楼层远距测量时操作难度大。 19 吊锤线法、经纬仪投测法仪器设备简单、施工方法简便 的优点，被施工单位广泛采用，但该方法受外界风力，场地 条件影响较大，特别在高层建筑中操作起来比较困难； 激光铅垂仪进行投测，利用仪器发射的垂直激光束形成 的投测光斑，逐层投点，从而确定逐层轴线的偏差。这种方 法精度较高、方便快捷，对施工场地没有特殊要求， 因此， 这种方法在高层建筑中逐步得到广泛应用。 20 （一）JC100 激光垂准仪（苏州一光） 电子自动安平 自动提供高精度的向上和向下的铅垂线 具

15、有自动超范围报警等功能 配有红外遥控器，可对仪器所有的功能实行遥控 产品功能描述 上对点精度 2(中误差) 下对点精度 2(中误差) 自动安平范围 3 工作范围 上、下150米 遥控距离 30米 激光波长 635nm 电源 4.8V 可充电电池 连续工作时间 约12小时 工作温度 -20-50 仪器尺寸mm 160 x230 仪器重量Kg 4.5Kg 二、几种垂准仪介绍 21 （二）DZJ2激光铅垂仪（苏一光） 22 如图为JZY-40型立井激光投点仪， 它是在矿山立井建设中掘进砌壁时采用 激光投点代替中心垂球线的专用仪器。 主要技术指标： 投点距离 800m 光斑直径 40mm（800m处） 电池供电 DC 3V 外接电源 AC 220V 激光功率 4.8mW 水准管格值 20/mm 垂直精度 1/40000 工作环境温度 1040 仪器重量 6.8kg 稳压电源重量 0.5kg （三） JZY-40型立井激