设备安装测量解析

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1、第八章 工业设备的安装和检校测量 特点： （1）保证每个部件之间的精密连接，精度要求高 （2）有特殊的测量仪器和方法 （3）不同对象安装要求的精度不同 （4）伴随工程建设的全过程 学习要点： 精密微型安装测量控制网的建立 设备安装和检校测量仪器与方法 精密定线、短边方位传递和姿态准直 三维工业测量系统 大型天线安装测量实践 第一节 精密微型安装测量控制网的建立 （1）对小型设备的安装，一般不在需要建立专门的安 装控制网了。 （2）大型设备的安装，特别是需要分段、分区安装的 情况则必须建立安装测量控制网。这类网常布设成精 密微型控制网的形式，其精度与设备安装的精度要求 有关，对于大型和特种精密设

2、备，测量精度甚至达到 了计量级。 (3)控制网的形状根据安装对象确定。 一、直伸三角形网 （一）适用条件 直线方向要求高的设备安装。 （二）误差分析 1、边长观测误差分析 设A为固定点，AB为固定方向，且设为x轴方向。其它控制点 1、2等基本上位于AB直线上，通过边角测量来确定各点的 纵横向坐标。 由于控制点基本上位于一条直线上，三角形内角接近0和 180，故三角网的图形条件很差，但边角网的图形条件是 强的。这一结论可以从对边角观测值误差方程分析得出。 边长观测误差的一般形式： 其中，为ij0为ij边的近似方位角， 边长的近似 值，Sij为观测值。由于各控制点近似在一条直线上，方位角 接近0或

3、180，故有： 因此直伸网边长误差方程可简化为: 即边长误差方程仅用于求解x坐标(纵向)的改正数。 2、方向观测误差分析 方向观测误差方程的一般形式为: 其中，di为定向角改正数， 为ij边近似边长， , 为ij方向近似值，Tij为观测值, Z0i为i测站定向角近似 值。 上式进一步简化为： 上式中、xi0、 xj0为i、j点的近似坐标。因此方向误差方程仅 用于求解y坐标（横向）的改正数。 二、环形控制网 环形控制网一般布设成测高环形 三角网和大地四边形环锁等形式。 （一）测高环形三角网 测高环形三角网的布网方案所示，除了测定每个三角形的二条 短边外,在每一个狭长的三角形中，在长边上引张一条弦

4、线， 再用专用工具丈量三角形之高，根据两边和高可以推算出三角 形的三个角值。在加速器工程中，采用专用因瓦测距仪 Distinvar测距，精度可达0.030.05mm，因此能显著地改善方 位角传递的精度，有效地克服了三角形因视线靠近隧道壁产生 的旁折光影响，实质上是以测边、测高达到高精度测角。 在直伸三角形abc中，三角形内角的计算公式为： 微分上式之第一式，并转换成中误差 可得： 环形控制网的边长一般较短，三角形为狭长三角形，故有： ，上式化为： 由此可见，在测边误差和边长一定的条件下，h越小，ma也随 之变小。 例如在某环形加速器工程中，环的半径为R=233.45mm，布设 60个控制点。

5、（圆心角为6度，对应的弦切角3度） 设ms=0.06mm，mh=0.03mm，代入上式后可得 ma=0.25”，同样可得mb=0.25”，而mc= ma=0.35” 。 如果只测量狭长三角形的三条边S1、S2、S3，那么可以推出 三角形的角值： 可得中误差公式为： 当h=1.28m，设：ms1=ms2=ms3=0.04mm，则可得：mc=11.2 由此可见，用狭长三角形三条边长来推求角度的精度不高，证 明了测量二条短边和高来求角的方案是最佳的。但测量底边长 可以起到检核作用，也有助于减少相邻点的相对点位误差。 三、大地四边形环锁 四边形环锁的图形结构比较坚强，测量全部边不测角度， 也是一种较好

6、的布设方案。但它的工作量大，需要具备四种 不同长度的铟瓦尺。 在评定环形控制网的精度时，一般要求给出切向误差和径 向误差，如果在直角坐标系下进行平差，则平差后要将x和y 方向的误差转换成切向误差和径向误差。考虑到环形控制网 的特点，可采用极坐标系，在平差时要建立大地四边形环锁 在极坐标系下的边长误差方程。 在高能粒子加速器环形控制网的测量中，现在也可以采 用激光跟踪仪的测量方法，为了和其他设备采集的数据对应 或便于归算，一般要研制相应的测量目标和配件。 四、三维控制网 三维控制网缺陷: 三角高程测量的精度较低，与平面位置的精度不匹配， 特别是在野外大气折射对垂直角的影响很大。 三维控制网的优点

7、： 1)避免了二次布网、观测和平差的繁琐工作； 2)避免了一些相关元素分开处理在精度上、时间上和信 息上带来的损失，理论上更加完善。 五、高程控制网 目前几何水准仍然是精度最高的高程测量方法，因此安 装测量的高程控制网一般仍布设成水准网的形式。 第二节 设备安装和检校测量仪器与方法 以天线的安装和检校为例，介绍有关的测量手段和方法。 一、传统的测量方法 主要有： 机械测量法样板法（旋转样板法和 固定样板法）和数控机床法 光学测量法双五棱镜法、经纬仪钢 带尺法和五棱镜带尺法等 电学测量法等。 样板法 1、旋转样板法 原理:按给定的抛物线方程，用数控铣床或其他方法制造出 抛物线样板；将样板安装到被

8、检天线的轴心线上，当它回转 一周时，测量样板曲线和抛物面的吻合间隙，并对天线作出 评价。因此样板法成形及测量的关键是如何保持旋转轴与面 板设计轴线的一致性 如果沿样板安装一排百分表，每一块表按抛物曲线调到零点 ，这样既能提高测量精度，也能提高测量速度，称之为样板 百分表测量法。 旋转样板法的优点：样板的设计制造比较容易，测量操作方 便，读数直观；既可检测一般精度的反射面，又可检测较高 精度的反射面；样板不仅是检测工具，而且还是用于定位安 装和调整反射面的安装调整工装。 旋转样板法的缺点：系统建立比较烦琐，并且需要其他仪器 辅助调整，相应地引入的误差源多；对大尺寸天线测量困难 ；测量效率较低，易

9、出错。 旋转样板法对中、小型圆对称天线比较有效（口径10 m以 下），只适合天线朝天状态下的测量，典型的测量精度为 （0.10.2）mm。 2、固定样板法 固定样板法不再需要旋转样板，而是充分利用天线的成形模 具如拉伸模、拉弯模和铆装夹具等作为测量工具，实现单元 面板在车间的自检。将单元面板自由贴合在上述模具上，用 百分表或塞尺测量贴合间隙，然后评定面板精度。 固定样板法也是一种比较测量，且只能测量单元面板（一般 不超过3 m），典型的测量精度为 （0.20.4）mm。 双五棱镜法 双五棱镜法由一台准直望远镜T和两块 五棱镜A和B组成。两块五棱镜可在导 轨上沿y轴作直线运动，通过五棱镜A 和B

10、可同时观察到P处的标志，改变两 棱镜的距离y1和y2，可以使待测点在 两棱镜的像重合在一起，组成了一个测量三角形ABP，因1、 2、y1和y2已知，可以求出P点坐标。 该法的优点：可以测量抛物面在不同仰角时的表面精度，测 量精度为 （0.150.7）mm 缺点：要研磨多个五棱镜以适应天 线不同区域的测量，结构上较为烦 琐，且不能用于非圆对称天线的检测。 经纬仪带尺法 经纬仪带尺法用一台高精度的经纬仪（主要是垂直角精度要 求高）和一把特制钢带尺作为检测工具，用经纬仪测垂直角 、钢带尺测弧（弦）长，然后计算偏差并进行调整 该法成功与否的关键是：必须保证经纬仪的垂直轴和天线的 旋转轴重合、选用高精度

11、的经纬仪和钢带尺。 该法应用比较 广泛，可用于 毫米波天线测 量。 工程名称组装精度 (mm) 表面精度为 IRAM 30 m天线 0.12 7台 22 m望远镜 0.11 0.25 mm Effelsberg天线，口径 100m 1 mm 二、射电全息法 工程背景:大中型毫米波、亚毫米波射电望远镜相继问世， 望远镜的天线口径与表面精度之比已达105以上天线安 装精度要求高 传统的天线表面精度测量方法缺陷：费时费力；要求天线 指向天顶；测量结果是点，不能全面反映天线实际工作的 状况；测量精度已基本达到极限。 射电全息法是利用天线的远场复方向图与天线口面上的场 分布间的傅立叶变换关系，由远场方向

12、图的测量来反推天 线口面上的场分布（振幅和相位分布），并由天线口面上 场的相位分布，用光线追迹得到天线表面相对于理想抛物 面偏差的信息 测量误差：接收机噪音、指向和跟踪误差、大气闪烁、天 线馈源的相位响应和信号源的偏振效应等。 全息现象首先由英裔匈牙利物理学家Gabor D. 于1947 年首先发现，1968年由前苏联人率先用于天线测量。 常用的方法: 1)方法1 测量远场方向图的幅度并直接测量远场方向图 的相位，这需要在被测天线附近设置另一台天线来提供 参考相位，并需要具有相位稳定的双通道接收机； 2)方法二:无相位测量方法，即采用某种相位恢复算法 ，由天线的聚焦和偏焦方向图的幅度来获得天线

13、口面上 场的振幅和相位分布。 如美国GBT天线，通过射电全息法的测量，将表面精度从 1.1 mm（由经纬仪和全站仪调整而成）提高到 0.53 mm ；日本 45 m Nobeyama天线，表面精度从最初的 0.2 mm提高到 0.065 mm，已接近单块面板的精度（ 0.051 mm）；OSO 20.1 m射电望远镜用该法进行了检测，其测 量精度为 0.066 mm；Effelsberg 100 m天线，用该法 进行了升级，表面精度提高到 0.5 mm；IRAM 30 m天 线用该法进行了升级，测量精度为 0.035 mm，表面精度 提高到 0.08 mm。 缺陷:1）测量小口径天线时的测量精

14、度低于光学测量系统 2）由于可用射电源的数量和空间分布有限，不可能 在天线的整个仰角范围内或最佳安装角位置进行测量 3）不能用于天线的初装，也不能用于指向固定天线的 精调。 三、三坐标测量机 三坐标测量机是工业部门应用最多的坐标测量仪器，在中小 型工业设备的安装检测中发挥着重要的作用。 三坐标测量机概述 1、原理：将被测物置于三坐标测量机的测量空间，可获得被 测物上各点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数 学运算，求出被测物体的集合尺寸、形状和位置。 2、用途：机械制造、电子、汽车、航空和航天等工业中 由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好 ，能与柔性制造系统相连接，已成为

15、一类大型精密仪器，有 “测量中心”的美誉。 三坐标测量机结构 组成：主机、测头和电气系统 1、主机 主机由框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、平衡部件、 转台与附件组成。 框架结构可分为以悬臂式、桥框式和龙门式为代表的三坐标 测量机，以坐标镗式和卧镗式为代表的万能测量机，由测量 显微镜演变而成的仪器台式三坐标测量仪，还有按极坐标原 理的极坐标式，共计七大类。 YXB-桥式手动三坐标测量 机 YXB- 桥式三坐标测量机 标尺系统是坐标测量机的重要组成部分，也称为测量系统。 主要有精密丝杠、高精度刻线尺、光栅、感应同步器、磁尺 、码尺、激光干涉仪等。 龙门式三坐标测量机 操作简单易懂.界面可视化.

16、功能强 大.测量模块多.适用较大范围测 量 高稳定性机床式优质铸铁基础框架 闭式、开式、贴附式光栅的选 择. 标准的数据采集软件、提供经修正后标准的各轴坐标示值. 具测量精度(可达达2-6m) 高效率、与良好的操作可靠性. 按其性质可分成 机械式测量系统 光学式测量系统 电气式测量系统 2、测头 测头是一种传感器，主要用于测微和瞄准 按测量方法可分为：接触式和非接触式 按结构原理可分为：机械式（硬测头）、光学式和电气式等。 机械式主要用于手动测量； 光学式多用于非接触测量，有三角法测头、激光聚焦测头、光 纤测头和莫尔条纹等； 电气式多用于接触式的自动测量，采用电触、电感、电容、应 变片、压电晶体等