CN108253888B - 一种异形结构的表面坐标远距离测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种异形结构的表面坐标远距离测量装置，由基座、基座安装孔、两个球体棱镜、两个棱镜固定盘、螺孔、固定螺栓、防松弹簧、内嵌磁体、对准刻槽及精测对准点组成。本发明针对异形结构构件表面无法通过传统的单棱镜及反射片进行远距离直接测量的现状，通过将结构构件表面待测点与测量装置的精测对准点紧密接触，通过远距离测量两个球体棱镜中心测点的三维坐标，根据相应设计公式换算待测点坐标，实现异形结构表面特征点三维坐标的远距离直接测量，同时通过设置防松弹簧保证球体棱镜在基座上处于稳固状态，提高测量精度，该装置结构简单、安装方便、可重复利用、计算公式简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构的表面坐标测量装置，具体涉及一种用于异形结构的表面坐标远距离测量装置及通过该装置测量结果换算该异形结构表面坐标的方法。
背景技术
在大型结构物如桥梁、框架式钢结构、大坝等建设和服役期间，建设和维保管养单位需要对结构重要部位进行持续的变形监测，该类监测一般通过远距离观测仪器（如全站仪）对布置在结构部件表面特征点进行观测，取得某特定时间特征点的三维坐标，通过比较计算不同时间段的观测值判断该特征点所处结构部件的变形或位移情况。传统的远距离结构部件表面特征点一般采用在结构部件表面架设单棱镜或者粘贴反射片，通过观测仪器对准单棱镜反光镜面或反射片进行坐标测量，但将单棱镜架设在结构表面直接测量的是单棱镜镜面中心位置三维坐标，需要根据单棱镜安装高度及角度换算结构构件表面特征点坐标，由于安装高度及角度的不确定性，极易造成测量误差，导致结构表面特征点坐标测量不准确，而采用粘贴反射片可直接测量结构表面特征点三维坐标，但其精度在远距离状况下无法满足测量要求，而且需要保证观测仪器与反射片之间通视无遮挡。然而，随着国内工程师设计水平、施工建设能力的提高，各种异形结构物不断在各个领域得到应用，如具有空间异形特性的大跨度桥梁钢索塔、具有棱状结构的Z形大型空间钢结构以及具有弧形外表面的建筑艺术馆等，该类结构形状新颖，自身结构构件之间相互遮挡较多、架设单棱镜高度及角度无法准确测量，传统的单棱镜及反射片已无法保证观测仪器能精确的直接获取待测结构表面特征点的三维坐标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种异形结构的表面坐标远距离测量装置，并通过该装置测量结果换算该异形结构的表面标识点坐标的方法，能有效避免传统单棱镜作为结构部件表面特征点测量工具时不能直接测量异形结构表面特征点坐标，同时传统反射片测量精度不高、适用距离较短及与观测仪器必须通视造成的无法精确直接对结构部件表面特征点进行远距离三维坐标测量问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种异形结构的表面坐标远距离测量装置，包括基座、基座安装孔、两个球体棱镜、两个棱镜固定盘、螺孔、固定螺栓、防松弹簧、内嵌磁体、对准刻槽及精测对准点，所述测量装置通过所述基座安装孔固定安装于待测结构构件表面，所述基座上部具有两个高低不同的凸台，所述凸台边缘分别设置有螺孔，两个球体棱镜分别通过所述棱镜固定盘安装于凸台上，各个棱镜固定盘与凸台之间通过所述固定螺栓栓接入所述螺孔中进行连接，所述固定螺栓下部均设置防松弹簧，所述基座两个凸台正下方均设有内嵌磁体，所述基座靠近较低凸台侧面设置有对准刻槽及精测对准点，所述精测对准点与结构构件表面待测点紧密接触，所述两个球体棱镜分别具有中心测点P1、P2，所述中心P1、P2与精测对准点位于同一直线上，P1与P2之间的距离固定设置为L1，P2与精测对准点之间的距离固定设置为L2。
优选地，所述基座采用不锈钢材料制作而成。
优选地，所述球体棱镜的外径公差<0.2mm，中心与球心的重合度<0.2mm。
优选地，所述球体棱镜与基座是可拆卸连接，当某一球体棱镜损坏后可单独进行更换。
异形结构的表面坐标远距离测量方法，其包括以下步骤：
A、选择测站，架设全站仪，对中、整平；
B、在待测结构构件表面固定安装所述测量装置，保证测量装置的精确对准点与结构构件表面待测点紧密接触；
C、调整全站仪，对准所述球体棱镜的两个中心测点P1、P2；
D、准确测量P1、P2的空间三维坐标
E、通过公式
，换算结构构件表面待测点的空间三维坐标
。
本发明的有益效果是：针对异形结构构件表面无法通过传统的单棱镜及反射片进行远距离直接测量的现状，通过设计一个具有两个球体棱镜的异形结构的表面坐标远距离测量装置，将结构构件表面待测点与测量装置的精测对准点紧密接触，通过远距离测量两个球体棱镜中心测点的三维坐标，根据该测量装置的固定尺寸及相应设计计算公式换算待测点坐标，实现异形结构表面特征点三维坐标的远距离直接测量，同时通过设置防松弹簧保证球体棱镜在基座上处于稳固状态，提高测量精度，该装置结构简单、安装方便、可重复利用、计算公式简便。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明的三维立体图；
图2为本发明沿基座A-A轴线剖视图；
图3为本发明侧视图；
图4为本发明俯视图；
图中：1、基座，2、球体棱镜1，3、球体棱镜2，4、棱镜固定盘，5、螺孔，6、固定螺栓，7、防松弹簧，8、内嵌磁体，9、基座安装孔，10、对准刻槽，11、中心测点P1，12、中心测点P2，13、精确对准点，14、固定间距L1，15、固定间距L2，16、高凸台，17、低凸台。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明的一种异形结构的表面坐标远距离测量装置，包括基座1、基座安装孔9、球体棱镜1、球体棱镜2、两个棱镜固定盘4、螺孔5、固定螺栓6、防松弹簧7、内嵌磁体8、对准刻槽10及精测对准点13，所述测量装置通过所述基座安装孔9固定安装于待测结构构件表面，所述基座1上部具有两个高低不同的凸台16和17，所述凸台16和17边缘分别设置有螺孔5，两个球体棱镜1或2分别通过所述棱镜固定盘4安装于凸台16或17上，各个棱镜固定盘4与凸台16或17之间通过所述固定螺栓6栓接入所述螺孔5中进行连接，所述固定螺栓6下部均设置防松弹簧7，所述基座1两个凸台正下方均设有内嵌磁体8，所述基座靠近较低凸台17侧面设置有对准刻槽10及精测对准点13，所述精测对准点13与结构构件表面待测点紧密接触，所述两个球体棱镜1和2分别具有中心测点P1、P2，所述中心测点P1、P2与精测对准点13位于同一直线上，中心测点P1与P2之间的距离固定设置为L1，P2与精测对准点13之间的距离固定设置为L2。
具体异形结构的表面坐标远距离测量方法，其包括以下步骤：
A、选择测站，架设全站仪，对中、整平；
B、在待测结构构件表面固定安装所述测量装置，该装置由基座1、基座安装孔9、两个球体棱镜、两个棱镜固定盘4、螺孔5、固定螺栓6、防松弹簧7、内嵌磁体8、对准刻槽10及精测对准点13组成，保证测量装置的精确对准点13与结构构件表面待测点紧密接触；
C、调整全站仪，对准所述球体棱镜的两个中心测点P1、P2；
D、准确测量P1、P2的空间三维坐标
E、通过公式
，换算结构构件表面待测点的空间三维坐标
。
应该理解，上述实施例中的装置和方法仅为本发明的较佳实施例，并非完全限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化，凡是一句本发明申请的说明书及权利要求书内容所作的简单、等效变化，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。
Claims (5)
1.一种异形结构的表面坐标远距离测量装置，其特征在于：由基座(1)、基座安装孔(9)、两个球体棱镜、两个棱镜固定盘(4)、螺孔(5)、固定螺栓(6)、防松弹簧(7)、内嵌磁体(8)、对准刻槽(10)及精测对准点(13)组成，所述测量装置通过所述基座安装孔(9)固定安装于待测结构构件表面，所述基座(1)上部具有两个高低不同的凸台，所述凸台边缘设置有螺孔(5)，两个球体棱镜分别通过所述棱镜固定盘(4)安装于凸台上，各个棱镜固定盘(4)与凸台之间通过所述固定螺栓(6)栓接入所述螺孔(5)中进行连接，所述固定螺栓(6)下部均设置防松弹簧(7)，所述基座(1)两个凸台正下方均设有内嵌磁体(8)，所述基座靠近较低凸台(17)侧面设置有对准刻槽(10)及精测对准点(13)，所述精测对准点(13)与结构构件表面待测点紧密接触，所述两个球体棱镜分别具有中心测点P1、中心测点P2，所述中心测点P1、P2与精测对准点(13)位于同一直线上，中心测点P1与P2之间的距离固定设置为L1，P2与精测对准点13之间的距离固定设置为L2。
2.根据权利要求1所述的异形结构的表面坐标远距离测量装置，其特征在于，所述基座采用不锈钢材料制作而成。
3.根据权利要求1或2所述的异形结构的表面坐标远距离测量装置，其特征在于，所述球体棱镜的外径公差<0.2mm，中心与球心的重合度<0.2mm。
4.根据权利要求1所述的异形结构的表面坐标远距离测量装置，其特征在于，所述球体棱镜与基座是可拆卸连接，可单独更换某一球体棱镜。
5.一种采用权利要求1所述的异形结构的表面坐标远距离测量装置进行表面坐标远距离测量方法，其包括以下步骤：
A、选择测站，架设全站仪，对中、整平；
B、在待测结构构件表面固定安装异形结构的表面坐标远距离测量装置，该装置由基座(1)、基座安装孔(9)、两个球体棱镜、两个棱镜固定盘(4)、螺孔(5)、固定螺栓(6)、防松弹簧(7)、内嵌磁体(8)、对准刻槽(10)及精测对准点(13)组成，保证测量装置的精确对准点(13)与结构构件表面待测点紧密接触；
C、调整全站仪，对准所述球体棱镜的两个中心测点P1、P2；
D、准确测量P1、P2的空间三维坐标(X，Y，Z)P1，(X，Y，Z)P2；
E、通过公式(X，Y，Z)精＝(X，Y，Z)P1+((X，Y，Z)P2-(X，Y，Z)P1)(L1+L2)/L1，换算结构构件表面待测点的空间三维坐标(X，Y，Z)精。
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