CN109059889B - 一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，在异型钢构的定位加工过程中，通过构建异型钢构的三维模型并分解得到异型钢构组件的三维模型图和工程图，同时获得异型钢构各个连接位置点的三维坐标值，将异型钢构的三维模型的坐标系与实际加工的异型钢构位置坐标系一一对应、统一起来，采用全站仪进行三维坐标的放样测量，对异型钢构各连接位置点进行精准定位并施以焊接固定，以形成所设计的异型钢构，解决现有技术中异型钢构加工过程中定位误差大、效率低，返修率高的问题。

Description

一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法

技术领域

本发明涉及异型钢构加工技术领域，特别涉及一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法。

背景技术

建筑幕墙以其靓丽的色彩在建筑装饰工程室外装饰中的应用越来越广泛，如商业建筑、写字楼、体育场馆、文化设施、会展中心等，但这些墙面或外围结构未必都是平整的，因此常采用异型钢构作为连接支架。异型钢构所有的钢构连接点都不是分布在同一平面或同一直线上，能根据自由曲面延伸，其整体造型不成平面且无固定规律，可作为墙体与外装材料之间的连接支架，一般用于外形独特且无规律的幕墙装饰。随着建筑幕墙应用的快速发展，异型钢构在建筑幕墙装饰中的应用越来越广泛。现有异型钢构的加工，一般采用钢卷尺、米尺及角度尺进行定位，这些定位方式存在以下缺点：1)无法测量及定位具有三维曲面特征的钢构连接点；2)测量及定位误差大，导致累计误差大；3)没有合适的测量基准点；4)效率低，返修率高，造成成本高。可见，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，旨在解决现有技术中异型钢构加工过程中定位误差大、效率低，返修率高的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其中，包括以下步骤：

S1：通过计算机建立异型钢构的三维模型，并根据该三维模型实际加工出异型钢构组件；

S2：通过异型钢构的三维模型建立异型钢构的三维坐标系，移动该三维坐标系以找出测站点0点的位置，当0点作为测站点时全站仪能照射到异型钢构所有连接位置点，同时读取异型钢构各个连接位置点在三维坐标系中的坐标值，并对每个连接位置点进行命名，导出各个连接位置点及0点的坐标值，保存为CSV文件；

S3：规划异型钢构组件的加工连接区域，根据异型钢构的水平投影面积大小规划加工场地，对加工场地构建方形的第一划线区域、第二划线区域，第一划线区域为异型钢构的水平投影面积，第一划线区域的四个角点与异型钢构的四个位于边角的连接位置点的水平投影点重合；第二划线区域必须满足能完全包裹所有的异型钢构组件在内；

S4：确定测站点和后视点的位置：以第二划线区域的两相交边线来建立XY平面坐标系，根据计算机所建立的三维坐标系，获得其中一个位于边角的连接位置点的XY坐标值与0点的XY坐标值之间的关系，使用尺子测量、并定位测站点0点；然后过0点做一条平行于X轴或Y轴的直线，在直线上找后视点1点位置，1点与0点的连线距离比与该连线平行的第二划线区域的边线长，通过测量1点与0点之间的位置关系，将1点的XYZ坐标值保存至CSV文件；

S5：确定已知点的位置：将全站仪放置于测站点，以测站点0点和后视点1点进行已知点建站，向第二划线区域的四条边线以外的地方分别打点，获取其坐标值并进行点号命名，以确定各个已知点，已知点的数目至少10个，然后将所述已知点的点号及XYZ坐标值保存至CSV文件；

S6：对异型钢构的连接位置点定位：将所有CSV文件导入全站仪，并将全站仪放置于测站点0点；将该异型钢构组件的两个连接位置点在第一划线区域内进行布置，在全站仪中选择所述的两个连接位置点的CSV文件，并利用全站仪的放样功能对这两个连接位置点进行反复测量，根据全站仪中显示的XYZ坐标误差对异型钢构组件在第一划线区域的位置进行反复调整，直至所测量的连接位置点的XYZ坐标误差在所设的误差范围内；若因异型钢构组件的阻挡以致全站仪无法进行测量，则将全站仪放置于能够完成测量的已知点，继续进行测量定位；

S7：当异型钢构组件定位完毕，采用点焊方式对相邻的两个异型钢构组件进行焊接固定；

S8：反复检查：用全站仪对焊接固定好的异型钢构组件的连接位置点进行再次测量；若连接位置点的XYZ坐标误差超出所设的误差范围，则进行返修再调整；若在所设的误差范围内，则进行满焊；然后选择与已焊接好的异型钢构组件相邻的另一异型钢构组件，并返回步骤S6直至完成异型钢构的加工连接。

所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法中，所述误差范围为0至1mm。

所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法中，所述步骤S1包括如下步骤：

S11：通过计算机的三维软件建立异型钢构的三维模型；

S12：通过分解三维模型得到若干个异型钢构组件的三维模型图；

S13：通过异型钢构组件的三维模型图制作出异型钢构组件的工程图，根据异型钢构组件的工程图加工制造出异型钢构组件。

所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法中，所述步骤S6中，利用全站仪的放样功能测量时采用棱镜模式对异型钢构组件的两连接位置点进行测量。

所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法中，所述建站的方式包括两个已知点建站方式或者后方交会建站方式。

所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法中，所述两个已知点建站方式：将全站仪放置于测站点或已知点的位置，并将全站仪激光对中点对准该测站点或已知点，完成对中整平并量取仪器高，将全站仪的镜头对准合适、可观察到的已知点，进行已知点建站。

有益效果：

本发明提供了一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，异型钢构品质的关键，在于能否保证每个钢构零件之间连接点的位置准确，本发明采用全站仪对异型钢构各连接位置点进行精确定位，在加工连接过程中，以异型钢构的三维模型作为加工参照，将三维模型的坐标系与实际加工的异型钢构的位置坐标系相对应、统一起来，采用全站仪进行异型钢构的各个连接位置点的三维坐标测量，进行精准定位，解决现有技术中异型钢构加工过程中定位误差大、效率低，返修率高的问题。具有以下优点：

(1)测量所用的坐标系可以始终保持不变；

(2)各被测点相互独立不会形成累计加工误差；

(3)将加工过程中的定位及各位置点的检查融为一体，既可以定位各连接位置点又可以检查各连接位置点的准确性；

(4)定位精度高，能满足幕墙钢构的使用要求。

附图说明

图1为本发明提供的全站仪对连接位置点测量定位的示意图。

图2为本发明提供的全站仪确定0点、后视点与已知点的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1和图2，一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，具体采用以下步骤：S1：通过计算机建立异型钢构的三维模型，并根据该三维模型实际加工出异型钢构组件12。

S2：通过异型钢构的三维模型建立异型钢构的三维坐标系，以异型钢构的三维模型的水平投影面为XY平面，异型钢构的水平投影面为方形，以两相交的边线来作X轴和Y轴，然后将该三维坐标系移动，模拟并找出测站点0点的位置，当0点作为测站点时全站仪能照射到异型钢构所有连接位置点13，同时读取异型钢构各个连接位置点13在三维坐标系中的坐标值，并对每个连接位置点进行命名，导出各个连接位置点及0点的坐标值，保存为CSV文件；对各个连接位置点进行命名时，可采用如下的命名规则为XXX-1,XXX-2,XXX-3，…，XXX-n，其中,XXX代表异型钢构组件编号，n代表异型钢构组件中的第几号连接位置点。

在实际加工过程中，将三维软件所建立的异型钢构的三维坐标系与实际加工中的异型钢构的三维坐标系相对应、统一起来，水平面为XY坐标平面，Z轴为竖直高度方向的轴线；在异型钢构的三维模型以外的空间中模拟、找出0点位置，根据全站仪的方位角和垂直角的调整范围，使得全站仪置于0点位置时能够照射到所有连接位置点。在实际加工中，0点位置选择设置在地面或加工平台平面上。

S3：规划异型钢构组件的加工连接区域，根据异型钢构的水平投影面积大小规划加工场地14，对加工场地14构建方形的第一划线区域15、第二划线区域16，第一划线区域为异型钢构的水平投影面积，第一划线区域的四个角点与异型钢构的四个位于边角的连接位置点的水平投影点重合；第二划线区域必须满足能完全包裹所有的异型钢构组件在内；可以选择平坦地面或者架设加工平台来作为加工场地，将加工场地四周不相干的物料、杂物移除，保持四周空旷，以便后续摆放全站仪。

S4：确定测站点和后视点的位置：以第二划线区域的两相交边线来建立XY平面坐标系，也即是X轴、Y轴分别对应与这两条相交边线平行。根据计算机所建立的三维坐标系，获得其中一个位于边角的连接位置点的XY坐标值与0点的XY坐标值之间的关系，使用尺子(直尺、卷尺)测量、并定位测站点0点；然后过0点做一条平行于X轴或Y轴的直线，在直线上找后视点1点位置，1点与0点的连线距离比与该连线平行的第二划线区域的边线长，通过测量1点与0点之间的位置关系，将1点的XYZ坐标值保存至CSV文件；在完成0点、1点定位的同时在场地上标出0点、1点位置。

在找后视点1点的过程中，先以0点作为测量起点，沿着与第二划线区域的两相交边线中的一条平行的方向且朝着第二划线区域方向进行测量，在该方向上找取一点，该点只要满足其与0点的连线距离大于与该连线平行的边线长度，用全站仪测量该后视点与0点的高差，测量完成记录数据，并在地上做标记，标记为1点，将测量数据对应转换成1点的XYZ坐标值，保存为CSV文件。如图2所示，先找到一个空旷的场地，进行第一划线区域12划分、第二划线区域13划分，第二划线区域将第一划线区域囊括其中，而第一划线区域的四个角点分别是A点、B点、C点、D点，将在计算机建立的异型钢构的四个位于边角的连接位置点与该四个角点分别对应联系起来，然后根据该四个角点中的一个的XY坐标值来测量出0点位置，进而使得场地上所建立的XYZ坐标系与三维软件所建立的三维坐标系一一对应。然后，沿着Y轴的正方向，朝着第二划线区域方向进行测量，在Y轴上找取1点，该1点只要满足：位于第二划线区域的与Y轴垂直且远离X轴的边线的上方，以1点作为后视点，可放置棱镜，完成实际中XY坐标的方位的确定。

另外，同时通过测量第一划线区域的其余角点的坐标值，并将其对应与在三维软件中显示的异型钢构的位于边角的连接位置点(端点)的坐标值进行比对，借以检测建站是否存在偏差，检查全站仪所建立的XYZ坐标系是否与三维软件所建立的三维坐标系一致。

S5：确定已知点的位置：将全站仪放置于测站点，以测站点0点和后视点1点进行已知点建站，向第二划线区域的四条边线以外的地方分别打点，获取其坐标值并进行点号命名，以确定各个已知点，已知点的数目至少10个，然后将所述已知点的点号及XYZ坐标值保存至CSV文件；如图2所示，在确定0点和1点后，在第二划线区域的四条边线以外地方打点，分别确定了2点，3点，……，11点，以确定10个已知点，它们分布在第二划线区域的边线之外，它们离边线的距离有大有小，这些已知点均是始终固定不变的，有着固定的三维坐标值，一般在场地的平面内取点，如果在厂房立柱上打点，则需要使用反光片进行标记。已知点应尽可能多，因为异型钢构比较大，通过设置多个已知点，使得全站仪能够置于已知点上完成对异型钢构每个连接位置点的精准测量定位。

S6：对异型钢构的连接位置点定位：将所有CSV文件导入全站仪，并将全站仪放置于测站点，根据某一异型钢构组件的两个连接位置点的Z坐标分别对应制作出用于支撑连接位置点的支撑架；将该异型钢构组件的两个连接位置点分别放置于对应的支撑架，并在第一划线区域内进行布置，在全站仪中选择所述的两个连接位置点的CSV文件，并利用全站仪的放样功能对这两个连接位置点进行反复测量，根据全站仪中显示的XYZ坐标误差对异型钢构组件和支撑架在第一划线区域的位置进行反复调整，直至所测量的连接位置点的XYZ坐标误差在所设的误差范围内；若因异型钢构组件的阻挡以致全站仪无法进行测量，则将全站仪放置于能够完成测量的已知点；如图2所示，一开始将全站仪放置于测站点0点上，对所要测量的连接位置点进行精准定位；若因为异型钢构组件的阻挡以致位于0点的全站仪无法对连接位置点进行测量时，则需要将全站仪移动至所确定的10个已知点中的一个，且能够使得全站仪能够完成测量、定位。由于已知点的坐标值均确定，且保存的CSV文件均导入全站仪中，另外在三维软件中异型钢构的各个连接位置点的坐标值均确定，并将各个连接位置点的CSV文件导入了全站仪，利用两个已知点建站或后方交会建站方式，根据CSV文件、全站仪的使用，对异型钢构组件的连接位置点进行精准定位。

另外，当全站仪因异型钢构组件的阻挡无法进行测量时，可以通过后方交会建站方式，在测站点0点位置搭建一测量平台，将全站仪置于该测量平台上，利用立柱上的已知点的坐标值在测量平台上重新建站，然后将该测量点坐标输入至全站仪，建站完毕后对待测的连接位置点进行放样测量。作为优选的，立柱的已知点，尽量选择高一点，比异型钢构还高。

S7：当异型钢构组件定位完毕，采用点焊方式对相邻的两个异型钢构组件进行焊接固定。

S8：反复检查：用全站仪对焊接固定好的异型钢构组件的连接位置点进行再次测量；若连接位置点的XYZ坐标误差超出所设的误差范围，则进行返修再调整；若在所设的误差范围内，则进行满焊；然后选择与已焊接好的异型钢构组件相邻的另一异型钢构组件，并返回步骤S6；直至完成异型钢构的加工连接。

具体地，误差范围为0至1mm。当然，技术人员可以根据实际情况，将误差范围进行调整。

具体地，步骤S1包括如下步骤：

S11：通过计算机的三维软件建立异型钢构的三维模型；比如使用SolidWorks软件、Pro/Engineer软件或其他三维软件。

S12：通过分解三维模型得到若干个异型钢构组件的三维模型图。

S13：通过异型钢构组件的三维模型图制作出异型钢构组件的工程图，根据异型钢构组件的工程图加工制造出异型钢构组件。根据工程图显示的异型钢构组件的尺寸，实际加工出对应的异型钢构组件，准备好所设计的异型钢构的所有异型钢构组件，以便进行精准定位、焊接固定。

在实际加工前，通过计算机的三维软件对异型钢构进行建模，用三维模型模拟预加工异型钢构的整体结构，通过三维模型的建立，既可以模拟得到异型钢构的整体结构，又可以检查该三维模型的尺寸及结构是否准确，符合设计要求；完成三维模型建立，根据生产需要将异型钢构的三维模型分解成若干个异型钢构组件，对异型钢构各个连接位置点进行分解以拆分出多个异型钢构组件，然后制作出多个异型钢构组件的三维模型图，并通过这些异型钢构组件的三维模型图来制作异型钢构组件的工程图，技术人员按照异型钢构组件的工程图里异型钢构组件的尺寸实际加工出与之相符的异型钢构组件。

优选地，在步骤S6中，利用全站仪的放样功能测量时采用棱镜模式对异型钢构组件的两连接位置点进行测量；将棱镜放置于后视点1点，同时获取棱镜高，将棱镜高、1点坐标值输入全站仪，以完成建站。

具体地，0点的位置距离第二划线区域的与Y轴方向一致的离0点最近的边线2000mm以上。

具体地，建站的方式包括两个已知点建站方式或者后方交会建站方式。

更具体地，两个已知点建站方式：将全站仪放置于测站点或已知点的位置，并将全站仪激光对中点对准该测站点或已知点，完成对中整平并量取仪器高，将全站仪的镜头0’点对准合适、可观察到的已知点，进行已知点建站。

在获得0点和1点坐标值之后，将0点和1点的坐标值输入全站仪，以完成实际的三维坐标系建立，以0点与1点的连线为Y轴方向或X轴方向；在本具体实施例中，将0点与1点的连线设置为Y轴方向。根据在三维软件所建立的三维坐标系和异型钢构模型，获取了异型钢构的各个连接位置点的坐标值，保存为CSV文件。接着在放样测量时，将各个连接位置点的CSV文件导入了全站仪中，然后选择需要放样测量的连接位置点的坐标值，全站仪会显示角度和距离，拿着棱镜沿镜头0’点指向行走全站仪所显示的距离，接着使用全站仪对准棱镜，进行测量，通过观察所显示的角度和距离误差，不断调整，直至连接位置点的实际位置的坐标值与三维软件中所获的坐标值一一对应，允许存在0-1mm的误差，然后标记该位置点，把与连接位置点对应的支撑架固定于该位置点。随后，将与该连接位置点相关的异型钢构组件置于支撑架上，并与相邻的连接位置点进行电焊，然后使用全站仪再次测量，测量无误，误差在允许范围内，则进行满焊。当全站仪放置于0点时，因异型钢构组件的阻挡无法测量待放样测量的连接位置点，则需要把全站仪放置于能够观察测量该连接位置点的已知点位置，同时将存有已知点的坐标值的CSV文件导入全站仪，继续放样测量。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过计算机建立异型钢构的三维模型，并根据该三维模型实际加工出异型钢构组件；

S2：通过异型钢构的三维模型建立异型钢构的三维坐标系，移动该三维坐标系以找出测站点0点的位置，当0点作为测站点时全站仪能照射到异型钢构所有连接位置点，同时读取异型钢构各个连接位置点在三维坐标系中的坐标值，并对每个连接位置点进行命名，导出各个连接位置点及0点的坐标值，保存为CSV文件；

S3：规划异型钢构组件的加工连接区域，根据异型钢构的水平投影面积大小规划加工场地，对加工场地构建方形的第一划线区域、第二划线区域，第一划线区域为异型钢构的水平投影面积，第一划线区域的四个角点与异型钢构的四个位于边角的连接位置点的水平投影点重合；第二划线区域必须满足能完全包裹所有的异型钢构组件在内；

S4：确定测站点和后视点的位置：以第二划线区域的两相交边线来建立XY平面坐标系，根据计算机所建立的三维坐标系，获得其中一个位于边角的连接位置点的XY坐标值与0点的XY坐标值之间的关系，使用尺子测量、并定位测站点0点；然后过0点做一条平行于X轴或Y轴的直线，在直线上找后视点1点位置，1点与0点的连线距离比与该连线平行的第二划线区域的边线长，通过测量1点与0点之间的位置关系，将1点的XYZ坐标值保存至CSV文件；

S5：确定已知点的位置：将全站仪放置于测站点，以测站点0点和后视点1点进行已知点建站，向第二划线区域的四条边线以外的地方分别打点，获取其坐标值并进行点号命名，以确定各个已知点，已知点的数目至少10个，然后将所述已知点的点号及XYZ坐标值保存至CSV文件；

S6：对异型钢构的连接位置点定位：将所有CSV文件导入全站仪，并将全站仪放置于测站点0点；将该异型钢构组件的两个连接位置点在第一划线区域内进行布置，在全站仪中选择所述的两个连接位置点的CSV文件，并利用全站仪的放样功能对这两个连接位置点进行反复测量，根据全站仪中显示的XYZ坐标误差对异型钢构组件在第一划线区域的位置进行反复调整，直至所测量的连接位置点的XYZ坐标误差在所设的误差范围内；若因异型钢构组件的阻挡以致全站仪无法进行测量，则将全站仪放置于能够完成测量的已知点，继续进行测量定位；

S7：当异型钢构组件定位完毕，采用点焊方式对相邻的两个异型钢构组件进行焊接固定；

S8：反复检查：用全站仪对焊接固定好的异型钢构组件的连接位置点进行再次测量；若连接位置点的XYZ坐标误差超出所设的误差范围，则进行返修再调整；若在所设的误差范围内，则进行满焊；然后选择与已焊接好的异型钢构组件相邻的另一异型钢构组件，并返回步骤S6直至完成异型钢构的加工连接。

2.根据权利要求1所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其特征在于，所述误差范围为0至1mm。

3.根据权利要求1所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：

S11：通过计算机的三维软件建立异型钢构的三维模型；

S12：通过分解三维模型得到若干个异型钢构组件的三维模型图；

S13：通过异型钢构组件的三维模型图制作出异型钢构组件的工程图，根据异型钢构组件的工程图加工制造出异型钢构组件。

4.根据权利要求1所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其特征在于，所述步骤S6中，利用全站仪的放样功能测量时采用棱镜模式对异型钢构组件的两连接位置点进行测量。

5.根据权利要求1所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其特征在于，所述建站的方式包括两个已知点建站方式或者后方交会建站方式。

6.根据权利要求5所述的全站仪在异型钢构加工中的应用方法，其特征在于，所述两个已知点建站方式：将全站仪放置于测站点或已知点的位置，并将全站仪激光对中点对准该测站点或已知点，完成对中整平并量取仪器高，将全站仪的镜头对准合适、可观察到的已知点，进行已知点建站。

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