CN109813293B - 一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法 - Google Patents

一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，利用测量机器人分别在一根轨道上测量一个点坐标，再在对面的轨道附近测量两个点的坐标，同时将单边轨道测量点的坐标垂直投影到另一轨道上得到投影点坐标，并通过坐标值进行计算同一截面轨道高低差和跨度偏差。本发明利用测量机器人，结合三点测量法，避免了机器及人为造成测量点不在同一截面的误差，同时还具有任意设站、一次建站不用重新变换坐标系、自动跟踪测量目标点、数据自动计算的优点，可实现快速、准确测量。

Description

一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法。
技术背景
随着社会经济发展，起重机械在港口、冶金、电站和造船等行业上发挥着举足轻重的作用。与此同时，起重机由于安装使用中的安全隐患所造成的事故也逐渐增多。起重机轨道作为起重机械一个总要的组成部分，其安装精度和变形量决定了起重机在以后运行过程中是否稳定的重要因素。因此起重机轨道的检验测量，为起重机的安全运行和隐患排查提供了重要条件。早期轨道高低差和轨道跨度的测量还在使用水平仪、钢卷尺和弹簧拉力器等仪器，不仅要多人配合测量步骤繁琐，而且高空轨道测量还带来人员安全隐患。近来，随着科技的发展，也涌现出不少依靠全站仪、激光测距仪等先进仪器来测量，有的还配合轨道车进一步降低人工成本，如文章《基于全站仪及轨道机器人的桥式起重机轨道检测》(孙远滔、章增增等《起重运输机械》2017(08)：1-3)。然而，已报道的文献及专利不论是全站仪、激光测距仪，轨道小车加全站仪测量，还是两个轨道机器人协同测量等等方式的轨道测量，所有的都是基于以两点方式测量(左右轨道各一个点)，即在选择两点时，就认为这两个点一定是在同一个截面上。可实际上却往往难以保证是在同一截面上，如轨道测量小车因启制动速度不均、运行卡阻或是起始点位置不一等等问题均可能造成测量结果偏差。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法。
本发明实施例中采用以下方案实现：提供一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，本方法包括以下步骤：
步骤一：在起重机轨道附近便于观测两整条轨道的位置架设测量机器人所述测量机器人为自动全站仪；调整测量机器人保证仪器的水平；测量机器人的观测模式设置为棱镜自动跟踪测量，相应调整测量机器人的环境参数如大气压、温度；进入测量机器人的坐标测量模块，经过自由设站后，即可开始三维坐标测量；
步骤二：在轨道上架设棱镜，人为用钢直尺在轨道上标记出轨道中线并使对中杆尖头对准轨道中线，通过棱镜高度锁紧机构使棱镜固定，用握式紧锁机构调整棱镜支架上的水准气泡，令棱镜支架垂直于轨道，再调整棱镜锁紧机构，令棱镜面向测量机器人；
步骤三：沿着轨道I架设棱镜支架；从轨道I起始点开始通过卷尺测量，每隔5m设置一个测量点，沿着轨道I，依照步骤二移动架设棱镜；同时用测量机器人自动追踪棱镜位置，并逐个测量棱镜的三维坐标，记为点C(XC，YC，ZC)；
步骤四：沿着轨道II架设棱镜支架，利用卷尺在轨道II的起始处每间隔5m测量一个点，记为M点；并以M点为轨道I中C点在轨道II的大致对应点，利用卷尺在轨道II中在M点两侧各测量出距离M点为1m的点，记录为A点和B点；依照步骤二架设棱镜支架于A点和B点上，用测量机器人自动追踪两个点的棱镜位置，并测量出三维坐标，用A(XA，YA，ZA)和B(XB，YB，ZB)表示；
步骤五：将获得的A、B和C点坐标带入公式计算轨道I和轨道II轨道顶部的高低差HCD和轨道跨度LC′D′C’为C在AB直线上的投影，D为C’点在C点所在Z轴上的投影；
步骤六：计算轨道顶部高低差HCD和轨道跨度LC′D的计算方法如下：已知A、B点坐标A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)则AB直线方程可设为：
Figure BDA0001988994630000021
其中AB方向向量
Figure BDA0001988994630000022
因为C点在AB线上的投影点C’也满足AB直线方程，则可设参数t来表坐标C’，其中XC′＝(XB-XA)t+XA、YC′＝(YB-YA)t+YA、ZC′＝(ZB-ZA)t+ZA，则方向向量
Figure BDA0001988994630000023
为：
Figure BDA0001988994630000024
直线CC’与直线AB垂直，所以
Figure BDA0001988994630000025
则可以求出参数t进而得C’坐标(XC′，YC′，ZC′)，由此可得轨道顶部高低差HCD和实测轨道跨度LC′D分别为：
HCD＝|ZC′-ZC| 公式3
Figure BDA0001988994630000026
Figure BDA0001988994630000031
由此可得轨道偏差值L′C′D为实测轨道跨度LC′D与设计轨道跨度L的差值：
L′C′D＝LC′D-L 公式6
本发明一实施例中，所述步骤四中，所述A点与所述M点的距离AM＝1m，所述B点和所述M点之间的距离BM＝AM。
本发明一实施例中，所述步骤一中，测量机器人建站可使用自由设站或使用默认站点。
本发明的有益效果：本发明提供一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，本发明利用测量机器人，结合三点测量法，避免了机器及人为造成的测量点不在同一截面的误差，同时还具有任意设站、一次建站不用重新变换坐标系、自动跟踪测量目标点、数据自动计算的优点，可实现快速、准确测量。
附图说明
图1是一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法测量机机器人设站示意图。
图2是一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法建立三维坐标测量示意图。
图3是棱镜支架的使用状态示意图。
图4是轨道高低差和跨度偏差随轨道长度变化的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
请参阅图1至图4，本发明提供一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，本方法包括以下步骤：
步骤一：在起重机轨道附近便于观测两整条轨道的位置架设测量机器人3所述测量机器人3为自动全站仪；调整测量机器人3的各种气泡，保证仪器的水平；测量机器人3的观测模式设置为棱镜自动跟踪测量，相应调整测量机器人3环境参数；进入测量机器人的坐标测量模块，经过自由设站后，即可开始三维坐标测量；步骤二：在轨道上架设棱镜，人为用钢直尺在轨道上标记出轨道中线并使对中杆306尖头对准轨道中线，通过棱镜高度锁紧机构302使棱镜固定，用握式紧锁机构304调整棱镜支架上的水准气泡，令棱镜支架及对中杆306垂直于轨道，再调整棱镜锁紧机构301，令棱镜面向测量机器人3；
步骤三：沿着轨道I 1架设棱镜支架；从轨道I 1起始点开始通过卷尺测量，每隔5m设置一个测量点，沿着轨道I 1，依照步骤二移动架设棱镜；同时用测量机器人3自动追踪棱镜位置，并逐个测量棱镜的三维坐标，记为点C(XC，YC，ZC)；步骤四：沿着轨道II 2架设棱镜支架，利用卷尺在轨道II 2的起始处每间隔5m测量一个点，记为M点；并以M点为轨道I 1中C点在轨道II 2的大致对应点，利用卷尺在轨道II 2中在M点两侧各测量出距离M点为1m的点，记录为A点和B点；依照步骤二架设棱镜支架于A点和B点上，用测量机器人3自动追踪两个点的棱镜位置，测量出三维坐标，用A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)表示；步骤五：将获得的A、B和C点坐标带入公式计算轨道I 1和轨道II 2轨道顶部的高低差HCD和轨道跨度LC′D，C’为C在AB直线上的投影，D为C在轨道II顶部平面的投影，D点与C点的纵坐标的差值即为轨道I 1和轨道II 2顶部的高低差HCD；
步骤六：计算轨道顶部高低差HCD和轨道跨度LC′D的计算方法如下：已知A、B点坐标A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)则AB直线方程可设为：
Figure BDA0001988994630000041
其中AB方向向量
Figure BDA0001988994630000042
因为C点在AB线上的投影点C’也满足AB直线方程，则可设参数t来表坐标C’，其中XC′＝(XB-XA)t+XA、YC′＝(YB-YA)t+YA、ZC′＝(ZB-ZA)t+ZA，则方向向量
Figure BDA0001988994630000043
为：
Figure BDA0001988994630000044
直线CC’与直线AB垂直，所以
Figure BDA0001988994630000045
则可以求出参数t进而得C’坐标(XC′，YC′，ZC′)，由此可得轨道顶部高低差HCD和实测轨道跨度LC′D分别为：
HCD＝|ZC′-ZC| 公式3
Figure BDA0001988994630000046
Figure BDA0001988994630000047
由此可得轨道偏差值L′C′D为实测轨道跨度LC′D与设计轨道跨度L的差值：
L′C′D＝LC′D-L 公式6
请继续参阅图2，本发明一实施例中，所述步骤四中，所述A点与所述M点的距离AM＝1m，所述B点和所述M点之间的距离BM＝AM。
本发明一实施例中，所述步骤一中，测量机器人3建站可使用自由设站或使用默认站点。
请继续参阅图4，本发明一实施例中，所述根据以上方法和步骤针对一台通用门式起重机的部分轨道进行测量，该起重机基本参数为：型号MG、起重量40/20T、跨度30m、起升高度11.5m、轨道长度300m；测量时，选择轨道的测量长度为30m，每5m为一个测量点，测得的轨道高低差和跨度偏差数据和结果如表1所示，并根据表1绘制高低差和跨度偏差的曲线图；
Figure BDA0001988994630000051
表1
本发明具有以下工作方式：
利用测量机器人(自动全站仪)分别在一根轨道上测量一个点坐标，再在对面的轨道附近测量两个点的坐标，同时将单边轨道测量点的坐标垂直投影到另一轨道上得到投影点坐标，并通过坐标值进行计算同一截面轨道高低差和跨度偏差。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能理解为对本申请的限制，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，其特征在于：本方法包括以下步骤：
步骤一：在起重机轨道附近便于观测两整条轨道的位置架设测量机器人，所述测量机器人为自动全站仪；调整测量机器人保证仪器的水平；测量机器人的观测模式设置为棱镜自动跟踪测量，相应的调整测量机器人环境参数；进入测量机器人的坐标测量模块，经过自由设站后，即可开始三维坐标测量；
步骤二：在轨道上架设棱镜，人为用钢直尺在轨道上标记出轨道中线并使对中杆尖头对准轨道中线，通过棱镜高度锁紧机构使棱镜固定，用握式紧锁机构调整棱镜支架上的水准气泡，令棱镜支架垂直于轨道，再调整棱镜锁紧机构，令棱镜面向测量机器人；
步骤三：沿着轨道I架设棱镜支架；从轨道I起始点开始通过卷尺测量，每隔5m设置一个测量点，沿着轨道I，依照步骤二移动架设棱镜；同时用测量机器人自动追踪棱镜位置，并逐个测量棱镜的三维坐标，记为点C(XC，YC，ZC)；
步骤四：沿着轨道II架设棱镜支架，利用卷尺在轨道II的起始处每间隔5m测量一个点，记为M点；并以M点为轨道I中C点在轨道II的大致对应点，利用卷尺在轨道II中在M点两侧各测量出距离M点为1m的点，记录为A点和B点；依照步骤二架设棱镜支架于A点和B点上，用测量机器人自动追踪两个点的棱镜位置，并测量出三维坐标，用A(XA，YA，ZA)和B(XB，YB，ZB)表示；
步骤五：将获得的A、B和C点坐标带入公式计算轨道I和轨道II轨道顶部的高低差HCD和轨道跨度LC′D，C’为C在AB直线上的投影，D为C’点在C点所在Z轴上的投影；
步骤六：计算轨道顶部高低差HCD和轨道跨度LC′D的计算方法如下：已知A、B点坐标A(XA，YA，ZA)、B(XB，YB，ZB)则AB直线方程可设为：
Figure FDA0002679493700000011
其中AB方向向量
Figure FDA0002679493700000012
因为C点在AB线上的投影点C’也满足AB直线方程，则可设参数t来表坐标C’，其中XC′＝(XB-XA)t+XA、YC′＝(YB-YA)t+YA、ZC′＝(ZB-ZA)t+ZA，则方向向量
Figure FDA0002679493700000021
为：
Figure FDA0002679493700000022
直线CC’与直线AB垂直，所以
Figure FDA0002679493700000023
则可以求出参数t进而得C’坐标(XC′，YC′，ZC′)，由此可得轨道顶部高低差HCD和实测轨道跨度LC′D分别为：
HCD＝|ZC′-ZC| 公式3
Figure FDA0002679493700000024
Figure FDA0002679493700000025
由此可得轨道偏差值L′C′D为实测轨道跨度LC′D与设计轨道跨度L的差值：
L′C′D＝LC′D-L 公式6。
2.根据权利要求1所述的一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，其特征在于：所述步骤四中，所述A点与所述M点的距离AM＝1m，所述B点和所述M点之间的距离BM＝AM。
3.根据权利要求1所述的一种基于三点测量法的起重机轨道检测方法，其特征在于：所述步骤一中，测量机器人建站使用自由设站或使用默认站点。
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