CN114674296A - 一种钢箱梁拼装精调自动调控系统 - Google Patents

一种钢箱梁拼装精调自动调控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统设置于已固定钢箱梁和待调整钢箱梁，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统包括全站仪、测量标记、三维千斤顶和控制单元，所述全站仪设置于已固定钢箱梁远离待调整钢箱梁的一端且朝向待调整钢箱梁，所述测量标记的数量为多个，多个测量标记固定设置于待调整钢箱梁上表面周边处，所述三维千斤顶的数量为多个，多个三维千斤顶布设于待调整钢箱梁下方加固处，多个三维千斤顶均与全站仪连接。本发明的目的在于解决或至少减轻目前钢箱梁拼装时，工作效率低，人力物力耗费高的问题，提供一种钢箱梁拼装精调自动调控系统。

Description

一种钢箱梁拼装精调自动调控系统
技术领域
本发明涉及桥梁设计技术领域，尤其涉及一种钢箱梁拼装精调自动调控系统。
背景技术
近年来随着经济的发展，我国桥梁快速崛起，各种桥梁建设正如火如荼的建设着，在大型桥梁的施工过程中，需要大量的吊装设备、测量设备和测量技术人员，对钢箱梁安装实施高精度控制。随着技术的进步和自动化广泛应用，将钢箱梁现场安装的拼装调整过程采用测量机器人和三维千斤顶有效的结合起来，实现远程控制和自动化拼装，本发明可适用于恶劣施工环境下无间歇施工，进一步提高工作效率和减低人力物力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，解决或至少减轻目前钢箱梁拼装时，工作效率低，人力物力耗费高的问题，提供一种钢箱梁拼装精调自动调控系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统设置于已固定钢箱梁和待调整钢箱梁，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统包括全站仪、测量标记、三维千斤顶和控制单元；
所述全站仪设置于已固定钢箱梁远离待调整钢箱梁的一端且朝向待调整钢箱梁；
所述测量标记的数量为多个，多个测量标记固定设置于待调整钢箱梁上表面周边处；
所述三维千斤顶的数量为多个，多个三维千斤顶布设于待调整钢箱梁下方加固处，多个三维千斤顶均与全站仪连接；
所述全站仪实时监测所有测量标记的三维坐标信息并发送至控制单元，所述控制单元对所有测量标记的三维坐标信息进行分析，得出待调整钢箱梁的即时状态位置，所述三维千斤顶根据待调整钢箱梁的即时状态位置对待调整钢箱梁进行调整，使待调整钢箱梁上表面与已固定钢箱梁上表面平齐且待调整钢箱梁与固定钢箱梁贴合。
为了进一步实现本发明，可优先选用以下技术方案：
优选的，所述测量标记的数量为四个，四个测量标记设置为第一标记、第二标记、第三标记和第四标记；
其中，所述第一标记和第二标记分别设置于待调整钢箱梁上表面前端中心处和后端中心处，所述第三标记和第四标记对称设置于第二标记两侧；
所述全站仪与第一标记和第二标记位于同一竖直面内。
优选的，所述三维千斤顶的数量不少于三个，其中三个三维千斤顶分别对应设置于第一标记、第三标记和第四标记下方。
优选的，所述测量标记包括上测量点、下测量点和测量杆，所述测量杆竖直设置，所述上测量点和下测量点分别位于测量杆上下两端，下测量点与上测量点之间的距离为定值；
所述全站仪的高度位置位于上测量点的高度位于和下测量点的高度位置之间。
优选的，所述测量标记还设置有强磁吸盘，所述强磁吸盘呈平板状且固定设置于测量杆下端，所述测量杆轴线垂直于强磁吸盘所处平面。
优选的，所述测量标记的三维坐标信息包括N、E和Z，其中N为桥纵轴线方向坐标，E为桥横轴线方向坐标，Z为竖直方向坐标，测量标记的三维坐标信息的统计方法如以下步骤：
S1用卡尺或测距离测量上测量点与下测量点之间的距离值LZ、第一标记与第二标记之间的距离值LN、第二标记与第三标记或第四标记之间的距离值LE；
S2通过全站仪测量每个测量标记的下测量点的NA、EA、ZA和每个测量标记的上测量点的NB、EB、ZB；
测量标记的下测量点的计算公式如下：
Figure BDA0003513330940000031
其中，NX、EX、ZX分别为全站仪的坐标值，S为全站仪测站点至下测量点的斜距值，α为全站仪测站点照准下测量点中心的竖直角的角度值，β为全站仪测站点至下测量点方向的坐标方位角，i为全站仪高度位置，l为下测量点高度位置；
测量标记的上测量点的计算公式如下：
Figure BDA0003513330940000032
其中，NX、EX、ZX分别为全站仪的坐标值，S为全站仪测站点至下测量点的斜距值，α为全站仪测站点照准下测量点中心的竖直角的角度值，β为全站仪测站点至下测量点方向的坐标方位角，i为全站仪高度位置，l为下测量点高度位置；
S3对各每个测量标记的下测量点的ZA进行修正，修正公式如下：
ZA0＝LZ*ZA/(ZB-ZA) (3.1)
其中，ZA0为修正后的ZA值；
S4对第一标记和第二标记的下测量点的NA进行修正，修正公式如下：
NA10＝LN*NA1/(NA2-NA1) (4.1)
NA20＝LN*NA2/(NA2-NA1) (4.2)
其中，NA1和NA2分别为第一标记点和第二标记点的下测量点的NA值，NA10和NA20为修正后的NA1值和NA2值；
S5对第三标记和第四标记的下测量点的NA进行修正，修正公式如下：
EA30＝LE*EA3/(EA3-EA2) (5.1)
EA40＝LE*EA4/(EA4-EA2) (5.1)
其中，EA2、EA3和EA4分别为第二标记点、第三标记点和第四标记点的下测量点的EA值，EA30和EA40为修正后的EA3值和EA4值。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过全站仪采集数据进行分析处理后，通过实时操控三维千斤顶实现钢箱梁实时精准调整，从而达到钢箱梁拼装自动调整控制。同时解放测量技术人员和机械设备，并可在恶劣环境下无间歇施工作业，大大减低人力物力。
本发明对全站仪采集的数据进行修正，提高因温度变化导致大气折光系数变化时测量的精准性，同时提高在下雨天因雨水的折射偏离原有路线时测量的精准性，保障待调整钢箱梁的位置精度，进而保障桥梁的整体性能。
附图说明
图1为本发明的正视图；
图2为本发明的测量标记的布设示意图；
图3为本发明的三维千斤顶的布设示意图；
图4为本发明的测量标记的结构示意图；
其中：1-全站仪；2-已固定钢箱梁；3-测量标记；4-待调整钢箱梁；5-三维千斤顶；301-上测量点；302-下测量点；303-测量杆；304-强磁吸盘。
具体实施方式
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-4所示，一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统设置于已固定钢箱梁2和待调整钢箱梁4，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统包括全站仪1、测量标记3、三维千斤顶5和控制单元；
所述全站仪1设置于已固定钢箱梁2远离待调整钢箱梁4的一端且朝向待调整钢箱梁4；
所述测量标记3的数量为多个，多个测量标记3固定设置于待调整钢箱梁4上表面周边处；
所述三维千斤顶5的数量为多个，多个三维千斤顶5布设于待调整钢箱梁4下方加固处，多个三维千斤顶5均与全站仪1连接；
所述全站仪1实时监测所有测量标记3的三维坐标信息并发送至控制单元，所述控制单元对所有测量标记3的三维坐标信息进行分析，得出待调整钢箱梁4的即时状态位置，所述三维千斤顶5根据待调整钢箱梁4的即时状态位置对待调整钢箱梁4进行调整，使待调整钢箱梁4上表面与已固定钢箱梁2上表面平齐且待调整钢箱梁4与固定钢箱梁贴合。
为了保障测量效果，本实施例中，所述测量标记3的数量为四个，四个测量标记3设置为第一标记、第二标记、第三标记和第四标记；
其中，所述第一标记和第二标记分别设置于待调整钢箱梁4上表面前端中心处和后端中心处，所述第三标记和第四标记对称设置于第二标记两侧；
所述全站仪1与第一标记和第二标记位于同一竖直面内。
为了保障待调整钢箱梁4位置状态的稳定性和可调控性，所述三维千斤顶5的数量不少于三个，其中三个三维千斤顶5分别对应设置于第一标记、第三标记和第四标记下方。
为了提高测量精度，所述测量标记3包括上测量点301、下测量点302和测量杆303，所述测量杆303竖直设置，所述上测量点301和下测量点302分别位于测量杆303上下两端，下测量点302与上测量点301之间的距离为定值；
所述全站仪1的高度位置位于上测量点301的高度位于和下测量点302的高度位置之间。
为了便于布设测量标记3，所述测量标记3还设置有强磁吸盘304，所述强磁吸盘304呈平板状且固定设置于测量杆303下端，所述测量杆303轴线垂直于强磁吸盘304所处平面。
所述测量标记3的三维坐标信息包括N、E和Z，其中N为桥纵轴线方向坐标，E为桥横轴线方向坐标，Z为竖直方向坐标，测量标记3的三维坐标信息的统计方法如以下步骤：
S1用卡尺或测距离测量上测量点301与下测量点302之间的距离值LZ、第一标记与第二标记之间的距离值LN、第二标记与第三标记或第四标记之间的距离值LE；
S2通过全站仪1测量每个测量标记3的下测量点302的NA、EA、ZA和每个测量标记3的上测量点301的NB、EB、ZB；
测量标记3的下测量点302的计算公式如下：
Figure BDA0003513330940000071
其中，NX、EX、ZX分别为全站仪1的坐标值，S为全站仪1测站点至下测量点302的斜距值，α为全站仪1测站点照准下测量点302中心的竖直角的角度值，β为全站仪1测站点至下测量点302方向的坐标方位角，i为全站仪1高度位置，l为下测量点302高度位置；
测量标记3的上测量点301的计算公式如下：
Figure BDA0003513330940000072
其中，NX、EX、ZX分别为全站仪1的坐标值，S为全站仪1测站点至下测量点302的斜距值，α为全站仪1测站点照准下测量点302中心的竖直角的角度值，β为全站仪1测站点至下测量点302方向的坐标方位角，i为全站仪1高度位置，l为下测量点302高度位置；
S3对各每个测量标记3的下测量点302的ZA进行修正，修正公式如下：
ZA0＝LZ*ZA/(ZB-ZA) (3.1)
其中，ZA0为修正后的ZA值；
S4对第一标记和第二标记的下测量点302的NA进行修正，修正公式如下：
NA10＝LN*NA1/(NA2-NA1) (4.1)
NA20＝LN*NA2/(NA2-NA1) (4.2)
其中，NA1和NA2分别为第一标记点和第二标记点的下测量点302的NA值，NA10和NA20为修正后的NA1值和NA2值；
S5对第三标记和第四标记的下测量点302的NA进行修正，修正公式如下：
EA30＝LE*EA3/(EA3-EA2) (5.1)
EA40＝LE*EA4/(EA4-EA2) (5.1)
其中，EA2、EA3和EA4分别为第二标记点、第三标记点和第四标记点的下测量点302的EA值，EA30和EA40为修正后的EA3值和EA4值。
本实施例中，全站仪1采用徕卡TS60全站仪+SmartMonitor远程自动化控制软件对桥梁竖向、横向及纵向位移监测，徕卡TS60全站仪的测角精度为0.5″，测距精度0.6mm+1ppm，SmartMonitor监测软件是配合全站仪1对桥梁钢结构等进行24小时自动变形监测，自动输出监测报表和图形，并通过通信网络GPRS数据形式进行传送信号；三维千斤顶5采用品牌为镇宇、型号为SWD-1000的智能同步三维调整顶升系统，该产品的滑动摩擦副由千斤顶座、立式千斤顶座上的不锈钢滑板与立千斤顶座底部的聚四氟乙烯板组件，摩擦系数小且移动平移，具有前后、左右、上下三个方向移动顶推的功能，设计小巧，方便操作使用。
本发明通过全站仪1采集数据进行分析处理后，通过实时操控三维千斤顶5实现钢箱梁实时精准调整，从而达到钢箱梁拼装自动调整控制。同时解放测量技术人员和机械设备，并可在恶劣环境下无间歇施工作业，大大减低人力物力。
本发明对全站仪1采集的数据进行修正，提高因温度变化导致大气折光系数变化时测量的精准性，同时提高在下雨天因雨水的折射偏离原有路线时测量的精准性，保障待调整钢箱梁4的位置精度，进而保障桥梁的整体性能。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统设置于已固定钢箱梁(2)和待调整钢箱梁(4)，其特征在于，所述钢箱梁拼装精调自动调控系统包括全站仪(1)、测量标记(3)、三维千斤顶(5)和控制单元；
所述全站仪(1)设置于已固定钢箱梁(2)远离待调整钢箱梁(4)的一端且朝向待调整钢箱梁(4)；
所述测量标记(3)的数量为多个，多个测量标记(3)固定设置于待调整钢箱梁(4)上表面周边处；
所述三维千斤顶(5)的数量为多个，多个三维千斤顶(5)布设于待调整钢箱梁(4)下方加固处，多个三维千斤顶(5)均与全站仪(1)连接；
所述全站仪(1)实时监测所有测量标记(3)的三维坐标信息并发送至控制单元，所述控制单元对所有测量标记(3)的三维坐标信息进行分析，得出待调整钢箱梁(4)的即时状态位置，所述三维千斤顶(5)根据待调整钢箱梁(4)的即时状态位置对待调整钢箱梁(4)进行调整，使待调整钢箱梁(4)上表面与已固定钢箱梁(2)上表面平齐且待调整钢箱梁(4)与固定钢箱梁贴合。
2.根据权利要求1所述的一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，其特征在于，所述测量标记(3)的数量为四个，四个测量标记(3)设置为第一标记、第二标记、第三标记和第四标记；
其中，所述第一标记和第二标记分别设置于待调整钢箱梁(4)上表面前端中心处和后端中心处，所述第三标记和第四标记对称设置于第二标记两侧；
所述全站仪(1)与第一标记和第二标记位于同一竖直面内。
3.根据权利要求2所述的一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，其特征在于，所述三维千斤顶(5)的数量不少于三个，其中三个三维千斤顶(5)分别对应设置于第一标记、第三标记和第四标记下方。
4.根据权利要求2所述的一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，其特征在于，所述测量标记(3)包括上测量点(301)、下测量点(302)和测量杆(303)，所述测量杆(303)竖直设置，所述上测量点(301)和下测量点(302)分别位于测量杆(303)上下两端，下测量点(302)与上测量点(301)之间的距离为定值；
所述全站仪(1)的高度位置位于上测量点(301)的高度位于和下测量点(302)的高度位置之间。
5.根据权利要求4所述的一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，其特征在于，所述测量标记(3)还设置有强磁吸盘(304)，所述强磁吸盘(304)呈平板状且固定设置于测量杆(303)下端，所述测量杆(303)轴线垂直于强磁吸盘(304)所处平面。
6.根据权利要求4所述的一种钢箱梁拼装精调自动调控系统，其特征在于，所述测量标记(3)的三维坐标信息包括N、E和Z，其中N为桥纵轴线方向坐标，E为桥横轴线方向坐标，Z为竖直方向坐标，测量标记(3)的三维坐标信息的统计方法如以下步骤：
S1用卡尺或测距离测量上测量点(301)与下测量点(302)之间的距离值LZ、第一标记与第二标记之间的距离值LN、第二标记与第三标记或第四标记之间的距离值LE；
S2通过全站仪(1)测量每个测量标记(3)的下测量点(302)的NA、EA、ZA和每个测量标记(3)的上测量点(301)的NB、EB、ZB；
测量标记(3)的下测量点(302)的计算公式如下：
Figure FDA0003513330930000031
其中，NX、EX、ZX分别为全站仪(1)的坐标值，S为全站仪(1)测站点至下测量点(302)的斜距值，α为全站仪(1)测站点照准下测量点(302)中心的竖直角的角度值，β为全站仪(1)测站点至下测量点(302)方向的坐标方位角，i为全站仪(1)高度位置，l为下测量点(302)高度位置；
测量标记(3)的上测量点(301)的计算公式如下：
Figure FDA0003513330930000032
其中，NX、EX、ZX分别为全站仪(1)的坐标值，S为全站仪(1)测站点至下测量点(302)的斜距值，α为全站仪(1)测站点照准下测量点(302)中心的竖直角的角度值，β为全站仪(1)测站点至下测量点(302)方向的坐标方位角，i为全站仪(1)高度位置，l为下测量点(302)高度位置；
S3对各每个测量标记(3)的下测量点(302)的ZA进行修正，修正公式如下：
ZA0＝LZ*ZA/(ZB-ZA) (3.1)
其中，ZA0为修正后的ZA值；
S4对第一标记和第二标记的下测量点(302)的NA进行修正，修正公式如下：
NA10＝LN*NA1/(NA2-NA1) (4.1)
NA20＝LN*NA2/(NA2-NA1) (4.2)
其中，NA1和NA2分别为第一标记点和第二标记点的下测量点(302)的NA值，NA10和NA20为修正后的NA1值和NA2值；
S5对第三标记和第四标记的下测量点(302)的NA进行修正，修正公式如下：
EA30＝LE*EA3/(EA3-EA2) (5.1)
EA40＝LE*EA4/(EA4-EA2) (5.1)
其中，EA2、EA3和EA4分别为第二标记点、第三标记点和第四标记点的下测量点(302)的EA值，EA30和EA40为修正后的EA3值和EA4值。
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