大尺度空間測量技術(shù)在起重機械檢驗中的應(yīng)用

陳中劍 王葵

摘 要：起重機械的尺寸測量存在著諸多問題。本文對經(jīng)緯儀測量技術(shù)、全站儀測量技術(shù)、近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)、室內(nèi)GPS測量技術(shù)以及激光跟蹤測量技術(shù)等5種工業(yè)應(yīng)用比較成熟的大尺度測量技術(shù)進行分析研究。結(jié)果表明，經(jīng)緯儀測量技術(shù)應(yīng)用最廣泛，但是存在諸多缺點；全站儀測量技術(shù)得到了一些應(yīng)用，但價格比較高，應(yīng)用不是很普遍。近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)得到了研究機構(gòu)的研究，但還沒有應(yīng)用到實際檢驗中；室內(nèi)GPS測量技術(shù)和激光跟蹤測量技術(shù)有比較好的應(yīng)用前景，但還沒有得到起重機械領(lǐng)域的技術(shù)人員關(guān)注。

關(guān)鍵詞：起重機械；經(jīng)緯儀測量技術(shù)；全站儀測量技術(shù)；近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)；室內(nèi)GPS測量技術(shù)；激光跟蹤測量技術(shù)

中圖分類號：P22 文獻標志碼：A

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，制造業(yè)總量不斷增大，進出口貿(mào)易持續(xù)增長，作為制造業(yè)生產(chǎn)和進出口貿(mào)易物流運輸非常重要的工具，我國起重機械的數(shù)量不斷增長。根據(jù)我國特種設(shè)備相關(guān)法規(guī)、規(guī)范以及標準的要求，起重機械在投入使用前需要進行安裝監(jiān)督檢驗或者首次檢驗，使用過程中還需要按照規(guī)定的檢驗周期進行定期檢驗。

根據(jù)目前起重機械相關(guān)的檢規(guī)或者標準，起重機械的多個檢驗項目需要進行尺寸的測量，包括起重機械主梁的上拱度、下?lián)隙纫约办o剛度、懸臂的上翹度、軌道的直線度和高度差、車輪的跨度等多個項目。根據(jù)目前的檢規(guī)和標準，完成這些項目的檢測需要多種不同的檢驗儀器。檢驗人員去檢驗時需要攜帶的儀器比較多，儀器操作復雜，效率低，精確度得不到保證。

起重機械的尺寸測量存在著諸多問題，本文對多種大尺度空間測量技術(shù)進行研究，分析這些測量技術(shù)的優(yōu)缺點，討論它們在起重機械檢驗中的應(yīng)用前景，為起重機械尺寸測量提供參考。

1 大尺度空間測量技術(shù)的分析和研究

1.1 經(jīng)緯儀測量技術(shù)

經(jīng)緯儀測量技術(shù)是在大尺度空間測量領(lǐng)域常用的一種測量技術(shù)，可以測量水平角和豎直角。在起重機械檢驗中，經(jīng)緯儀測量技術(shù)常用在主梁的上拱度、下?lián)隙纫约办o剛度和懸臂的上翹度等項目的測量。經(jīng)緯儀進行相關(guān)檢驗項目的測量需要塔尺、鋼直尺等工具的輔助。測量前需要手動照準目標。測量過程中需要人眼讀取測量數(shù)值。測量結(jié)束后，測量人員通過數(shù)據(jù)計算得到測量結(jié)果。整個測量過程復雜、速度慢、效率低，不利于大批量、大空間內(nèi)連續(xù)測量。測量精度低，不利于在精度要求高的起重機械檢驗項目中應(yīng)用。

1.2 全站儀測量技術(shù)

全站儀測量技術(shù)是一種集光、機、電為一體的高技術(shù)測量技術(shù)，可以完成水平角、垂直角、距離（斜距、平距）和高差等多個參數(shù)的測量。全站儀測量技術(shù)基于極坐標法原理，設(shè)站方便靈活，操作簡單，自動記錄和顯示測量結(jié)果，避免讀數(shù)誤差。測量范圍大，測量精度較高，在100m的測量范圍內(nèi)可以達到±0.5mm左右。在起重機械檢驗中，全站儀可以完成主梁上拱度和靜剛度、跨度測量、主梁腹板的局部平面度以及軌距測量等多個參數(shù)的測量。在現(xiàn)場檢驗中，比較常用的是馬達驅(qū)動式全站儀，其具有目標自動識別功能，自動化和智能化性能程度都非常高。其在測量中可以配合反射棱鏡或者塔尺，也可以直接測量。測量過程中自動記錄和顯示測量結(jié)果。測試結(jié)束后，檢驗人員可以通過簡單計算得到測試結(jié)果。整個過程簡單、速度快、效率高，可以同時完成多個項目的檢驗，適合大批量、大空間內(nèi)連續(xù)測量。測量精度高，可以應(yīng)用到中等精度要求的檢驗項目上。

1.3 近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)

近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)是一種新型的工業(yè)現(xiàn)場三維精密測量技術(shù)，通過高性能數(shù)字成像傳感器建立數(shù)字圖像，采用圖像處理及模式識別技術(shù)自動識別目標物體，實現(xiàn)物體尺寸的測量。該技術(shù)測量精度高，在一定測量范圍內(nèi)的精度可以達到經(jīng)緯儀系統(tǒng)和激光跟蹤系統(tǒng)的測量精度。測量過程中，測量人員只需要完成圖像的采集工作，圖像的后續(xù)處理全部由電腦完成，測量過程自動化、效率高。在我國，近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)在大尺寸物體測量方面精度比較低，現(xiàn)在主要用在測量距離比較近，測量物體比較小的情況下。而起重機械尺寸比較大，測量距離比較遠，暫時很少用到近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)，但是某些高校采用該項技術(shù)對起重機械相關(guān)參數(shù)進行了測量研究。隨著它的技術(shù)不斷改進和發(fā)展，將在起重機械檢驗中發(fā)揮重要的作用。

1.4 室內(nèi)GPS測量技術(shù)

室內(nèi)GPS測量技術(shù)是一種突破傳統(tǒng)測量技術(shù)的大尺度空間測量技術(shù)。類似于我們生活中常用到的GPS，室內(nèi)GPS測量技術(shù)由多臺紅外脈沖激光發(fā)射器和接收器組成。發(fā)射器安裝在固定的位置，向接收器發(fā)射兩個呈扇形的激光面，并且進行360°的旋轉(zhuǎn)。接收器接收發(fā)射器的信號，并且將信號發(fā)送到控制器?？刂破鬟M行計算，得到接收器的三維坐標位置。室內(nèi)GPS測量技術(shù)測量可以實現(xiàn)360°的測量，測量范圍達到2m～300m。一個測量系統(tǒng)下可以進行多用戶測量，操作方便，測量效率高。室內(nèi)GPS測量技術(shù)現(xiàn)在主要應(yīng)用在飛機、汽車等行業(yè)的制造過程中，在起重機械行業(yè)暫時沒有相關(guān)的研究。

1.5 激光跟蹤測量技術(shù)

激光跟蹤測量技術(shù)是一種高精度大尺度測量技術(shù)，其綜合了激光干涉測距原理和精密測角原理。激光跟蹤測量儀在測量前建立一個空間三維坐標，然后將反射靶球放置在測量位置。激光跟蹤儀跟隨反射靶球的位置轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對反射靶球的實時跟蹤，并且得到測量位置上反射靶球的空間三維坐標。激光跟蹤測量技術(shù)的研究日趨成熟，現(xiàn)在已有多款成熟的產(chǎn)品，如Leica AT401、API Radian等多款已經(jīng)得到工業(yè)應(yīng)用的成熟產(chǎn)品。激光跟蹤測量技術(shù)測量范圍可以達到上百米甚至幾百米，在全量程范圍內(nèi)的精度還能夠到10μm～20μm，分辨率達到亞微米級。激光跟蹤儀體積小、質(zhì)量輕，攜帶方便，非常適合需要經(jīng)常搬運的場合。雖然激光跟蹤測量系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點，但是其價格非常高，其現(xiàn)在主要應(yīng)用在飛機和汽車等高端工業(yè)。起重機械的制造、安裝、檢測等要求的精度不高，因此該項技術(shù)暫時沒有在起重機械行業(yè)中應(yīng)用。

結(jié)語

本文對幾種在工業(yè)中應(yīng)用比較成熟的大尺度空間測量技術(shù)進行分析研究。結(jié)果表明，經(jīng)緯儀是起重機械大尺寸測量最常用的儀器，但其攜帶不方便、測量效率低、精度不高。全站儀已經(jīng)得到了一些檢驗機構(gòu)的應(yīng)用，但由于價格比較高，現(xiàn)在使用還不是很普遍。近景數(shù)字攝影視覺測量技術(shù)已經(jīng)得到一些科研機構(gòu)的研究，但是還沒有實際應(yīng)用到起重機械檢驗中來。室內(nèi)GPS測量技術(shù)和激光跟蹤測量技術(shù)有比較好的應(yīng)用前景，但需要起重機械的相關(guān)技術(shù)人員進一步研究，將其應(yīng)用到起重機械檢驗中來。

參考文獻

[1]汪亮.基于機器視覺的激光跟蹤儀測量靶球自動定位方法研究[D].南京航空航天大學，2013.

[2]胡建愷，富陽.全站儀在起重機械檢驗中的應(yīng)用及與傳統(tǒng)測量方法的對比[J].中國特種設(shè)備安全，2012，28（9）：34-35.

[3]姜曉軍.全站儀在起重機檢測中的綜合運用[J].中國特種設(shè)備安全，2007，23（1）：22-25.

[4]周瑩.基于激光跟蹤測量系統(tǒng)的研究及其在管片檢測中的應(yīng)用[D].同濟大學，2007.

[5]李偉，李超，逯強.基于圖像的起重機載荷擺角測量方法的研究[J].山東建筑大學學報，2008，23（5）：423-425，430.

[6]張逸飛.激光跟蹤儀快速跟蹤測量關(guān)鍵技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2015.