全站儀測量系統(tǒng)在大型設(shè)備檢測中的應(yīng)用

李世鵬 柳新強

摘 要：大型設(shè)備的形位檢測是其安裝、生產(chǎn)過程中重要的內(nèi)容，通過周期性測量其生產(chǎn)部件的三維位置，實時監(jiān)測設(shè)備外形與設(shè)計外形的差異。隨著全站儀測角、測距精度以及自動化程度的提高，由一臺高精度全站儀及配套的反射棱鏡組構(gòu)成的三維工業(yè)測量系統(tǒng)有了廣泛應(yīng)用。文章以大型油氣設(shè)備形位檢測為研究對象，探討全站儀測量系統(tǒng)在大型設(shè)備形位檢測中應(yīng)用的可行性，結(jié)果表明，測量精度符合檢測要求。

關(guān)鍵詞：全站儀；工業(yè)設(shè)備；形位檢測

中圖分類號：P258 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0177-02

Abstract： The shape and position detection of large-scale equipment is an important content in its installation and production process. By periodically measuring the three-dimensional position of its production parts， real-time monitoring the difference between the shape of the equipment and the design shape. With the improvement of angle measurement， ranging accuracy and automation of total station， a three-dimensional industrial measurement system composed of a high-precision total station and a set of reflecting prism has been widely used. This paper discusses the feasibility of the application of the total station measurement system in the form and position detection of large oil and gas equipment. The results show that the measurement accuracy meets the requirements of the test.

Keywords： total station instrument； industrial equipment； shape and position detection

1 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及工藝水平高等成為工業(yè)設(shè)備的“標配”，工業(yè)設(shè)備在進行定位、安裝以及生產(chǎn)中，常需要進行形位檢測以保證設(shè)備的正常運行[1]，具體任務(wù)主要為：按照圖紙將零部件安裝到指定位置，設(shè)備運行后定期檢測部件位置并進行調(diào)整，使其能夠在指定位置進行作業(yè)，在設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)下檢測其位置和設(shè)計位置的差異并進行校核[2]。

工業(yè)設(shè)備的形位檢測相較于一般測量工作，具有精度要求高、觀測條件復(fù)雜、觀測方法特殊等特點[3]，通過單一方法手段較難完成，需借助于專用的儀器設(shè)備和測量方法，即工業(yè)測量系統(tǒng)。工業(yè)測量系統(tǒng)是指利用測繪儀器和方法并結(jié)合計量儀器，構(gòu)成精密三維坐標測量與分析系統(tǒng)，對工業(yè)部件精密安裝、定位、檢測和變形測量，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)設(shè)備也逐步向大型化、精密化邁進，同時對工業(yè)測量的要求也越來越高。工業(yè)設(shè)備的形位檢測是設(shè)備日常正常運行期間的重要內(nèi)容，大型油氣設(shè)備在安置加壓運行后，由于高溫高壓環(huán)境的影響會產(chǎn)生“跳動”現(xiàn)象，為保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行，必須要采用一定測量手段來監(jiān)測其形位變化。前面提到，大型工業(yè)設(shè)備其形位檢測存在著測量精度高、測量環(huán)境復(fù)雜以及測量手段方法特殊等特點，考慮到現(xiàn)場環(huán)境與技術(shù)要求，全站儀測量系統(tǒng)可以滿足其測量需求。

全站儀，全稱為全站型電子速測儀，它能夠?qū)崿F(xiàn)測角、測距等多動能于一體，并根據(jù)要求顯示三維坐標等數(shù)據(jù)信息[4]，隨著電子科技技術(shù)的發(fā)展，全站儀在測量精度以及自動化程度方面有了很大提高，全站儀測量系統(tǒng)在工業(yè)設(shè)備的形位檢測中應(yīng)用愈加廣泛。全站儀測量系統(tǒng)由一臺高精度全站儀組成，用于工業(yè)測量系統(tǒng)的全站儀精度要求比較高，比如TCA2003智能全站儀，該儀器測角精度可達±0.5″，測距精度可達±（1mm+1×10-6D），同時，在馬達驅(qū)動和自動識別技術(shù)下，該全站儀可實現(xiàn)目標自動跟蹤、自動照準、自動觀測以及自動記錄和存儲等功能[5]，目前，全站儀測量系統(tǒng)已在隧道監(jiān)控量測[6]、設(shè)備安裝[7]、水域測繪[8]中有了廣泛應(yīng)用，驗證了該技術(shù)手段在測量領(lǐng)域的價值。本文旨在探討全站儀測量系統(tǒng)在工業(yè)設(shè)備形位檢測的應(yīng)用，并通過精度分析來研究其可行性。

2 實例分析

位于內(nèi)蒙古鄂托克前旗的蘇120-2集氣站，在國內(nèi)首次采用了無基礎(chǔ)壓縮機技術(shù)，壓縮機在加壓工作期間會產(chǎn)生跳動位移現(xiàn)象，為保證集氣站的安全穩(wěn)定運行，需要對壓縮機定期進行形位檢測，根據(jù)本文研究內(nèi)容以及現(xiàn)場情況，采用leica TS30型全站儀按三維工業(yè)測量的交會原理與極坐標測量原理測定監(jiān)測點的三維坐標。在壓縮機加壓前、加壓一月后兩個不同時間段進行了兩次數(shù)據(jù)采集。

2.1 基準網(wǎng)布設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場情況，布設(shè)四個控制點，即圖中k1～k4，控制點均設(shè)置強制觀測墩，平面基準網(wǎng)采用Leica TS30全站儀進行觀測，測角為六個測回，Ι級測距，各邊往返觀測4個測回，一測回的讀數(shù)較差為1mm，測回間較差為2mm，為了方便數(shù)據(jù)的分析與管理，高程控制網(wǎng)與平面控制網(wǎng)共用基準點，采用Leica電子水準儀進行測量，精度等級為二等水準要求。

2.2 設(shè)備監(jiān)測點布設(shè)

根據(jù)壓縮機的結(jié)構(gòu)特點布設(shè)14個監(jiān)測點，分別為J1-1～J1-6，J2-1～J2-8，監(jiān)測點分布如圖1所示。

2.3 數(shù)據(jù)獲取與處理

采用獨立坐標系，利用全站儀極坐標測量原理測得各監(jiān)測點的距離、角度（包含垂直角和水平角），并利用科傻平差軟件得到各監(jiān)測點坐標，為確定壓縮機是否有形位變化，在增壓前后分別測量得到兩期數(shù)據(jù)，兩期數(shù)據(jù)對比如表1所示。

通過監(jiān)測點坐標，計算得到各監(jiān)測點位移量，如圖2所示。

從從兩期監(jiān)測點位變化可以看出，監(jiān)測點空間方向最大位移量位1.2mm，最小位移量為0mm，壓縮機在X、Y方向上的位移量基本都保持在0.6mm以下，只有J1-3、J1-4、J2-8等幾個點在1mm左右，垂直位移也都基本保持在1mm以內(nèi)，考慮到監(jiān)測過程儀器以及其他因素的影響，可以分析認為壓縮機在增壓后沒有明顯的形位變化。

3 結(jié)束語

本次采用全站儀監(jiān)測的點位精度高，最大點位誤差為1.5mm，最小點位誤差0.5mm，表1中兩期數(shù)據(jù)對比偏差就可認為是監(jiān)測點的點位誤差，從表中可知X方向中誤差在5mm以內(nèi)，Y方向中誤差在5mm以內(nèi)，Z方向中誤差在7mm以內(nèi)。全站儀測量系統(tǒng)通過不同時期相同特征點的坐標觀測，可以在精度范圍內(nèi)實現(xiàn)對工業(yè)設(shè)備的形位檢測，具有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻：

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