扇形段框架检测方法研究

摘 要：炼钢厂扇形段检测一般是采用钢丝拉方法进行检测，但测量精度低，条件限制多，因此，如何进行有效的测量一直是安装方的难题。本文将重点介绍利用全站仪结合水准仪的方法，采用相对测量理论进行计算，解决上述难题，有效实现高精度测量。

关键词：扇形段；相对测量；测量不确定度

中图分类号：TM4 文献标识码：A

概述

某钢厂连铸扇形段香蕉梁基础框架在安装过程中，遇到了对接不到位的情况。而设备对接不到位，将直接导致钢水渗出的严重后果，故必须使此设备安装误差在0.5mm内。故此，需要对扇形段香蕉梁基础框架的整置进行检测，得出每处设备的空间位置关系，对超差部分进行调整，最终确保整个设备能按照设计的要求安装到位，保证生产能按照预期顺利进行。由于扇形段范围广、高差大、要求精度高、环境复杂，所以要按照规定的时间获得较高的测量精度有很大难度。

1 方案设计

一般来说，平面坐标采用全站仪测量，而标高采用水准仪测量。但现场条件复杂，环境很差，并且短距离内高差大，导致有的测点无法观测。故对于标高部分，经过推算和论证，我们大胆的采用了全站仪结合水准仪的方法进行测量。故总体思路是用水准仪测量一些关键点或者落差大的点的标高，再用全站仪测量所有测点标高并进行平差计算得出较准确的实际值的方法进行测量。根据研究，我们在香蕉梁上设置了6个“检测点”，以检验该设备的自身情况。当整体设备变形在规定的范围内时，再对各连接点进行测量，把握设备的安装是否满足设计和安全的需要。对于连接部分，根据2个平面基准点和2个标高基准点，我们设置了24个香蕉梁连接部位观测点。由于标高基准点有2个，故在检测中要进行相互联测，并进行平差处理。

2 现场实施

根据设计的方案，采用全站仪结合水准仪的方法对6个“检测点”进行测量，根据测量结果知道：加工尺寸与设计尺寸基本吻合，其差值对于局部测量可以忽略不计，故对于香蕉梁的整体可以认为是规则的，所以可以进行连接部分的检测：

2.1 平面座部分

由于平面座的调整方向只有一个方向（流水线方向），故我们利用全站仪结合水准仪测量整体情况（6个检测点）的结果，计算出整个香蕉梁的倾角，再利用全站仪对各个测点进行平面测量。全站仪架设位置必须使得测点对称分布，而且相关点必须在同一测站内。根据全站仪测量的平面坐标可以计算该点的标高值。

2.2 U型座部分

由于U型座在安装过程中，有2个方向（流水线方向和铅垂方向）可以调整，故导致平面位置和标高不能经过换算直接得到。由于测点对称，根据相对位置测量的误差原理，可知全站仪测量的高差值即为实际高差值，故只须对某一个测点进行水准测量，再用全站仪对两个点的三角高程进行测量即可。

3 测量不确定度计算

3.1 平面坐标测量的不确定度计算

整个测量过程采用极坐标测量的方法，根据极坐标测量原理以及测量不确定度计算方法，可以推算出测定对称空间点三维坐标的精度估算公式。

由于香蕉梁是左右对称的，且各点在垂直于流水线方向的位置不需固定，所以测量的关键数值为流水线方向和铅垂方向的两个差值（即x和z值）。

根据不确定度及相关系数理论，可以得出合成标准不确定度的计算公式为[2]：

式中r（xi，xj）表示输入量xi，xj之间的相关系数。

根据测量不确定度理论和测绘知识，所求的结果可转化为求X的值，即需求X的不确定度。由测绘知识可知：

然后分别代入（2）即可计算X的标准不确定度。

3.2 标高测量的不确定度计算

由于距离较短，而且对称点之间的高差较小，所以夹角较小，因此可以采用三角高程测量。根据测量知识可知标高测量的标准不确定度为[3]

根据现场测量，距离均在15米以内，而垂直角的夹角均在10度以内，计算即得标高测量的最大标准不确定度为0.15毫米，由于采用两次观测的方法，故上式的数值即为扩展标准不确定度数值。

4 实施效果

通过测量、计算，几乎所有点均偏离理论位置，最大的偏移达18毫米，施工方根据数据偏差进行调整，直至使得每个点均符合设计安装的需要为止。之后对每个点的坐标不确定度进行计算，结果均在0.5mm以内，完全能满足委托方的需要。经过投产，没有出现任何问题，至此，生产方的疑虑完全得到解除。

参考文献

[1]冯科，韩志伟，王勇，毛敬华.仿真计算在板坯连铸机工程设计中的应用.第八届全国连铸学术会议论文集[C].20070300：590-596.

[2]测量不确定度评定与表示[S].

[3]豆秀梅，卢西魁.全站仪三角高程精度分析[J].科技信息.2006，06x：14-15.