CN101556144B - 激光经纬多功能快速测拱仪及其测量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对桥式起重机主梁上拱度进行测量的激光经纬多功能快速测拱仪及其测量计算方法，该测拱仪是由现在普通使用的微型管状激光测距器、经纬仪组成，通过特殊的加工工艺把微型管状激光测距器永久性地固定在光学或电子经纬仪的镜筒外壳上并且微型管状激光测距器的管筒轴向中心线与经纬仪的镜筒轴向中心线平行。测拱仪上还设有计算器，其测量方法是利用测拱仪在同一位置对桥式起重机主梁上二边一中的三个目标测量点进行斜距及倾斜角、水平角的测量，从而算出主梁上拱度。该测拱仪结构紧凑、轻巧灵活、测量人员不需在现场组装调试各部件、操作简单方便、测量精度和效率高；该测拱仪还可广泛地应用于其它测量领域。

Description

激光经纬多功能快速测拱仪及其测量计算方法

技术领域

本发明涉及一种桥式起重机主梁上拱度的测量设备及测量计算方法，具体是一种对距离与角度的测定进而快速完成桥式起重机主梁上拱度测量的激光经纬多功能快速测拱仪及其测量计算方法。 

背景技术

过去长期以来，起重机制造安装及特种设备检验等相关部门对桥式起重机主梁上拱度的检测手段，基本上都是采用拉钢丝测拱法。但这种测拱方法存在着这几方面的不足：①在高高的桥架上操作该法有一定的危险性；②该法根本无法测到在用的单梁桥式起重机的拱度；③该法操作麻烦，钢丝还容易伤手；④该法的检测仪器笨重呆板，携带上机很不方便；⑤计算结果时还要查表加入钢丝下垂的修正值，且整个操作过程及测量结果的计算都是手工操作，十分费工费时。所以这就决定了该法根本不是测拱的理想之法，更难于实现自动快速测拱了。现在各相关行业已很少甚至已基本上不再使用该法测拱。 

近十多年来，相关行业技术人员都在探索水准仪测拱方法，本人也参与其中，并自行设计制造了吊锤式标尺，配合水准仪测拱，取得了一些成效(本人用此法测拱的论文曾刊登于《机电工程技术》2008年第七期之131页)。但本人进一步探讨后感到该法还是存在一些在短时间内难于解决的技术难题。例如使用该法测拱要利用小车放下吊钩挂放吊尺，那么测拱时小车自重对主梁上拱度那不可避免的影响应如何去科学地消除、如何准确地确定测拱时的实际跨度以及测量数据如何快速归算为结果等问题，都有待进一步去探索完善。另外，还有利用水准仪结合在机上或机下放立各种标尺配合测拱等方法，但这些都是较麻烦或较危险的费工费时的难称之为理想的测拱方法。 

近几年来，又出现了利用红外线测距器来测量桥架下面三点高度进而计算拱度的探索性产品，这种测法从理论上讲虽然也行得通，但却不是好的方法。因为这种测法要利用水准仪整平定出测量基准平面，再把测距器在三个测量站点的放置平面都调校到测量基准平面上，这虽然也可实施，但却比较麻烦费时，而且测到的拱度还只是主梁底部弧线的拱度。行内人都知道，由于各个起重机生产厂家的制造加工工艺的不同以及安装使用后桥架可能存在的局部变形等因素，那么该法测到的拱度未必就能真实体现出主梁的上拱度。并且这种测拱法也难于实现测量结果的自动运算。 

近来在测量仪器市场上亦出现了电子经纬仪以及由电子经纬仪与红外线测距器、电子手册在测量现场才搭配成一个完整的测量仪器组合——捆绑成套餐式的所谓全站仪。这些新兴 的测量仪器在使用方面虽然具有它许多特点，但它们毕竟不是针对测拱而专门设计的专用仪器，所以用这些仪器测拱同样存在着许多不便之处：单独的电子经纬仪无法测到拱度，而所谓全站仪通过一整套特殊的操作虽能测到拱度，但它存在在现场组装调校多个部件的麻烦，存在对每个测点测量前都要重新调校测距器横轴与经纬仪镜筒横轴平行的麻烦，操作起来比较不便，而且技术要求较高，一般人短时间内在现场还未必就能组装调校，加上测量数据虽可自动输入电子手册但却仍需手工进行每个测点逐个计算再综合起来才能得出测量结果等原因，所以至今还未见直接用它来进行快速测拱的报道。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述种种不足，提供一种操作简便、使用安全可靠、检测精度高、可自动运算出检测结果并具有多功能特性的激光经纬多功能快速测拱仪。 

本发明的另一目的在于提供一种利用上述设备对桥式起重机主梁上拱度进行测量计算的方法。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：激光经纬多功能快速测拱仪，是由微型管状激光测距器、光学或电子经纬仪组成，两者原来各自的内部结构不变且没有什么联系，只是把微型管状激光测距器永久性地固定在光学或电子经纬仪的镜筒外壳上并且微型管状激光测距器的管筒轴向中心线与经纬仪的镜筒轴向中心线平行，测距器的测量基准面精准地设定在经纬仪镜筒的转轴中心。 

所述激光经纬多功能快速测拱仪上还设有微型计算器，计算器通过数据线分别与微型管状激光测距器、电子经纬仪相连接。 

所述的微型管状激光测距器采用上海胜利测试技术有限公司生产的望远镜式测距仪或奥地利产的A₅型手持筒式激光测距器；所述光学经纬仪采用上海第三光学仪器厂生产的DJK₆型光学经纬仪或西北光学仪器厂生产的经II型光学经纬仪或瑞士产的WILD T₂型光学经纬仪；所述电子经纬仪采用北京新北光大地仪器有限公司生产的电子经纬仪或广州南方测绘仪器公司生产的ET-02/05/05 B型电子经纬仪。 

对桥式起重机主梁上拱度进行测量的方法，包括以下步骤： 

1、将测拱仪安放在起重机主梁的前方的地面位置上，并将测拱仪底座也即经纬仪底座整平，定出测量水平面。 

2、测拱仪在地面同一位置对桥式起重机主梁上二边一中的三个目标测量点进行斜距及倾斜角的测量。 

3、利用上述的斜距及倾斜角便可得到三个测点到同一测量水平面的高度，然后用中间测点的高度减去两边测点的高度的平均值，就可得出主梁的拱高，再利用两个边测点的水平距 离及仪器镜筒在水平面从一边测点转至另一边测点的水平角来准确求出测拱时的实际跨度，最后利用拱高除以实际跨度便可得到所要求的主梁上拱度。所推导出的拱度计算公式为(F＝H/S)： 

$\frac{2L_2\·\mathrm{Sin}{Q}_2-L_1\·{\mathrm{SinQ}}_1-L_3\·{\mathrm{SinQ}}_3}{2\sqrt{{L_1}^2\·{\cos }^2{Q}_1+{L_3}^2\·{\cos }^2{Q}_3-2L_1\·{\cos Q}_1\·L_3\·\cos Q_3\·\cos \mathrm{\α}}}$

其中，L₁/Q₁、L₂/Q₂、L₃/Q₃为三个测点的斜距与倾斜角；α为测拱仪镜筒从一边测点到另一边测点的水平转角。 

所述的测量计算的方法，该方法还包括以下步骤：以所推导出的拱度计算公式为依据编写计算器的计算程序，计算器接收到所输入的测量数据后，自动计算出所要求的主梁上拱度。 

本发明的有益效果：该测拱仪结构紧凑、轻巧灵活、测量人员不需在现场组装调试各部件、对每个测点测距前也不需重新调校测距器与经纬仪横轴的平行、不需对每个测点的测量数据进行逐个的手工计算、操作简单方便、一站式测拱的工效很高，因激光测距器的测距精度能达到1毫米，那么计算出的拱高其精度也会达到1毫米，而结合一、二十米或更长的实际跨度计算出的拱度值的精度更高；该测拱仪是一个多功能的测量设备，可广泛地应用于其它测量领域。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明： 

图1为发明的结构示意图； 

图2为利用图1进行测量的示意图； 

图3为图2所示的测量流程图。 

图中：1、微型管状激光测距器；2、经纬仪；3、镜筒；4、管筒轴向中心线；5、镜筒轴向中心线；6、计算器；7、桥式起重机主梁；8、激光经纬多功能快速测拱仪；9、转轴。 

具体实施方式

如图1所示，激光经纬多功能快速测拱仪，是由现在普通使用的微型管状激光测距器1、电子经纬仪2组成，微型管状激光测距器1永久性地固定在电子经纬仪2的镜筒3的外壳上并且微型管状激光测距器的管筒轴向中心线4与电子经纬仪的镜筒轴向中心线5平行、微型管状激光测距器1的测距基准面精准地设定在经纬仪2的镜筒3的转轴中心9处。其中，微型管状激光测距器1采用上海胜利测试技术有限公司生产的望远镜式测距仪；电子经纬仪2采用广州南方测绘仪器公司生产的ET-02/05/05 B型电子经纬仪。

所述激光经纬多功能快速测拱仪上还设有计算器6，计算器6通过数据线分别与微型管状激光测距器1、电子经纬仪2相连接。 

如图2、图3所示，对桥式起重机主梁上拱度进行测量计算的方法，包括以下步骤： 

1、将测拱仪8安放在起重机主梁7的前方的地面位置上，并将测拱仪的底座(也即经纬仪的底座)整平，定出测量水平面。 

2、测拱仪8在同一地面位置对桥式起重机主梁上二边一中的三个目标测量点进行斜距及倾斜角的测量。 

3、利用上述的斜距及倾斜角便可得到三个测点到同一测量水平面的高度，然后用中间测点的高度减去两边测点的高度的平均值，就可得出主梁的拱高，再利用两个边测点的水平距离及仪器镜筒在水平面从一边测点转至另一边测点的水平角来准确求出测拱时的实际跨度，最后利用拱高除以实际跨度便可得到所要求的主梁上拱度。 

从测拱原理图上我们得知，当1、2、3三个测点的斜距与倾斜角L₁/Q₁、L₂/Q₂、L₃/Q₃以及测拱仪镜筒从测点1水平转至测点3的水平角α被测出后，它们对应的高差及水平距离H₁、S₁、H₂、H₃、S₃可通过解三角形之法轻易得到： 

H₁＝L₁·SinQ₁    H₂＝L₂·SinQ₂    H₃＝L₃·SinQ₃

S₁＝L₁·cosQ₁    S₂不需求解       S₃＝L₃·cosQ₃

那么再进一步求出拱高和实际跨度以及通过拱高和实际跨度最后求出桥式起重机的主梁上拱度也就是水到渠成的事了： 

拱高H＝H₂-(H₁+H₃)/2＝(2L₂·SinQ₂-L₁·SinQ₁-L₃·SinQ₃)/2 

实际跨度S＝等效实际跨度 $S^{\′}=\sqrt{{S_1}^2+{S_3}^2-2S_1\·S_3\·\cos \mathrm{\α}}$

$=\sqrt{{L_1}^2\·{\cos }^2{Q}_1+{L_3}^2\·{\cos }^2{Q}_3-2L_1\·{\cos Q}_1\·L_3\·{\cos Q}_3\·\cos \mathrm{\α}}$

∴桥式起重机主梁上拱度为(F＝H/S)： 

$\frac{2L_2\·{\mathrm{SinQ}}_2-L_1\·{\mathrm{SinQ}}_1-L_3\·{\mathrm{SinQ}}_3}{2\sqrt{{L_1}^2\·{\cos }^2{Q}_1+{L_3}^2\·{\cos }^2{Q}_3-2L_1\·{\cos Q}_1\·L_3\·\cos Q_3\·\cos \mathrm{\α}}}$

至此，我们获得了计算拱度的总代数式。那么只要我们按此代数式来为专用计算器编写计算程序，专用计算器就会按照给定的编程对输入的测拱数据L₁/Q₁、L₂/Q₂、L₃/Q₃、α进行自动运算。当我们按“等于”键时，专用计算器就会把运算好了的拱度值显示出来。 

本激光经纬多功能快速测拱仪在其它领域的应用 

本激光经纬多功能快速测拱仪可根据许多具体情况方便地增加多种运算程序的设计模式， 从而使该仪器还可方便地切换到进行多点斜距、多点水平距、多点高差、任一物体高度、楼房墙体及企业需要测量垂直度偏差的大型工件的垂直度偏差测量、企业需要测量沉降量的大型工件的沉降量测量，以及公路、铁路、桥梁、水利水电、农林规划、地形测绘、楼房建筑等多种基础建设工程的相关测量项目的自动快速测量方面。 

比如：该仪器用于塔式起重机塔架垂直度偏差的全自动测量，我们可按  $\mathrm{\δ}=\sqrt{(2-2\cos \mathrm{\α})/\mathrm{tg\β}}$ (其中δ为塔架垂直度偏差，α为塔架在有效测量高度范围内偏移铅垂线的最大水平角，β为塔架自最高测点至测拱仪中心点的倾斜角)的代数式来设计专用计算器的运算程序进行测量计算。 

再比如：该仪器用于空间任意两点距离或说空间任一长形物体的长度测量时，我们可按  $m=\sqrt{{L_1}^2+{L_2}^2-2L_1\·L_2\·{\mathrm{SinQ}}_1\·{\mathrm{SinQ}}_2-2L_1\·L_2\·{\cos Q}_1\·{\cos Q}_2\·\cos \mathrm{\α}}$ (其中m为空间任意两点距离或说空间任一长形物体的长度，L₁、L₂、Q₁、Q₂、α分别为空间任意两点的斜距、倾斜角以及水平角)的代数式来设计专用计算器的运算程序进行测量计算。 

又比如：该仪器还可用于桥式起重机两条大车轨道轨距偏差的全自动测量以及双梁桥式起重机两条小车轨道对角线偏差的全自动测量，我们可按 

$\mathrm{\Δm}=\sqrt{{L_1}^2\·{\cos }^2{Q}_1+{L_2}^2{\cos }^2{Q}_2-2L_1\·{\cos Q}_1\·L_2\·{\cos Q}_2\·\cos {\mathrm{\α}}_1}$

$-\sqrt{{L_3}^2\·{\cos }^2{Q}_3+{L_4}^2{\cos }^2{Q}_4-2L_3\·{\cos Q}_3\·L_4\·{\cos Q}_4\·\cos {\mathrm{\α}}_2}$ (其中Δm为桥式起重机两条大车轨道轨距偏差，L₁/Q₁、L₂/Q₂、α₁为第一处同跨两轨内侧的两个测点的斜距斜角及仪器镜简从测点1转至测点2的水平角，L₃/Q₃、L₄/Q₄、α₂为第二处同跨两轨内侧的两个测点的斜距斜角及仪器镜简从测点3转至测点4的水平角)的代数式来设计专用计算器的运算程序进行测量计算。 

比如：该仪器还可用于桥式起重机同跨两条大车轨道高低差的全自动测量以及同一条大车轨道纵向高低差的全自动测量。我们可按Δh＝L₁·SinQ₁-L₂·SinQ₂(其中Δh为桥式起重机同跨两轨高差，L₁/Q₁、L₂/Q₂为同跨两轨顶边两测点的斜距斜角)的代数式来设计专用计算器的运算程序进行测量计算。 

因此，只要按需要增加切换编程模式，该仪器便可成为适用范围很广的自动快速测量仪器。 

Claims (2)

1.一种激光经纬多功能快速测拱仪对桥式起重机主梁上拱度进行测量计算的方法，其中所述的测拱仪是由微型管状激光测距器(1)、电子经纬仪(2)组成，微型管状激光测距器(1)固定在电子经纬仪(2)的镜筒(3)的外壳上并且微型管状激光测距器(1)的管筒轴向中心线(4)与经纬仪的镜筒(3)轴向中心线(5)平行，测距器的测量基准面设定在经纬仪镜筒的转轴中心；所述激光经纬多功能快速测拱仪上还设有微型计算器(6)，计算器(6)通过数据线分别与微型管状激光测距器(1)、电子经纬仪(2)相连接，其特征在于：该方法包括以下步骤：

a.将测拱仪安放在起重机主梁前方的地面位置上，并将测拱仪底座也即经纬仪底座整平，定出测量水平面；

b.测拱仪在同一地面位置对桥式起重机主梁上二边一中的三个测点进行斜距及倾斜角的测量；

c、利用上述的斜距及倾斜角便可得到三个测点到同一测量水平面的高度，然后用中间测点的高度减去两边测点的高度的平均值，就可得出主梁的拱高，再利用两边测点的水平距离及经纬仪镜筒在水平面从一边测点转至另一边测点的水平角来准确求出测拱时的实际跨度，最后利用拱高除以实际跨度便可得到所要求的主梁上拱度，所推导出的拱度计算公式为：

$\frac{{2L}_2\·\mathrm{Sin}{Q}_2-L_1\·{\mathrm{SinQ}}_1-L_3\·{\mathrm{SinQ}}_3}{2\sqrt{{L_1}^2\·{\cos }^2{Q}_1+{L_3}^2\·{\cos }^2{Q}_3-2L_1\·\cos Q_1\·L_3\·{\cos Q}_3\·\cos \mathrm{\α}}}$

其中，L₁、Q₁、L₂、Q₂、L₃、Q₃为三个测点的斜距与倾斜角；α为经纬仪镜筒从一边测点到另一边测点的水平转角。

2.根据权利要求1所述的测量计算的方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：以所推导出的拱度计算公式为依据编写计算器的计算程序，计算器接收到所输入的测量数据后，自动计算出所要求的主梁上拱度。

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